提起電廠，很多人會想到這樣的場景——火電廠里冒著水蒸氣的冷卻塔、風電廠中高聳的風機、光伏電站一排排光伏板……但您聽說過“虛擬電廠”嗎?
今年夏季，國內多地出現極端高溫天氣，疊加經濟復蘇等因素，全國用電負荷快速增長。再看供電端，可再生能源發(fā)電在全國電力供應中的比重不斷上升，但風、光等可再生能源發(fā)電波動性、間歇性較強的問題仍待突破。如何保障穩(wěn)定的電力供應?虛擬電廠進入人們的視野。
啥是“虛擬電廠”?
——看不見也摸不著，是一套依托于數字信息技術的能源管理系統(tǒng)
談及虛擬電廠，可追溯至中國的電力體制改革。
據了解，上世紀90年代，國內電力供應實行電力需求側管理，主要通過行政手段實行計劃用電。進入本世紀以來，電力需求側管理逐步演變?yōu)殡娏π枨髠软憫?，即根據電力市場供需情況調節(jié)電力。而電廠的主要功能之一，就是通過調節(jié)電力負荷來確保電力穩(wěn)定。
華北電力大學能源互聯網研究中心主任曾鳴告訴記者，過去，用戶用電需求波動時主要靠供應側調節(jié)來平息，而能源結構轉型對電力系統(tǒng)的調節(jié)能力提出了新要求。“當前，中國正加快建設新型電力系統(tǒng)，其核心就在于推進可再生能源大規(guī)模、高比例發(fā)電。但可再生能源發(fā)電大規(guī)模并網帶來的不穩(wěn)定性等問題也較為突出，傳統(tǒng)供應側的調節(jié)能力較難平滑風、光發(fā)電的波動性。這時候，依托數字化技術平臺、不受物理空間限制的虛擬電廠就展現出穩(wěn)定電力供應的潛力。”曾鳴說。
顧名思義，虛擬電廠看不見也摸不著。與傳統(tǒng)電廠不同，它不燒煤，也沒有廠房，是一套依托于數字信息技術的能源管理系統(tǒng)。
曾鳴告訴記者，虛擬電廠不用實體設備發(fā)電，而是聚合各類用電負荷，實現電力負荷的組合、分析、優(yōu)化和調度。一方面，虛擬電廠所聚合的各類用電負荷要“可調節(jié)”，比如辦公樓里的空調、公共交通用電等;另一方面，它以數字化技術為支撐，將不同空間的用電負荷整合起來，實現優(yōu)化調度，從而起到穩(wěn)定電力供應的作用。
“除了可調節(jié)負荷，虛擬電廠還能對分布式電源、儲能、電動汽車等各類分布式資源進行聚合管理和優(yōu)化控制。簡單來說，就是將不同類型的分布式資源‘聚沙成塔’，相當于建了一個云端電廠。”國網能源研究院企業(yè)戰(zhàn)略研究所副所長張曉萱說。
虛擬電廠咋運作?
——根據市場電力供需情況，上游電力經由中游的數字化平臺統(tǒng)一調配，再分配給下游需求方
如果將整個產業(yè)鏈展開，虛擬電廠可分為上游的電力供應、中游的電力管理和下游的電力應用三大板塊。據介紹，虛擬電廠的運作，就是根據市場的電力供需情況，將上游的電力經由中游的數字化平臺統(tǒng)一調配，再分配給下游的需求方。
從上游供電看，虛擬電廠不具有實際存在的電廠形式，但具有電廠的功能。那么，建立在“云上”的虛擬電廠，電從哪兒來?
“虛擬電廠的電力來源可以分為兩大類。”張曉萱介紹，一類是其聚合的分布式電源、儲能、電動車等向電網提供的富余電力;另一類是虛擬電廠通過控制其聚合的可調節(jié)負荷，削減用電高峰時的電力需求，所節(jié)省的部分等效于向電網提供了電力。
以國家電網冀北電力公司2019年投運的虛擬電廠示范工程為例，該電廠聚合了張家口、秦皇島、承德、廊坊地區(qū)的可調節(jié)工商業(yè)、蓄熱式電鍋爐、智慧樓宇、儲能等資源，主要參與華北調峰輔助服務市場的運營。在凌晨4時至6時風力大發(fā)期間，虛擬電廠控制蓄熱式電鍋爐、儲能、電動汽車等分布式資源儲存電力，到了晚上7時至8時用電高峰期，再將儲存起來的這部分電力提供給電網，屬于上述第一類電力來源。在此階段，虛擬電廠還可將商業(yè)樓宇空調等柔性負荷降下來，節(jié)省大量電力以保障用電穩(wěn)定，屬于上述第二類電力來源。
同樣具備調峰、調頻功能，虛擬電廠的調節(jié)效率遠高于傳統(tǒng)的供應側調節(jié)。張曉萱告訴記者，傳統(tǒng)煤電機組增減出力的響應時間較長，參與調峰受爬坡速率的限制。一般來說，一臺煤電機組從最小出力到額定出力需要1到2個小時。而虛擬電廠聚合的儲能、可調節(jié)負荷等資源響應速度可達到分鐘級甚至秒級，顯然快于前者。
不僅如此，虛擬電廠在穩(wěn)定電力供應方面還呈現出更高的經濟性。以往在出現較大用電負荷時，供應側的調節(jié)方式往往是擴建電廠、調動備用電源、加強有序用電管理等。而虛擬電廠通過降低用電側負荷來保障用電穩(wěn)定，不會對居民、工商業(yè)用電產生過大影響，成本更低，對環(huán)境也更友好。
國家電網的一項測算顯示，同樣為了維持電力系統(tǒng)穩(wěn)定，傳統(tǒng)火電廠如果要建設煤電機組來實現經營區(qū)域內電力削峰填谷，以滿足5%的峰值負荷需求即最大用電需求計算，需投入電廠及配套電網建設成本約4000億元;如果借助虛擬電廠來實現同樣的功能，其建設、運營、激勵等環(huán)節(jié)僅需投資500億元至600億元，成本遠低于前者。
發(fā)展機制仍待完善
——推動虛擬電廠大規(guī)模發(fā)展還需進一步明確其盈利機制，并協(xié)調好供電側等多方關系
業(yè)內人士分析，虛擬電廠近來關注度高漲，一方面源于極端天氣等因素催生的用電需求，另一方面，儲能、新能源汽車等相關技術的成熟讓虛擬電廠得以獲取更多電力資源。此外，依托物聯網、大數據等手段，虛擬電廠能較為精準地預測可再生能源的發(fā)電情況，避免“棄風棄光”現象，節(jié)省電力資源的同時也能實現其在更大范圍內的優(yōu)化配置。
不過，和傳統(tǒng)電廠一樣，虛擬電廠的運作還要考慮一個關鍵問題——如何盈利?
張曉萱告訴記者，國內的虛擬電廠主要通過參與輔助服務市場和需求側響應來賺取一定費用。前者指為電力系統(tǒng)調節(jié)等提供服務，后者則是根據電網需求，調整用電側的使用情況。總體看，目前國內的虛擬電廠盈利模式較為單一，激勵機制還不夠。
記者了解到，在虛擬電廠布局較早的部分歐洲國家，當地虛擬電廠可通過向發(fā)電企業(yè)提供電力規(guī)劃和技術支持等獲取服務費，或幫助發(fā)電企業(yè)接入電網完成電力交易后收取部分費用。業(yè)內人士認為，參照部分歐洲國家的經驗，中國的虛擬電廠在盈利模式等方面可實現一定創(chuàng)新。比如進一步豐富輔助服務市場交易品種，加快電力現貨市場、容量市場建設，拓寬虛擬電廠參與市場的渠道。此外，可探索能源托管、節(jié)能服務等其他增值服務，如提供節(jié)約電費、降碳分析方案等。
中國正加緊布局虛擬電廠。2021年10月，國務院印發(fā)《2030年前碳達峰行動方案》，提出要大力提升電力系統(tǒng)綜合調節(jié)能力，加快靈活調節(jié)電源建設，引導自備電廠、傳統(tǒng)高載能工業(yè)負荷、工商業(yè)可中斷負荷、電動汽車充電網絡、虛擬電廠等參與系統(tǒng)調節(jié)。今年3月發(fā)布的《“十四五”現代能源體系規(guī)劃》明確，開展工業(yè)可調節(jié)負荷、樓宇空調負荷、大數據中心負荷、用戶側儲能、新能源汽車與電網(V2G)能量互動等各類資源聚合的虛擬電廠示范。力爭到2025年，電力需求側響應能力達到最大負荷的3%-5%。
專家認為，要進一步推動虛擬電廠大規(guī)模發(fā)展，還需處理好多方關系。“要使虛擬電廠的價值在市場中充分體現，讓它和供應側的資源實現公平競爭，按照誰更劃算、更具清潔性等標準進行選擇。”曾鳴說，另一方面，仍需進一步完善相關政策支持，繼續(xù)創(chuàng)新數字信息技術，讓虛擬電廠更“聰明”，進而在更大范圍內推廣應用。
