什么是虚拟电厂？（Virtual Power Plant, VPP）

前一段时间的高温还让大家记忆犹新，“水电大省”四川都陷入了用电危机，西南本地的不少工业企业更是不得已停电停产，“让电于民”。一直在新能源领域寻找创新突破的马斯克也早都意识到电力的重要性，早早的盯上这一领域。2006年，马斯克创立了屋顶光伏公司SolarCity, 2015年特斯拉公司又推出了家用储能产品PowerWall。在前不久，特斯拉公司在加利福尼亚州推出一项虚拟电厂试点计划。那么，被马斯克看好的虚拟电厂到底是什么？它为什么能够解决千千万万用户的用电难题？

虚拟电厂是一种物联网技术，将不同空间的可调节负荷、储能测和电源侧等资源聚合起来，实现自主协调优化控制，聚合参与电力系统运行和电力市场交易。虚拟电厂主要由发电系统、储能设备、通信系统三部分组成。

虚拟电厂并不是真实存在的电厂，而是聚合优化“源 – 网 – 荷”清洁低碳发展的新一代智能控制技术和互动商业模式。比如，在电力供应紧张时段，虚拟电厂平台可以直接调度海量分散的充电桩、空调、储能等用电资源，通过它们降低用电功率。此外，虚拟电厂平台还有减少常规电源建设，促进节能减排，带动节能设备、软件服务等产业发展等优势。

虚拟电厂示意图

虚拟电厂概念的提出

在20世纪90年代，虚拟电厂的概念被首次提出，并在德国、英国、法国、荷兰等欧洲国家开始逐步发展。目前，我国尚未形成成熟的成套解决方案，基本处于前期试点研究阶段；“十三五”期间，江苏、上海、河北、广东等地相继开展了电力需求响应和VPP试点。

虚拟电网的目的

用电总量，用电尖峰负荷持续提升

目前，电能替代是实现碳中和的主要手段之一。电能在能源消费中所占的比例不断增大，将由2020年的26%提升至2060年的70%。在全社会用电量持续提升的情况下，用电尖峰负荷水涨船高。2021年，全国主要电网最高用电负荷合计达到11.9亿千瓦。                            

来源：全球能源互联网发展合作组织，华西证券研究所

能源电力保供形式复杂严峻

今年入暑以来，多个省份用电负荷创历史新高，能源电力保供形式复杂严峻。江苏、浙江、四川、安徽等省份均不同程度上发布了限电通知。四川省发布的用电紧急通知中，要求有序用电方案中所有的工业电力用户实施生产全停，让电于民，预计全省最大用电负荷将比去年同期增加25%，四川的电力供需形势已由7月份的高峰时期电力“紧缺”转变为全天电力电量“双缺”局面。

基于此种情况，传统的电力系统已不堪重负，这就要求新型电力系统大力提升电力负荷的弹性。充分发掘需求侧可控负荷，可中断负荷、电动汽车充电网络、储能等资源的灵活调节潜力，加强电力需求侧与电力生产和供应测的协同互动。

图: 虚拟电厂各端口的目的

虚拟电厂的特征

从广义上来讲，虚拟电厂是需求侧响应的延伸。需求侧响应主要是削峰，主要针对用户负荷；虚拟电厂则是削峰和填谷兼顾，部分具有储能特征，源、网、荷、储都包括在内。与需求响应的调节方式相比，虚拟电厂由于接入了更多元化的用户，如储能、分布式发电、可控负荷等，在用户参与调节时，不仅负荷侧的用户可以调节自身用电增减，还可以召集储能测、电源侧的用户调节电能输出，具有丰富的调节方式和手段。

虚拟电厂由可控机组、不可控机组（如风、光等分布式能源）、储能、可控负荷、电动汽车、通信设备等聚合而成，并进一步考虑需求响应、不确定性等要素，通过与控制中心、云中心、电力交易中心等进行信息通信，实现与大电网的能量互换。

从本质讲，虚拟电厂就是虚拟化的发电厂，它并不具备实体发电厂的物理属性，而是一种管理模式或者是一套系统，通过配套的技术把分散在不同空间的小型太阳能、风能等新能源发电装置、储能电池和各类可控制、可调节的用电设备、负荷整合集成、协调控制，对外等效形成一个可控电源，辅助电力系统运行，并可参与电力市场交易，同时优化资源利用，维护区域内，甚至跨区域的用电稳定与用电安全。它既可以有计划地接受电力系统的电力，又可以向电力系统反向输出电力，更灵活高效地进行“削峰填谷”等作业，并获得客观的经济效益。

传统电力能源生态系统总体上围绕电力的生产的消耗，大体上可分为发电测、输配测、用电测。传统电力能源生态系统发电、输电、配电、用电界限较为清晰，生产者与消费者关系也是相对明确，能源系统为典型的“源随荷动”运行模式。相对于传统电力能源生态系统，虚拟电厂的能源生态系统出现了明显变化，发电、输电、配电、用电界限相互交叉，同时兼具生产者与消费者的角色，根据需求可以改变角色身份特征，运行方式特征为“源荷互动”。虚拟电厂系统和服务平台将发、输、配、用电综合聚合一起，内部的每一部分都是一个小能源系统，虚拟电厂丰富了智能电网的内涵，也扩展了智能电网的外延。

虚拟电厂的商业模式

来源：华西证券研究所整理

从商业型电厂的产业链来看：虚拟电厂的上游为分布式电源、储能资源和可控负荷，中游是通信、信息化技术、智能化设备等IT资源提供商以及资源聚合商（即虚拟电厂运营方），下游是电网公司及参与电力市场的其他售电公司、用户等。虚拟电厂之所以能够运行，它的基本商业模式为：资源聚合商通过电力交易市场或辅助服务获得收益，再与上游的分布式资源所有者进行收益分成。

我国的VPP目前处于发展初期，在商业模式和政策设计上也参考和借鉴了欧美等发达国家的成功案例。在未来，我国的特色VPP建设将由合约型主导的模式逐步转向全面市场化的运营方向。

在发展初期，VPP将以合约型为主导，电网公司通过示范获得额外灵活调节资源。参与用户获得额外收益，技术开发商实现技术积累、市场份额和销售收入。

发展中期，电网企业、调度机构获得满足平抑清洁能源波动的灵活调节资源，保障电力安全稳定供应，助力源网荷储一体化示范和新型电力系统建设。售电公司、发电企业、负荷聚合商等先天优势主体下沉至更多终端用户，依托VPP发展红利拓展业务范围规模。大数据、智能用电、区块链等相关产业等快速发展。

远期来看，VPP模式将实现全面市场化运作。电网企业获得更多的可调节资源同于维持系统平衡、保障系统安全，提升供电安全与可靠水平。新能源发电企业通过市场获得成本更经济的辅助服务资源。VPP参与方通过广泛参与调峰调频服务，并在电量、容量及辅助服务交易中获得收益。电力系统可以接纳更大比例的可再生能源，提升全社会能源消费清洁与绿色低碳水平。