提到电厂，很多人会想到这样的场景——巨大的冷却塔，高耸的烟囱，滚滚的白烟。然而如今，我们身边有一种电厂，既不烧煤，也没有厂房，而是可以通过调节负荷来“发电”。这是虚拟发电厂。
今年夏天，持续的高温天气导致我国用电负荷剧增，虚拟电厂的概念频频进入大众视野。国网上海市电力公司经济技术研究院副院长费飞表示，虚拟电厂可以有效缓解电网供需矛盾，保障电网安全运行，降低电网投资，促进用户节能减排，为企业和用户带来利益，实现双赢。
业界看好虚拟电厂的市场潜力
保持发电量和用电量的动态平衡是电网平稳运行的重要保证。近年来，随着电力消费结构的变化，我国电力负荷的峰谷差越来越大。为了保证高峰时段的供电安全，电网不得不预留大量冗余发电容量，造成资源浪费。虚拟电厂的出现解决了这个问题。
“虚拟电厂不同于传统的火力发电厂。它是一个特殊的发电厂，聚合和控制分散的资源。”费飞告诉《中国电子报》记者，虚拟电厂是基于物联网的。它通过先进的信息通信技术和优化控制技术，聚合和调控可控负荷、电动汽车、分布式储能、分布式发电等分布式资源。，并能响应调度机构下达的指令，独立参与电力市场交易。
华北电力大学能源互联网研究中心主任曾鸣将虚拟电厂的核心概括为聚合和通信。“一方面，虚拟电厂聚合的各类用电负荷应该是‘可调’的，比如写字楼的空调、公共交通的用电等。；另一方面，在数字技术的支持下，整合不同空间的电力负荷，实现优化调度，从而起到稳定供电的作用。”曾鸣解释道。
有专家表示，由于虚拟发电厂依托高度智能的控制系统，并与连接大量设备的物联网相连，其理论响应速度和调节能力远高于传统调峰方式，特别适用于以风能、太阳能和电力为主，需要电网快速响应的可再生能源。
此外，虚拟电厂具有良好的经济性。根据国家电网的测算，需要投资4000亿元，通过火电厂满足5%的高峰负荷，实现电力系统的调峰填谷；通过虚拟电厂，建设、运营、激励等环节的投资只需要500 ~ 600亿元，仅为火电厂成本的12%~15%。
尽管虚拟电厂最近才开始流行，但它并不是一个新概念。早在1997年，经济学家Simon Avebuch就提出了虚拟电厂的概念。在《虚拟公共设施:新兴产业的描述、技术和竞争力》一书中，他将其定义为:由市场驱动的独立实体之间的灵活合作，在不必拥有相应资产的情况下，为消费者提供所需高效电能服务的能力。
从2001年开始，欧洲国家开始开展以集成中小型分布式发电机组为主要目标的虚拟电厂研究项目。与此同时，北美也在推进同样内涵的“电力需求响应”，通过市场化的激励机制引导用户错峰用电，保障电网系统的稳定性。
“十三五”期间，我国也开展了虚拟电厂试点工作。2017年，上海建成首个商业建筑虚拟电厂——黄浦区商业建筑虚拟电厂示范工程。2019年，国网河北省电力公司优化创新虚拟电厂运营模式，服务北京冬奥会。8月26日，全国首个虚拟电厂管理中心在深圳揭牌，接入分布式储能、数据中心、充电站、地铁等14个负荷聚合器，接入容量达87万千瓦，接近一个大型燃煤电厂的装机容量。
今年以来，鼓励虚拟电厂发展的政策频频出台，以进一步推动其发展。
《现代能源系统“十四五”规划》提出，开展工业可调负荷、建筑空调负荷、大数据中心负荷、用户侧储能、新能源汽车与电网能源互动等多种资源聚合的虚拟电厂示范。科技支撑的二氧化碳排放峰值碳中和实施方案，要求建立一批适用于分布式能源的“源-网-充-储-号”一体化虚拟电厂。《关于促进能源电子产业发展的指导意见(征求意见稿)》也提出，探索建设源、网、载、储一体化、功能互补的智慧能源系统、智能微电网和虚拟电厂。
在一系列政策的支持下，外界看好虚拟电厂的市场潜力。费飞表示，按照2025年全国负荷16亿千瓦，虚拟电厂容量占总负荷3%计算，届时全国虚拟电厂容量可能达到4800万千瓦，经济效益将达到1000亿元。
数据共享提高发电效率
中午是上海用电高峰期。在黄浦区的一栋写字楼里，部分电梯暂停运行，几台空调主机和水泵暂时关闭，甚至地下车库的照明也部分熄灭。这不是停电，而是虚拟电厂对电气设备的灵活调整。
“以空调为例。在夏季用电高峰期，我们的虚拟电厂系统依托通信技术和智能控制技术，可以灵活控制空调的十几个参数，如预设温度、风机转速、送风量等。例如，空调温度将在特定时间段内从23℃提高到26℃。在不停机、不影响用户使用的前提下，为电网‘减负’。"费飞介绍，在此调整下，一栋写字楼的空调、电梯、充电桩、照明在高峰时段可以少用612千瓦的电。今年夏天，上海最高限电91.6万千瓦，相当于一个大型燃煤电厂的装机容量。
据了解，国网上海市电力公司建设的虚拟电厂运行系统包括资源采集层、虚拟电厂层和系统平台层三个层次。在资源采集层，智能终端采集、监测和控制可控负荷、电动汽车、分布式储能、分布式电源等海量柔性资源。在虚拟电厂层，聚合器将可调资源分层分组聚合，协调优化控制，形成技术指标满足电网运行要求的“电厂”；系统平台层通过电力调度平台、交易平台、管理平台之间的协调，实现虚拟电厂注册、交易、运营、结算的全流程管理。“系统会提前预测发电量和负荷，计算出当天的供电‘缺口’，在交易中心公布购买需求和交易价格，然后根据报价、交易量等信息与聚合商达成交易结算。响应时间到了，虚拟电厂会根据交易结果执行发电任务，调节负荷。”菲菲解释道。
汽车换电站也是虚拟电厂的重要“资源”之一。8月，在安徽省合肥供电公司的统一调度下，15座蔚来电站参与全市虚拟电厂调峰。在用电高峰期，变电站单站平均功率降低，从而降低合肥电网累计负荷。5天内，在不影响用户正常换电的情况下，15个蔚来换电站累计负荷已调整至8 MWh，相当于为3000多户普通家庭“节省”了实时用电量。对此，蔚来能源高级副总裁沈飞表示，通过“低充高放”等方式，蔚来电站可以更深入地开展电网互动。此外，还可以为电网提供调频辅助服务，向电网放电。电网富裕时，用户可以多收费；当电网不足时，用户可以在蔚来电站将车辆储存的电能释放出来。
远能互联网高级综合能源服务专家何鹏表示，智能计量技术、大数据、人工智能、区块链技术是支撑虚拟电厂的重要技术基础。他解释说，智能计量技术可以实现自动抄表，即对电、气、水、热等分布式能源进行自动计量和抄表，提供实时动态的电力供需侧信息；应用大数据和人工智能技术，如神经网络算法技术，可以对虚拟电厂内部发电量、负荷、市场供求关系、实时电价等进行预测、分析和评估；区块链的去中心化解决了用户之间的相互信任问题，从而可以建立信任体系。
“通过智能计量、大数据和人工智能技术，虚拟电厂可以聚合各个主体的详细信息、所有发电数据和负荷数据，形成数据共享。这样，一方面可以在发电侧进行智能控制，帮助电厂制定合理的发电计划，提高发电效率；另一方面，从电力交易的角度来看，每个主体都可以获得充分的市场信息，帮助他们做出最佳决策。”何鹏说。
需要突破测量和通信两大技术难点。
尽管虚拟电厂有很多优点，但它并不能完全解决“电荒”问题。在何鹏看来，虚拟电厂的核心思想是借助信息技术进行“源-网-充-储”互动，高效利用各种电力，从而实现供电侧和发电侧的平衡，使电网更加稳定。本质上是一种负荷调控手段，不能直接发电。因此，它只能缓解某些时间段和部分地区供需不平衡造成的电力短缺，而不能解决大规模或灾难性的电力短缺。
此外，多位业内人士指出，虚拟电厂仍处于发展的初级阶段，其大规模普及仍面临诸多挑战。
费飞告诉《中国电子报》记者，虚拟电厂要想实现突破性发展，首先要突破测量和通信两大技术难点。他解释说，虚拟电厂系统由大量互联设备组成，多点计量困难、效率低、采集频率难以控制，极大影响了系统效率。此外，信息安全建设也迫在眉睫。系统中的每一个设备都可能成为攻击的目标，很难防范。如何防止信息被窃取和篡改，如何防止调度系统受到网络攻击，都是亟待解决的问题。
技术标准的缺失也亟待解决。何鹏表示，目前已经建成了很多虚拟电厂的示范工程，但国家技术标准尚未形成。这不利于统一管理和营销。
虚拟电厂的具体商业模式还需要进一步探索。何鹏认为，目前我国虚拟电厂还处于邀请阶段，主要是自建电厂，旨在满足电网自身的调控需求，还难以形成可持续的商业模式。此外，由于市场化电力交易机制不完善，盈利能力有限，电网之外的其他市场主体投资建设虚拟电厂的动力不足。“如何探索出一套符合中国电力市场特点的商业模式，是虚拟电厂面临的重要课题。”何鹏说。
免责声明：该文章系本站转载，旨在为读者提供更多信息资讯。所涉内容不构成投资、消费建议，仅供读者参考。