智能調電：“虛擬電廠”火了

文/本刊記者 張程

具有智能調度和平衡作用的“虛擬電廠”越來越受到關注和重視

2022年夏天，全國多地出現35℃以上的連續高溫天氣，導致社會用電需求增長較快，部分地區出現電力供應緊張的局面，為了應對這種局面，提高電力調配能力成為討論的熱點。一種削峰填谷、維持電力供需平衡的解決方案——“虛擬電廠”進入了公眾視野，受到廣泛關注。

什么是“虛擬電廠”

1997年出版的《虛擬公共設施:新興產業的描述、技術及競爭力》一書是最早提出“虛擬電廠”概念的著作。這本書中指出，“虛擬電廠”可以使得受市場驅動的獨立實體間靈活合作，且能夠為消費者提供所需的高效電能服務而不必擁有相應的資產。隨后這一概念被不斷發展和延伸，目前“虛擬電廠”被廣泛的認為是一種利用軟件系統和信息通信技術，將分布式發電、需求側和儲能資源聚合并統一協調控制，從而參與電力市場和電網輔助服務并獲取收益的物聯網技術。

“虛擬電廠”既可以作為“正電廠”向系統供電調峰，又可作為“負電廠”加大負荷消納能力，配合系統填谷；既可快速響應指令，配合保障系統穩定并獲得經濟補償，也可等同電廠參與到電力市場交易、電力輔助服務交易等。

“虛擬電廠”的發展以三類可控資源的發展為前提，分別是可控負荷、分布式電源和儲能，以上三類電源在現實中往往糅合在一起，作為“虛擬電廠”的控制單元。可控負荷，即在電網高峰時段或緊急狀況下，電力用戶可以中斷的負荷部分，主要通過物聯網的布置，對商業樓宇或公共建筑上的用電設備進行監測和控制。比如在夏季用電高峰時，大型商場、寫字樓的空調短時間停止運行，僅會導致溫度上升一兩度，人體感知差異較小，但是這些電量就可以對高峰期的電網形成有效的支撐，達到調峰的作用。不過，各類負荷資源能否參與“虛擬電廠”以及參與度的大小，受到負荷的調節能力影響，一般而言，使用頻次低、可調節時段長、響應時間快，則負荷的調節能力較高。綜合來看，可控負荷資源潛力的大小由“可調節能力”和“價格敏感度”兩大因素決定，單個用戶可調節能力大、價格敏感度高，則具有規模開發的基本條件。

分布式電源是指在用戶現場或靠近用電現場配置較小的發電機組，以滿足特定用戶的需要，具有經濟性、靈活性的特點。例如小型燃料發電機，光伏發電機，風能發電機，燃料電池等。儲能是通過介質把能量儲存起來，在需要的時候再進行釋放，儲能手段有電化學儲能、電磁儲能和機械儲能等。

從技術端來看，“虛擬電廠”需要用到計量技術、通信技術、智能調度決策技術和信息安全防護技術等。精準的計量是“虛擬電廠”建立的基礎，可靠的通信是“虛擬電廠”可靠運行的條件，智能調度決策技術是“虛擬電廠”發揮作用的重要保證，而信息防護技術是保證“虛擬電廠”安全穩定運行的保障。

簡單理解，“虛擬電廠”類似于電力“智能管家”的角色，可以智能調配電力，輔助電網更高效的運行。

“虛擬電廠”為何火了

“虛擬電廠”其實并不是新概念，在國外早就有了，甚至很多國家早就在運用這一技術。之所以近年來在國內日益受到重視，主要是來自兩方面的原因。一方面是因為近年來中國在風電、光伏發電等新能源領域發展迅速，而這些新能源發電方式往往具有分散性的特點，尤其是光伏發電，這就需要一個智能動態調節系統來進行調節。另一方面是第三產業和城市居民用電量占比不斷提高，二者相比于工業用電，時段性強，波動性較大，這就使得電力峰谷值差距擴大，需要一個智能調節系統來削峰填谷。

中央財經委員會2021年第九次會議指出，力爭2030年前實現碳達峰，2060年前實現碳中和；計劃至2025年，單位國內生產總值能耗比2020年下降13.5%；單位國內生產總值二氧化碳排放比2020年下降18%。在這種大背景之下，發展新能源是大勢所趨。在眾多新能源中，風能和太陽能被認為是最有潛力的清潔能源，因此多國選擇通過提升風力發電和太陽能發電等電能占終端用能的比例來實現降低碳排放的目標。近年來，全球范圍內以風電、太陽能為主的新能源裝機量及發電量占比顯著提升。2011—2021年全球風電、太陽能裝機量年復合增長率分別為13.51%和29.69%。風電和太陽能作為清潔能源和可再生能源的重要組成部分，將成為降低碳排放，實現全球氣候可持續發展目標的重要抓手。然而，與傳統火電、水電相比，風電及太陽能布點分散，易受天氣等環境因素影響，因此發電功率呈現明顯的間歇性和波動性特征。隨著風電、太陽能并網比例提升，電網消納及電力調度面臨挑戰，系統調峰調頻需求提升。這需要通過信息技術手段來優化這些分布式電源和儲能資源的調度配置。

在用電端，數據顯示，2021年中國全社會用電量為8.31萬億千瓦時，同比增長10.30%，繼續保持增長態勢。用電結構方面，2021年第三產業、城鄉居民生活用電占比分別為17.12%和14.13%，分別較2011年提升6.26和2.18個百分點。第三產業和居民生活用電的占比均不斷增加，而第三產業和居民生活用電均具有顯著的時段性，導致電力負荷曲線出現惡化，主要表現為用電峰谷差拉大，尖峰負荷拔高且短暫。隨著用電負荷特性持續惡化，電網負荷尖峰短而高，如果單純依靠增加電源來滿足100%的負荷需求要付出極大的代價。根據國家電網測算，通過建設煤電機組滿足其經營區內5%的峰值負荷，需要投資4000億元建設電廠和配套電網，而通過合理調配需求側資源滿足峰值負荷需求，投資規模僅約400億—500億元，“虛擬電廠”在削峰填谷方面的經濟優勢明顯。

最后，新能源汽車的普及也可能對電網帶來潛在的沖擊。近年來，新能源電動車保有量持續上升，充電需求為電網帶來大量負荷。截至2021年，全球新能源汽車銷量達630萬輛，同比增長94.44%。大量電車同時充電將會為電網帶來更大的負荷需求。以家用充電為例，在傍晚的用電高峰期，大規模的電車充電需求將拉大電網的峰谷差，甚至引發電力供應不足的問題；而應用“虛擬電廠”技術，可以將新能源汽車的用電時間推后，在不影響充電效果的情況下適當降低充電速度，減小電力峰谷差。因此，“虛擬電廠”能夠在電能消費側有效緩解無序充放電給電網產生的負面影響，豐富電力系統的運行和控制手段，并參與系統削峰填谷、提供頻率穩定和備用容量等輔助服務。

綜合上述原因，具有智能調度和平衡作用的“虛擬電廠”越來越受到關注和重視。

政策持續加碼

早在“十三五”期間，我國江蘇、上海、河北等地就開展了電力需求響應和“虛擬電廠”的試點工作。其中，江蘇省率先于2015年出臺官方文件《江蘇省電力需求響應的實施細則》，指導電力需求的調控。此后，中國“虛擬電廠”進入研發、探索階段，2019年，國家電網提出建設“泛在電力物聯網”，并建成國內首個“虛擬電廠”——國網冀北虛擬電廠，實現了發電和用電的自我調節。到目前為止，北京、上海、廣東、江蘇、浙江等地先后開展“虛擬電廠”項目試點。2022年6月，《北京市“十四五”時期電力發展規劃》首次將“虛擬電廠”的建設納入電力發展規劃中。我國可供參與“虛擬電廠”運營的控制資源體量龐大，可調負荷資源超過5000萬千瓦，“虛擬電廠”也隨基礎資源的快速發展而受到重視。

2022年3月發布的《“十四五”現代能源體系規劃》進一步提出，開展工業可調節負荷、樓宇空調負荷、大數據中心負荷、用戶側儲能、新能源汽車與電網能量互動等各類資源聚合的“虛擬電廠”示范。

目前全國多地“虛擬電廠”建設已經在逐步落地。2022年8月，國內首家“虛擬電廠”管理中心在深圳揭牌。據悉，深圳“虛擬電廠”已接入分布式儲能、數據中心、充電站、地鐵等類型負荷聚合商14家，接入容量達87萬千瓦，接近一座大型煤電廠的裝機容量。未來深圳“虛擬電廠”管理中心將加快推動分布式光伏、用戶側儲能、V2G（新能源汽車與電網能量互動）等分布式能源接入“虛擬電廠”集中管理。

機構預計2025年國內“虛擬電廠”的運營市場規模將達到968億元，2030年將超過4500億元。