虚拟电厂——新型电力调度系统

最近，美元兑人民币汇率再次上升，这背后一大原因是俄乌兰战争引发的油气供给紧张，解决能源危机的呼声再次掷地有声。相对于煤石油天然气，电力是目前最理想的替代能源。初秋伊始，在全国各地电网都经历高温大负荷的“烤”验后，电力供需的调节能力在这波热浪中经历了无情洗涮，一个可靠且灵活的供电节奏对于人们生活来说前所未有的重要。结合本职调控业务，以此为契机，学习到当下火热的“虚拟电厂”。

一、虚拟电厂是什么？

我认为，虚拟电厂本质是一种新型调度系统。
“传统电厂是实体电厂，比如火电厂、水电厂，有发电设备、送出设备，虚拟电厂不是一个实体电厂，没有这些设备，但是它所起的作用和实体电厂是有一些类似的。”这是中国能源研究会的官方说法。
更精准一些说，虚拟电厂将相对分散的电源（发电端）、电网（输电）、负荷（需求和用电端）、储能（储能端）等元素进行集成调控，形成一个智能黑匣子，对外等效成一个可控的电源，既可以作为“正电厂”向系统供电，也可以作为“负电厂”消纳系统的电力，起到灵活的削峰填谷等作用。它模拟一个实体电厂的运营模式，并发挥一个电厂的应有作用。

二、虚拟电厂怎么发展起来的？

传统电网调度系统只调度供应侧各种发电出力，虚拟电厂既调度供应侧发电出力，又调度需求侧电力消纳，实现调度系统的双向调节。所以说，虚拟电厂更加偏向针对用户负荷进行削峰和填谷，电力需求侧响应的延伸版。

另，传统电网只通过火电厂进行削峰填谷的，经测满足5%的峰值负荷需要投资4000亿的电厂和配套电网；而通过虚拟电厂的建设、运营、激励等环节的投资只需要500-800亿元。显而易见，比起实体电厂具备成本优势，效率更高，也更加安全。

再者，社会各方面发展也为虚拟电厂应用提供了成熟的条件。一是基础资源，比如储能、充电桩等；二是机制，比如完善电力市场交易、有效的政府支持政策；三是技术，成熟数字化技术和配套的电力调度系统。

三、虚拟电厂如何运作？

基本等同于电力调度系统加持下虚拟电厂基本单元的运作总加。理解这一点先明白虚拟电厂基本单元包括：分布式电源、储能、可调节负荷三大类。
分布式电源单元包括小型光伏、风电、发电式水电站、生物质发电、燃机等，不属于已纳入电网系统在用在发的电源。
储能单元是指对冷热电等能源进行存储、释放的设备：例如储能水电站、储能电池、电容器，更先进的还有压缩空气储能站（目前只有美德有）。
可调节负荷单元主要是一些工业、交通和空调等有明显的峰谷、冲击或波动特点的负荷，具备可调节可能性、并能兼顾虑用户中断负荷的意愿、中断量和补贴价格。

一旦电网系统发生负荷缺口或者消纳困难，虚拟电厂可以自动响应，像智能调度员一般，一变告知各发电厂控制出力，或满发（或少发），一边通知用户少用电多给你补贴（或多用不多算电费），若满发还不够（不发仍太多）时自动打开（关闭）储能单元，动态控制电网供需……按照特定计算、参数和整定值来自动调控接入虚拟电厂电网的上述资源，一系列信号反馈-命令执行的智能操作迅速实现削峰填谷，维持电力供需平衡。

四、有没有成熟的案例？

国内2020年，由国网牵头的上海黄浦区虚拟电厂项目。迄今最大规模的一次试运行，参与楼宇超过50栋，释放负荷约1万千瓦。主要在用电高峰时段，系统针对虚拟电厂区域内，相关建筑中央空调的温度、风量、转速等多个特征参数，进行自动颗粒度较小的调控调节，且对用户体验影响不大。这里面，不同的空调，比如中央空调，VRV空调、分散式空调，他们的控制策略和实现都不一样。而对于用还可以通过参与此项目实现收益。
具体来说，在项目包括系统平台、负荷集成商、用户共三级的架构。负荷集成商在此进行竞价，补贴价格根据响应时间而波动——用户在30分钟之内进行削峰，给你的补贴就是3倍的价格（有一个基准值），30分钟到2小时之间是2倍，时间更长就更低。补贴的来源，目前主要其余各省的跨省区可再生能源电力现货交易购电差价的盈余部分，目前很多省份还没有开始现货交易，仍有一定限制范围。

国外，业界比较认可德国Next Kraftwerke公司虚拟电厂。实现了对4000多个分布式发电设备的管理，也包括一部分可调节负荷，2019年底已经实现对跨5个国家7000多个分布式能源和可调负荷的管理，总规模接近300万千瓦。他即作为能源交易商参与能源的现货市场交易。又作经营虚拟电厂业务：包括技术、电力交易、电力销售、用户结算，同时作为运营服务商为其他能源运营商提供虚拟电厂的相关第三方服务。其主要盈利模式有如下几个：（1）将风电、光伏等零或低边际成本的发电资源参与电力市场交易。（2）利用每15minー次，每天96次的电力市场价格波动，虚拟电厂调节分布式电源出力、需求响应，实现低谷用电、高峰售电，获取最大利润。（3）利用微燃机、生物质发电等启动速度快、出力灵活的特点，参与电网的辅助服务，获取收益。