简析虚拟电厂

1、什么是虚拟电厂

虚拟电厂，顾名思义就是一个虚拟化的电厂，里面的内容不是电厂，但是起到一个电厂的作用。实际上也是如此，就是将相对分散的源、网、荷、储等元素进行集成调控，形成一个黑匣子，对外等效成一个可控的电源。

这个黑匣子，对外既可以作为“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。

以往的电力系统削峰填谷，基本是通过火电厂实现的，根据测算，满足5%的峰值负荷需要投资4000亿的电厂和配套电网;而通过虚拟电厂实现，建设、运营、激励等环节的投资只需要500-800亿元。

既然这么节省，以前为什么没有这么做?因为虚拟电厂这个黑匣子，要实现上述功能，需要有内部可控的资源，比如储能、充电桩等;需要有机制，比如电力市场交易;需要有技术，黑匣子内部资源的控制和调度。

这些，以前都不太具备条件，现在基本具备了，所以沿海进展比较快。

实际上西方国家，在这块已经有不少案例。各国各有特点，日本和德国以储能和分布式电源，作为虚拟电厂的主体，美国则是以可控负荷为主，规模已占尖峰负荷的5%以上。

虚拟电厂结构示意图

2、需求侧响应与虚拟电厂

虚拟电厂和需求侧响应好像比较相似，本质内涵也比较一致。

从广义来讲，虚拟电厂是需求侧响应的延伸版，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，源网荷储都包含在内。

虚拟电厂的响应机制，比起常规的需求侧响应，要灵活迅速，一旦系统发生负荷缺口或者消纳困难，虚拟电厂可以迅速实现削峰填谷，自动响应，要求和常规电厂的效果，基本一样。

需求侧响应的响应要求，相对低一些，做到自动响应的基本没有。

虚拟电厂能够发展，必须具备以下三种资源：分布式电源、储能、可调节负荷。

分布式电源包括小型光伏、风电、生物质、燃机等，当然，调度关系不属于现有公用电网系统。

可调节负荷主要是一些工业、交通和空调负荷，需要考虑用户中断负荷的意愿、中断量和补贴价格。据国网统计，夏季空调负荷占最大负荷约30%，其中华北、华东、华中部分省市占比达40%-50%。空调负荷已经成为拉大用电峰谷差、加剧电网高峰运行压力的重要因素。

3、案例介绍

2020年，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。

怎么实现的?在用电高峰时段，系统对虚拟电厂区域内，相关建筑中央空调的温度、风量、转速等多个特征参数，进行自动调节，且对用户体验影响不大。

技术层面的工作包括控制、计量、调度、交易等等，以往的能源调控颗粒度比较大，虚拟电厂针对的是设备级，而且要求自动响应的话，复杂程度就很高了。

这是基于一套“云管边端”软件去实现。

业务流程图

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，现在的成果也都需要根据项目实践，进一步完善。

那么，用户怎么参与虚拟电厂项目，实现收益?以上海项目为例，还是在系统平台上，负荷集成商进行竞价。三级的架构，平台、负荷集成商、用户。

补贴价格根据响应时间，也是有区分。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，目前主要是来源于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，所以还是有一些制约，很多省份还没有开始现货交易。

国外的典型虚拟电厂，德国Next Kraftwerke公司的项目，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。

2009年成立的Next Kraftwerke公司员工总数不超过200人，销售收入4亿欧元左右，交易电量140GWh，业绩非常突出。

Next Kraftwerke某区域虚拟电厂聚合资源

主要通过几方面获得效益，一是光伏、风电等边际成本较低的电源，参与市场化交易获利，二是生物质、燃机等调节性能较好的电源，参与调频获利，三是调节分布式电源和可控负荷，利用峰谷差在电力市场获利。

这样的案例，对于资源协调和聚集能力，要求是非常高的。源网荷储资源的特征，如何与电力市场的商务模式衔接，怎么及时响应，高效控制，都是很大的课题。

4、国内发展的趋势与判断

虚拟电厂一定是个大趋势，是未来高渗透新能源下的电力系统必然产物，但是推广的速度还是要看如下几个方面：

一是盈利模式。跨省区可再生能源现货交易购电差价盈余作为资金池，只是当前权宜之计，还是要形成商业模式，且不是那种被动的补贴模式：虚拟电厂使得电网、电厂投资减少了，就去找他们出钱。

这种模式很难推广，不好核定，没人愿意出钱，需要形成市场化行为，电力市场里面，有人愿意买单，自然不愁没人主动去做。

二是场景延伸。例如充电桩站用这样的元素，能否充分融合进来，充电桩可调节性能很强，对时间和舒适度要求不高，发展体量很大，需要统筹规划。

现在很多案例，都是以空调负荷为主，受到到很多制约，单个楼宇空调需求响应项目改造投资较大，但可调负荷有限，性价比不高，难以回收投资。

三是成本问题。目前虚拟电厂平台、终端成本还是很高的，自控、信息设备都很花钱，如何优化成本，对于案例的市场化复制，也是至关重要的。