環(huán)球今亮點(diǎn)！虛擬電廠：新機(jī)遇與新挑戰(zhàn)

陳永偉/文

8月26日，國(guó)內(nèi)首家虛擬電廠管理中心——深圳虛擬電廠管理中心舉行了揭牌儀式，這讓“虛擬電廠”這個(gè)名詞上了熱搜。

(資料圖片僅供參考)

今年以來(lái)，北半球氣候遭遇了百年不遇的異常。一方面，不斷刷新記錄的高溫讓居民的用電量激增；另一方面，降雨的減少和持續(xù)的干旱又對(duì)水力發(fā)電造成了嚴(yán)重的干擾，電力供給大減。這供求的一減一增，使得各國(guó)的電力都出現(xiàn)了巨大的缺口，限電、停電事件不時(shí)發(fā)生。在這樣的背景下，如何建構(gòu)一套足以應(yīng)對(duì)極端天氣造成的電力負(fù)荷變化的穩(wěn)定電力管理系統(tǒng)，已成了擺在各國(guó)政策制定者面前的一道難題。而虛擬電廠，就是關(guān)于這個(gè)問(wèn)題的眾多答案中的其中一個(gè)。

虛擬電廠究竟是什么？它是怎么運(yùn)作的？其商業(yè)模式又怎樣？區(qū)塊鏈等新型技術(shù)又對(duì)虛擬電廠的發(fā)展起到怎樣的作用？對(duì)于我國(guó)來(lái)說(shuō)，虛擬電廠的應(yīng)用前景如何，又面臨著哪些挑戰(zhàn)？關(guān)于這一切，且讓我們一一說(shuō)來(lái)。

虛擬電究竟是什么？

顧名思義，虛擬電廠（VirtualPowerPlant，簡(jiǎn)稱VPP）并不是一個(gè)物理意義上的電廠，它不燒煤，也沒(méi)有廠房，而是通過(guò)軟件系統(tǒng)和信息通信等技術(shù)搭建起來(lái)的一套能源管理系統(tǒng)。借助這個(gè)系統(tǒng)，可以將不同空間的分布式電源、儲(chǔ)能設(shè)施、可控負(fù)荷等資源整合起來(lái)，并實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)優(yōu)化控制，從而模擬出類似電廠的功能。

我們知道，在現(xiàn)實(shí)世界中，電廠的功能主要有兩個(gè)：一是發(fā)電，為電力市場(chǎng)提供電能；二是根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況，對(duì)供電的負(fù)荷進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而保證電網(wǎng)的穩(wěn)定性。而虛擬電廠，就是要利用一套建立在“空中”的管理系統(tǒng)來(lái)模擬出電廠的上述兩個(gè)功能。

雖然虛擬電廠是在近幾年才火起來(lái)的，但其實(shí)它并不能算是什么新東西。它的思想淵源至少可以追溯到1997年由希蒙·阿韋布奇（ShimonAwerbuch）和阿利斯泰爾·普雷斯頓（AlistairPreston）就曾經(jīng)聯(lián)合主編的著作——《虛擬公共設(shè)施：新興產(chǎn)業(yè)的核算、技術(shù)和競(jìng)爭(zhēng)》（TheVirtualUtility：Accounting，Technology& CompetitiveAspectsoftheEmergingIndustry）。在這部書(shū)中，就提出了一種基于市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)，讓不同的獨(dú)立實(shí)體之間實(shí)現(xiàn)靈活合作，為消費(fèi)者提供高效電能服務(wù)，而不需要擁有對(duì)應(yīng)的實(shí)體資產(chǎn)的“虛擬公共設(shè)施”模式。這個(gè)思想在提出之后就受到了廣大能源學(xué)者的重視，而我們現(xiàn)在所看到的虛擬電廠其實(shí)就是虛擬公共設(shè)施的一種實(shí)現(xiàn)模式。從實(shí)踐上看，虛擬電廠的起步也較早。2000年，歐洲5個(gè)國(guó)家的11家公司就聯(lián)合推出了虛擬電廠項(xiàng)目VFCPP。

虛擬電廠所涉及的產(chǎn)業(yè)鏈很復(fù)雜，它由上游的電力供應(yīng)、中游的電力管理和下游電力應(yīng)用共同構(gòu)成。

產(chǎn)業(yè)鏈上游的電力供應(yīng)就是虛擬電廠的“電源”，它包括可控負(fù)荷、分布式電源，以及儲(chǔ)能設(shè)備。

所謂可控負(fù)荷，指可以根據(jù)電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)調(diào)整用電負(fù)荷而不影響用戶用電體驗(yàn)的“能量消耗型”用電單位。例如，辦公大廈的空調(diào)、碼頭的岸電，以及公共交通的用電等，都是重要的可控負(fù)荷。在對(duì)可控負(fù)荷進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，通常會(huì)采用“質(zhì)”和“量”兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。在“質(zhì)”的方面，調(diào)節(jié)意愿、調(diào)節(jié)能力，以及調(diào)節(jié)及聚合的性價(jià)比是評(píng)價(jià)可控負(fù)荷的最重要維度；而在“量”的方面，關(guān)注的則主要是可控負(fù)荷能夠釋放出的電量的多少。綜合“質(zhì)”和“量”兩個(gè)維度，目前最優(yōu)質(zhì)的可控負(fù)荷是建筑空調(diào)和電動(dòng)交通。以建筑空調(diào)為例，如果可以通過(guò)虛擬電廠將這些大樓的用電進(jìn)行優(yōu)化，那么每天可以節(jié)省的電就可能達(dá)到數(shù)百千瓦時(shí)。而假如可以同時(shí)優(yōu)化幾百個(gè)大樓的用電，那么其節(jié)省出來(lái)的電就幾乎可以比肩一個(gè)中小型的火電站，其規(guī)模是不容忽視的。

所謂分布式電力資源（DistributedEnergyResources，簡(jiǎn)稱DERs），通常指的是在用戶用電現(xiàn)場(chǎng)或靠近用電現(xiàn)場(chǎng)配置的規(guī)模較小的發(fā)電機(jī)組。例如小型燃機(jī)、小型光伏和小型風(fēng)電、水電、生物質(zhì)、燃料電池等，都可以被歸入分布式電源的范疇。不過(guò)，從虛擬電廠的角度看，分布式電力資源所包含的范圍還要更廣一些。對(duì)虛擬電廠而言，界定是否屬于分布式電源的標(biāo)準(zhǔn)主要是調(diào)度關(guān)系。根據(jù)這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，只要是不歸現(xiàn)有的公用系統(tǒng)調(diào)度的，或者可以從公用系統(tǒng)脫離的發(fā)電資源，都可以被視為是分布式電源。因此，一些企業(yè)的自備電源有時(shí)也會(huì)被認(rèn)為是虛擬電廠的分布式電力資源。

所謂儲(chǔ)能設(shè)備，指的則是那些將能源儲(chǔ)起來(lái)，以供需要時(shí)使用的設(shè)備。按照存儲(chǔ)形式的區(qū)別，儲(chǔ)能設(shè)備可以分為四個(gè)類別：一是機(jī)械儲(chǔ)能，如抽水蓄能、飛輪儲(chǔ)能等；二是化學(xué)儲(chǔ)能，如鉛酸電池、鈉硫電池等；三是電磁儲(chǔ)能，如超級(jí)電容、超導(dǎo)儲(chǔ)能等；四是相變儲(chǔ)能，即通過(guò)相變材料（PhaseChangeMaterial,PCM）進(jìn)行能量存儲(chǔ)的設(shè)備。隨著能源技術(shù)的不斷革新，儲(chǔ)能設(shè)備已經(jīng)成為了電力能源行業(yè)中最具革命性的要素，其經(jīng)濟(jì)性和可控性都在不斷提升。

由于各國(guó)在能源結(jié)構(gòu)和能源戰(zhàn)略上的不同，它們的虛擬電廠的上游電力供應(yīng)單位分布也存在著很大差異。從總體上看，歐洲虛擬電廠的電力供應(yīng)主要來(lái)自于分布式電源和儲(chǔ)能設(shè)備；而美國(guó)的虛擬電廠電力供應(yīng)則主要來(lái)自于可控負(fù)荷。這兩者的差別，也決定了它們的虛擬電廠在商業(yè)模式上的重大差異。

產(chǎn)業(yè)鏈中游的電力管理主要依靠物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，整合、優(yōu)化、調(diào)度來(lái)自各層面的數(shù)據(jù)信息，并最終形成決策，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電力供應(yīng)的協(xié)調(diào)控制。我們知道，在現(xiàn)實(shí)當(dāng)中，電力供應(yīng)經(jīng)常要完成調(diào)峰和調(diào)頻兩樣重要工作。其中，調(diào)峰要求對(duì)電力需求狀況進(jìn)行預(yù)測(cè)，并根據(jù)需求調(diào)節(jié)接入電網(wǎng)的電力，做到“削峰填谷”；而調(diào)頻則需要將來(lái)自不同電源的電力頻率調(diào)整到與電網(wǎng)匹配的頻率上。在虛擬電廠的運(yùn)作過(guò)程中，也需要完成類似的工作。所不同的是，借助眾多智能化工具的輔助，現(xiàn)在的虛擬電廠已經(jīng)可以更為自動(dòng)化、更為高效地完成以上這些工作。

產(chǎn)業(yè)鏈下游的電力應(yīng)用主要包括公共事業(yè)企業(yè)（如電網(wǎng)公司）、能源零售商（如售電公司）及一切參與電力市場(chǎng)化交易的主體。它們可以借助虛擬電廠實(shí)現(xiàn)電力交易、調(diào)峰調(diào)頻和需求側(cè)響應(yīng)，并在這個(gè)過(guò)程中獲得相應(yīng)的收益。

從根本上講，虛擬電廠的運(yùn)作，其實(shí)就是按照市場(chǎng)供求狀況，將電力從上游電力供應(yīng)者那里導(dǎo)入電網(wǎng)，然后對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)配，再分配給下游電力需求者的過(guò)程。通過(guò)虛擬電廠的運(yùn)作，不僅可以讓電力資源實(shí)現(xiàn)更為高效的配置，還可以讓電網(wǎng)的供電保持持續(xù)的穩(wěn)定，其功效是不容忽視的。

舊想法為何成為新概念？

既然虛擬電廠并不是新東西，那它為什么直到最近才開(kāi)始火爆呢？在我看來(lái)，其原因應(yīng)該分為需求和供給兩個(gè)方面。

從需求角度看，虛擬電廠的火爆主要是由氣候變暖加劇，以及人們的節(jié)能意識(shí)提高引致的。在近幾年中，隨著平均氣溫的不斷攀升，關(guān)于氣候變暖是否存在的爭(zhēng)議正在減少，各種異常天氣的反復(fù)出現(xiàn)更是給人們?cè)斐闪司薮蟮膿p失。面對(duì)不斷升溫的環(huán)境，“必須為遏制這個(gè)趨勢(shì)做些什么”已成為了很多人的共識(shí)。在這種背景下，即使還有很多人并不確信碳排放與氣候變暖之間存在著因果關(guān)系，也會(huì)本著“寧可信其有不可信其無(wú)”的觀點(diǎn)變得更加支持節(jié)能政策。這種共識(shí)的形成，就催生出了節(jié)能和提高能源效率的巨大需求。而虛擬電廠的理念正好十分適應(yīng)這種理念，所以就迎來(lái)了巨大的需求上漲。

從供給角度看，虛擬電廠的火爆是由電力供應(yīng)單位增加，以及電力調(diào)配能力增強(qiáng)這兩方面因素共同導(dǎo)致的。

首先是電力供應(yīng)單位的增加。如前所述，虛擬電廠的電力供應(yīng)來(lái)源包括可控負(fù)荷、分布式電源，以及儲(chǔ)能。隨著技術(shù)的發(fā)展，這三者的數(shù)量都在過(guò)去的幾年中出現(xiàn)了大幅度的增長(zhǎng)。

其次是電力調(diào)配技術(shù)的改進(jìn)。虛擬電廠的設(shè)想要想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，就必須對(duì)電力的供需狀況進(jìn)行精準(zhǔn)的識(shí)別，并在其基礎(chǔ)上進(jìn)行及時(shí)的調(diào)配。在上世紀(jì)末，相應(yīng)的技術(shù)條件并不具備。例如，對(duì)于現(xiàn)在的虛擬電廠而言，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是非常重要的，但物聯(lián)網(wǎng)的概念是1999年才由Auto-ID中心正式提出的，這個(gè)時(shí)間要晚于虛擬電廠概念出現(xiàn)的時(shí)間，而物聯(lián)網(wǎng)真正被應(yīng)用到實(shí)踐的時(shí)間則更晚。此外，像大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈等現(xiàn)在在虛擬電廠中發(fā)揮重要作用的技術(shù)，在二十多年前也都不成熟。而在最近的十多年中，上述提到的各種技術(shù)都獲得了前所未有的發(fā)展，這就為實(shí)現(xiàn)早已出現(xiàn)的虛擬電廠構(gòu)想奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

正是在以上這些供求因素的共同作用之下，才讓虛擬電廠這個(gè)“舊想法”在新的時(shí)代煥發(fā)了生機(jī)，重新被人們所重視。

虛擬電廠的商業(yè)模式

通過(guò)前面的討論，我們知道，虛擬電廠的本質(zhì)就是把原本不歸公用系統(tǒng)調(diào)度的散落能源供應(yīng)整合起來(lái)，再通過(guò)調(diào)配，輸送給那些電力的需求者。那虛擬電廠的商業(yè)模式是什么樣的呢？

大致上講，目前市場(chǎng)上的虛擬電廠有兩種不同的商業(yè)模式。一種是側(cè)重于分布式發(fā)電單位，通過(guò)參與電力交易來(lái)獲取收益；另一種則是側(cè)重于用戶端的電力資源，通過(guò)提供輔助服務(wù)來(lái)獲取收益。

第一種模式

第一種商業(yè)模式在歐洲最為流行。在歐洲，電力系統(tǒng)由發(fā)電、輸電、配電和售用四個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)成，而電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)主體可以劃分為輸電系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商（Transmis－sionSystem Operator，以下簡(jiǎn)稱TSO）和配電系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商（DistributionSystemOperator，簡(jiǎn)稱DSO）。其中，TSO負(fù)責(zé)輸電網(wǎng)絡(luò)的控制和運(yùn)營(yíng)，是在區(qū)域內(nèi)具有壟斷性質(zhì)的業(yè)務(wù)；而DSO則主要負(fù)責(zé)將電力分配給用戶，是競(jìng)爭(zhēng)性的業(yè)務(wù)。在上述分工之下，歐洲的虛擬電廠通常是由第三方運(yùn)營(yíng)商、發(fā)電廠，以及TSO合作運(yùn)營(yíng)的。所以，歐洲虛擬電廠的首要任務(wù)也當(dāng)然是為發(fā)電單位服務(wù)，幫助它們接入電網(wǎng)、參與交易，并設(shè)法為它們降低成本、提升效率。

這種商業(yè)模式可以從兩個(gè)來(lái)源獲得收入：一是向發(fā)電企業(yè)收取服務(wù)費(fèi)。虛擬電廠可以幫助發(fā)電企業(yè)進(jìn)行規(guī)劃，并提供相應(yīng)技術(shù)支持，讓其對(duì)電力的提供有更為科學(xué)的計(jì)劃，降低因多發(fā)電或發(fā)電不足而造成的不必要成本。對(duì)應(yīng)的，它們就可以根據(jù)節(jié)約的成本收取相應(yīng)比例的費(fèi)用。二是從交易中抽成。當(dāng)虛擬電廠幫助發(fā)電單位接入電網(wǎng)，并完成電力交易后，就可以從交易中獲得一定的提成。

由于歐洲的虛擬電廠起步較早，因此目前已經(jīng)有了很多上述模式的成功案例。其中，最有代表性的當(dāng)屬德國(guó)的Next-Kraftwerke。Next-Kraftwerke的前身是成立于2009年的德國(guó)清潔技術(shù)公司NextKraftwerkeGmbH，其最初的主營(yíng)業(yè)務(wù)為應(yīng)急發(fā)電機(jī)、風(fēng)力渦輪機(jī)和沼氣發(fā)電廠的聚合工作。2011年，Next-Kraftwerke的虛擬電廠平臺(tái)研發(fā)成功，并投入使用。2020年，其全年?duì)I收已經(jīng)達(dá)到了5.95億歐元。2021年，Next-Kraftwerk被殼牌公司收購(gòu)。根據(jù)殼牌的預(yù)測(cè)，到2030年，通過(guò)Next-Kraftwerk交易的電量將會(huì)是現(xiàn)在的兩倍。

目前，Next-Kraftwerk的盈利業(yè)務(wù)主要分為三塊：

一是幫助可再生能源發(fā)電企業(yè)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)電情況，讓它們避免出現(xiàn)發(fā)電量預(yù)測(cè)不準(zhǔn)的情況，節(jié)省不必要的成本。由于可再生能源的發(fā)電具有很高的隨機(jī)性和波動(dòng)性——比如風(fēng)力發(fā)電的發(fā)電量就會(huì)嚴(yán)重受制于風(fēng)力變化的影響，因此經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)發(fā)電量不足以向TSO交付約定電量的情況。每當(dāng)這樣的情況出現(xiàn)，發(fā)電商就需要從其他發(fā)電商那里高價(jià)購(gòu)入電力來(lái)履行約定。在Next-Kraftwerk的幫助之下，這些可再生能源發(fā)電企業(yè)將可以更為精準(zhǔn)地預(yù)測(cè)電力的供求情況，從而更理性地和TSO簽訂合同，規(guī)避損失。當(dāng)然，Next-Kraftwerk將會(huì)從這樣的服務(wù)中收取不菲的服務(wù)費(fèi)用。

二是向電網(wǎng)側(cè)提供短期柔性儲(chǔ)能服務(wù)，并向其收取費(fèi)用。

三是通過(guò)控制需求側(cè)的用電量來(lái)服務(wù)電網(wǎng)側(cè)，根據(jù)電網(wǎng)狀況調(diào)整用電側(cè)的需求，收取輔助費(fèi)用。

第二種模式

第二種模式主要流行于美國(guó)。在美國(guó)，部分地區(qū)的電力市場(chǎng)的某些部分受到監(jiān)管，垂直整合的公用事業(yè)企業(yè)負(fù)責(zé)提供給消費(fèi)者全部電力。而在另一些地區(qū)，電力市場(chǎng)則是競(jìng)爭(zhēng)性的，它們由獨(dú)立的系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商 （IndependentSystemOperator，簡(jiǎn)稱ISO）來(lái)負(fù)責(zé)運(yùn)營(yíng)。ISO的存在打破了公共事業(yè)企業(yè)對(duì)發(fā)電和輸配電環(huán)節(jié)的壟斷，從而允許各獨(dú)立儲(chǔ)電主體參與到與輸配電網(wǎng)的交易中，這就為虛擬電廠的存在奠定了基礎(chǔ)。

美國(guó)是一個(gè)太陽(yáng)能資源豐富的國(guó)度。在過(guò)去的幾年中，由于受到政府的大力扶持，美國(guó)的光伏發(fā)電得到了高速的發(fā)展。巨大的光伏裝機(jī)容量，使得其利用的太陽(yáng)能不僅可以滿足用戶自己的需要，還可以在必要時(shí)輸入電網(wǎng)進(jìn)行售賣。在這種情況下，所謂的“需求側(cè)響應(yīng)”，即用戶根據(jù)市場(chǎng)需求來(lái)調(diào)劑其電量的活動(dòng)進(jìn)行服務(wù)的業(yè)務(wù)就有了很大的市場(chǎng)。而在這個(gè)過(guò)程中，虛擬電廠就成了一個(gè)必不可少的關(guān)鍵角色。

在美國(guó)的虛擬電廠中，最為成功的案例就是特斯拉的Powerwall。Power－wall是特斯拉和太陽(yáng)能面板安裝商SolarCity于2015年5月聯(lián)合推出的家用儲(chǔ)能電池。從外觀上看，Powerwall就是一塊大型的“充電寶”，它可以搭配特斯拉家用太陽(yáng)能電池SolarRoof，白天利用太陽(yáng)能電池對(duì)其充電。充電完成之后，它就可以被用來(lái)向家庭供電，或者接入電網(wǎng)來(lái)售賣富余電力。當(dāng)然，在陰天等光照不充分的情況下，用戶也可以通過(guò)Powerwall來(lái)從電網(wǎng)購(gòu)買電力。

特斯拉在對(duì)Powerwall進(jìn)行推廣后，先后與 EnergyLocals、GreenMountainPower、PG&E等公共事業(yè)公司和電力零售商先后開(kāi)展了虛擬電廠項(xiàng)目。項(xiàng)目幫助Powerwall擴(kuò)大系統(tǒng)的安裝量，同時(shí)電力零售商通過(guò)與Powerwall使用者簽訂協(xié)議，可以獲得這些分布式電池電力的部分使用權(quán)，實(shí)現(xiàn)聚合需求側(cè)的資源以及虛擬電廠的商業(yè)化擴(kuò)張。這樣，龐大的Powerwall就構(gòu)成了虛擬電廠的供電源頭，而特斯拉通過(guò)對(duì)Power－wall的用戶更好地進(jìn)行“需求側(cè)響應(yīng)”，不僅可以讓電力得到更有效率的配置，還能在此過(guò)程中收取豐厚的費(fèi)用。

舉例來(lái)說(shuō)，2022年，特斯拉與加州公用事業(yè)公司 PG&E合作開(kāi)展了名為“緊急負(fù)荷削減計(jì)劃”（EmergencyLoadReductionProgram）的虛擬電廠項(xiàng)目，擁有 Powerwall的 PG&E用戶可以自愿通過(guò)特斯拉的應(yīng)用程序注冊(cè)加入該項(xiàng)目。在電網(wǎng)面臨需求壓力時(shí)，項(xiàng)目參與者可以以每千瓦時(shí)2美元的價(jià)格向電網(wǎng)供電——這個(gè)價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了當(dāng)?shù)孛壳邥r(shí)25美分的電價(jià)。不過(guò)，公用事業(yè)單位也并不吃虧。在以往遇到這樣的情況時(shí)，它就不得不以更高的價(jià)格向其他電廠購(gòu)入電力，有時(shí)甚至還會(huì)因?yàn)橘?gòu)不到電而導(dǎo)致斷電。當(dāng)然，在這個(gè)用戶和公用事業(yè)單位雙贏的過(guò)程中，特斯拉也會(huì)獲得可觀的服務(wù)費(fèi)用。

可能的第三種模式

需要指出的是，無(wú)論是類似于Next-Kraftwerk的歐洲模式，還是Pow－erwall所代表的美國(guó)模式，本質(zhì)上都采用了一種中心化的運(yùn)作模式。在這種運(yùn)作模式下，中心化的控制平臺(tái)需要不斷搜集供需兩方面的信息，并根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)匹配，完成精準(zhǔn)調(diào)度。很顯然，這會(huì)存在很多局限之處：其一，中心化的運(yùn)作會(huì)給管理平臺(tái)帶來(lái)非常大的負(fù)擔(dān)。隨著交易量的擴(kuò)大，這種負(fù)擔(dān)會(huì)迅速提升，由此會(huì)產(chǎn)生非常高的成本，并對(duì)電力的配置效率產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。其二，中心化的平臺(tái)很難針對(duì)供求的變化造成精準(zhǔn)的調(diào)控。其三，中心化的處理模式勢(shì)必讓運(yùn)作平臺(tái)掌握大量的用戶數(shù)據(jù)，因而會(huì)面對(duì)數(shù)據(jù)泄露等風(fēng)險(xiǎn)。

針對(duì)這種情況，現(xiàn)在已經(jīng)有不少專家開(kāi)始討論一種去中心化的虛擬電廠模式，而近年來(lái)區(qū)塊鏈技術(shù)的成熟，就為實(shí)現(xiàn)這種模式提供了技術(shù)上的基礎(chǔ)。具體來(lái)說(shuō)，可以考慮將電力供應(yīng)單位和用電單位統(tǒng)一上鏈，通過(guò)智能合約，設(shè)定相關(guān)的交易機(jī)制。這樣，電力的供求雙方就不再需要依賴于中心化的交易平臺(tái)，而可以在區(qū)塊鏈上直接實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的交易。這種分散式的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)交易模式不僅可以緩解中心化擁擠所造成的效率低下以及安全隱患，還可以通過(guò)更為靈活的價(jià)格調(diào)節(jié)，更好地實(shí)現(xiàn)供需匹配。

在虛擬電廠的管理上，可以參考Web3.0領(lǐng)域流行的DAO（DecentralizedAutonomousOrganization，即“去中心化組織”）模式，參與交易的供需方都可以成為DAO的參與者。它們對(duì)這個(gè)DAO的所有貢獻(xiàn)都可以獲得對(duì)應(yīng)的通證（to－ken）回報(bào)。憑借通證，它們不僅可以參與DAO的治理，還可以享受到對(duì)應(yīng)的經(jīng)濟(jì)利益（例如交易中的價(jià)格補(bǔ)貼）。

不過(guò)，目前看，以上這種基于區(qū)塊鏈的虛擬電廠模式還存在著一些技術(shù)上的瓶頸。例如，目前區(qū)塊鏈交易所依賴的共識(shí)機(jī)制效率普遍還比較低下，要驗(yàn)證一筆交易不僅需要較高的成本，還需要很長(zhǎng)的時(shí)間，這對(duì)于時(shí)效性很強(qiáng)的電力交易而言是非常致命的。

虛擬電廠在我國(guó)的應(yīng)用前景及挑戰(zhàn)

與歐美相比，虛擬電廠引入我國(guó)的時(shí)間較晚，但對(duì)于這項(xiàng)重要的能源調(diào)配技術(shù)，我國(guó)一直給予了高度重視。在“十三五”期間，我國(guó)就在江蘇、上海、河北等地先后開(kāi)展了關(guān)于電力需求響應(yīng)和虛擬電廠的試點(diǎn)工作。其中，江蘇省還在 2015年出臺(tái)了《江蘇省電力需求響應(yīng)的實(shí)施細(xì)則》。2019年，國(guó)家電網(wǎng)提出了“泛在電力物聯(lián)網(wǎng)”，國(guó)內(nèi)首個(gè)虛擬電廠“國(guó)網(wǎng)冀北虛擬電廠”也建成并實(shí)現(xiàn)了發(fā)電和用電的自我調(diào)節(jié)。

最近幾年，隨著國(guó)家“3060雙碳”目標(biāo)的提出，光伏、水電等新能源基礎(chǔ)設(shè)施蓬勃發(fā)展，電動(dòng)汽車等可控負(fù)荷單位數(shù)量也大幅增加。而與此同時(shí)，氣候的異常也使得電網(wǎng)面臨的隨機(jī)沖擊越來(lái)越大。隨著電力供應(yīng)源的大量增加，供需之間的不匹配問(wèn)題還可以進(jìn)一步改善。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020年全國(guó)棄風(fēng)電量166.1億千瓦時(shí)；棄光電量52.6億千瓦時(shí)（注：所謂棄風(fēng)電量指的是發(fā)出但沒(méi)有使用的風(fēng)電數(shù)量，而棄光電量指的是發(fā)出但沒(méi)有使用的光伏電數(shù)量）。而如果推廣虛擬電廠，讓電力得到更有效率的配置，那么其經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益都會(huì)是相當(dāng)可觀的。

與此同時(shí)，我國(guó)電力市場(chǎng)本身具有的巨大波動(dòng)性，也決定了要削峰填谷、維持電力系統(tǒng)穩(wěn)定需要巨大的成本，而虛擬電廠的加入則可以在很大程度上降低這個(gè)成本。國(guó)家電網(wǎng)曾經(jīng)做過(guò)一個(gè)測(cè)算，如果通過(guò)火電廠來(lái)實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)削峰填谷，那么滿足5%的峰值負(fù)荷就需要投資4000億元；而如果是用虛擬電廠來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，那么在建設(shè)、運(yùn)營(yíng)、激勵(lì)等環(huán)節(jié)投資僅需500億元至600億元。

綜合以上幾點(diǎn)可知，虛擬電廠在中國(guó)的應(yīng)用前景將是非常廣闊的。不久前，中金公司曾經(jīng)做過(guò)一個(gè)測(cè)算，認(rèn)為到2030年，中國(guó)的虛擬電廠市場(chǎng)規(guī)模將可以達(dá)到1320億元，其規(guī)?？梢?jiàn)一斑。

不過(guò)，我們也必須看到，至少在現(xiàn)階段，虛擬電廠在我國(guó)的發(fā)展還會(huì)遇到很多挑戰(zhàn)：

其一，虛擬電廠項(xiàng)目涉及的技術(shù)很多，其中一些技術(shù)瓶頸現(xiàn)在還沒(méi)有得到很好的解決。例如，當(dāng)電力的供需方大規(guī)模接入網(wǎng)絡(luò)后，如何能夠保持網(wǎng)絡(luò)的通暢和平穩(wěn)運(yùn)行？如何預(yù)測(cè)電力供需的變化、實(shí)現(xiàn)電力在供求主體之間的有效調(diào)配？

其二，目前電力供給單位參與的意愿并不強(qiáng)烈，因而虛擬電廠的電力來(lái)源依然難以保持穩(wěn)定。造成這種現(xiàn)象的原因是多方面的。一方面，相對(duì)于歐美等國(guó)，我國(guó)的電價(jià)是相對(duì)較低的，因而供電主體，尤其是那些可控負(fù)荷主體并沒(méi)有太強(qiáng)的供電激勵(lì)。另一方面，由于技術(shù)所限，供電可能會(huì)對(duì)供電主體本身的設(shè)備造成一定的損害。

其三，虛擬電廠的發(fā)展可能還會(huì)損害一些主體的既得利益。比如，過(guò)去當(dāng)市場(chǎng)上的電力供不應(yīng)求時(shí)，電網(wǎng)就會(huì)向一些電廠高價(jià)購(gòu)買電力。一旦虛擬電廠從分布式電力資源或者可控負(fù)荷來(lái)調(diào)劑電力，就勢(shì)必會(huì)侵犯這些電廠的既得利益。如果這種利益沖突不處理好，就會(huì)引發(fā)很多矛盾。

綜合以上幾點(diǎn)，我們可以看到，盡管虛擬電廠在我國(guó)的應(yīng)用前景很廣闊，但其需要克服的問(wèn)題依然不少。因此，虛擬電廠的發(fā)展可能還有很長(zhǎng)的一段路要走。

關(guān)鍵詞： 虛擬電廠新機(jī)遇與新挑戰(zhàn) 分布式電源 虛擬電廠