近年来随着新型电力系统建设推进，无论是电力生产还是需求都有着越来越大的随机性。虚拟电厂的出现，则可以最大限度地平抑新能源电力的强随机波动性，提高新能源的利用率，打破传统电力系统中发电厂之间，以及供给侧和用电侧之间的物理界限。
◎本报记者 张 晔
近日，国网上海市电力公司经济技术研究院主持申报的《虚拟电厂资源配置与评估技术规范》已由国家标准化管理委员会正式批准立项，标志着虚拟电厂领域首个国家标准正式立项。
解决灵活性资源供需问题，是建设新型电力系统必须攻克的难题，虚拟电厂正是新型电力系统建设的重要抓手和典型实践。制定并出台相关标准，将对目前虚拟电厂建设中遇到的诸多问题起到纲领性的指导作用。
可灵活实现削峰填谷
2022年8月，特斯拉公司在缺电情况最为严峻的美国加利福尼亚州举办了一场紧急响应活动，散布在加州各地的2300多名特斯拉用户通过“虚拟电厂”，将家用储能设备“能量墙”（PowerWall）中存储的电能输送至最缺电的地方。这些分散的电力在某个时点的输出功率高达16兆瓦。
这是一次多赢的尝试：用户输出用不完的电，1度电即可挣2美元；虚拟电厂的调度，缓解了电网在用电高峰时期的巨大压力。
“虚拟电厂，顾名思义就是一个虚拟化的电厂，它不直接发电，但是却起到了‘电厂’的作用。”国网江苏电科院新能源技术室主管汪成根博士介绍说，实际上，虚拟电厂就是一套能源管理系统。
传统电网稳定运行了这么多年，已经形成一套完备的调控体系，为何还需要另起炉灶建设虚拟电厂？
传统电力系统中，电网根据用电侧的电力需求对供给侧的发电进行调控，供给侧的发电厂多为数百万兆量级的大型火电机组。
汪成根告诉科技日报记者，近年来随着新型电力系统建设推进，无论是供给侧的电力生产，还是用电侧的电力需求，都有着越来越大的随机性，对电力保供工作、系统经济高效运行等带来了严峻挑战。
具体而言，在供给侧，近年来的“双碳”目标以及能源转型，使得风光发电在能源结构中的占比持续扩大，“靠天吃饭”的新能源具有随机性、间歇性和波动性等特点；在用电侧，以空调大规模普及为代表的终端电气化水平持续提升，以及充电桩等新型负荷不断涌现，让预测用电负荷也变得更加困难。
虚拟电厂的出现，则可以最大限度地平抑新能源电力的强随机波动性，提高新能源的利用率，打破传统电力系统中发电厂之间，以及供给侧和用电侧之间的物理界限。
虚拟电厂将相对分散的电源、电网、负荷和储能等进行集成调控，实现了“源网荷储一体化”，其等效为一个可控的电源，既能作为“正电厂”向系统供电，也能作为“负电厂”消纳系统储存的电力，灵活实现削峰填谷。
破解绿色能源消纳难题
新能源发电产业高速增长，综合能源站、储能、电动汽车充电桩、智能楼宇、冷热电三联供等多能柔性负荷大量接入电网系统，如何灵活调度现有资源，提升供电可靠性、经济性和新能源利用率，成为电网面临的重要难题之一。
汪成根认为，随着“双碳”目标的持续推进，新型电力系统的发展成为未来趋势，对可再生能源、分布式发电的开发利用得到了前所未有的重视，传统“源随荷动”的运行模式亟须向“源荷互动”转变。虚拟电厂能够提升能源服务，实现对分布式能源的响应分配、灵活挖掘潜力、实时协调控制，有效参与电力市场交易，响应多样化的用电需求，在破解清洁能源消纳难题、绿色能源转型方面将发挥重要作用。
国网江苏电科院自动化技术室博士易文飞认为，虚拟电厂不仅可以支撑电网安全稳定运行，还能延缓或节约电力投资。根据国网能源院预测，较乐观边界条件下，我国2025年需求侧资源的技术可开发潜力有望达到最大负荷的9%左右，通过虚拟电厂将难以调度利用的小微资源整合，并参与系统运行调节，能够有效提升电力系统的灵活性。
“仅依靠传统电力系统直接调度管理‘点多面广’的分布式资源，成本高昂且十分困难，一旦分布式资源在能源供给中的占比达到一定程度，将对电力系统平稳运行带来极大的不确定性。”易文飞说，虚拟电厂的发展应该瞄准小微资源的聚合管理，扮演系统调度与用户的中间管理者角色，使分布式光伏、用户侧储能、可调节负荷等各类资源更好地在系统运行和市场交易中发挥作用。
国内虚拟电厂建设方兴未艾
据悉，全球首个虚拟电厂项目诞生于2000年，德国、荷兰、西班牙等5国11家公司共同启动虚拟电厂项目VFCPP。
近年来，我国虚拟电厂建设也开始步入战略发展阶段。2017年5月24日，世界上首套大规模“源网荷互动”系统在江苏投运，它的投运标志着我国拥有了世界上最大规模容量的虚拟电厂。
2021年以来，国家层面的能源规划、低碳转型、碳达峰行动方案和新型储能指导意见等政策中，都明确支持虚拟电厂参与调节电力系统、电力辅助服务和现货市场交易等。北京、内蒙古、河南等多地将虚拟电厂写入其“十四五”能源发展规划中。
汪成根表示，国内虚拟电厂建设起步较晚，仍处于初级阶段。虚拟电厂的发展可分为邀约型、市场型和自由调度型三个阶段。目前，我国虚拟电厂仍处于邀约型向市场型发展的阶段，主要通过政府机构或电力调度机构发出邀约信号，由负荷聚合商、虚拟电厂组织资源进行削峰、填谷等需求响应。
易文飞认为，虚拟电厂代表了能源数字化、用电侧资源开发利用等一系列能源电力系统未来高价值的发展方向，但当前也有部分服务商借虚拟电厂的概念包装其传统的节能改造等低技术密度业务。
“当前，关乎虚拟电厂健康发展的部分宏观问题尚未得到解决。”易文飞说，一是虚拟电厂的概念内涵、功能形态未形成权威、统一的认识，政产学研各界均在各自的专业和立场上对虚拟电厂进行解读；二是虚拟电厂参与电网调度交易责权边界还不够明确，国家发改委等部门已经出台相关文件将虚拟电厂认定为辅助服务市场主体和并网调度主体，但是未在文件中明确其权责，电网企业也未出台详细的说明文件，这就使资本方、运营商、电网企业在虚拟电厂的发展投入上有所保留；三是虚拟电厂技术标准体系尚不健全，当前虚拟电厂建设缺少统一的标准，市场主体的数据交互存在壁垒，导致虚拟电厂运行成本高且存在信息安全风险。同时，虚拟电厂并网调度标准、规程不明确，导致并网调度存在困难。
虽然有着诸多需要解决的问题，但虚拟电厂在我国仍然有着非常大的市场潜力，国家以及各省市也在积极探索虚拟电厂的“建厂”路径。随着首个国家级标准的正式立项，虚拟电厂正朝健康有序方向蓬勃发展。
