来源：【中国科学报】
文 林伯强（厦门大学中国能源政策研究院院长）
近期，全球多地遭受极端高温天气考验，干旱严重。高温造成的能源供求紧张局势突出，能源保供情况备受关注。
可想而知，未来电力系统的安全稳定运行面临着诸多挑战：一是全球气候变暖引起的极端天气频发，二是“双碳”目标下能源转型和能源革命持续推进，三是大规模分布式电源并网。
在此背景下，电力系统的灵活性越来越重要，虚拟电厂因注重综合能源服务的形式“应运重生”。
何谓虚拟电厂？虚拟电厂的概念最早在1997年提出，主要目标是节能减排，在21世纪初期已受到了欧洲、北美等国的关注，之后在全球推广。
应该说，虚拟电厂是一套先进的电力管理系统，结合软件系统和信息通信技术，将系统中的分布式电源、柔性负荷、储能、电动车等多种可调节资源聚合在一起，通过对资源的智能调控和协调优化，实现电力系统的供需平衡和对大规模新能源电力的高效利用。
虚拟电厂兼具“源—荷”特性，既可以向电力系统供电，又可以消纳系统的电力，可以更灵活地实现“削峰填谷”的功能。
虚拟电厂通过将多种可调节能源集成的形式实现智能协同调控，从而保障电网的安全稳定输出，为解决极端天气、新能源电力和大规模分布式电源接入给电网带来的波动性难题提供了新的路径和方案。
因此，虚拟电厂可以说是新型电力系统的智能管家，是可再生能源发展的配套保障。
虚拟电厂参与电力市场兼具经济效益和社会效益，具有广阔的市场前景。虚拟电厂是个老概念，但未来虚拟电厂在先进数字技术和能源互联网的加持下可以实现电源的多能互补和负荷的灵活互动，为电网提供调峰调频、储能等辅助服务。
虚拟电厂聚合了多种能源，可以在用电高峰期削减负荷、在用电低谷期增加负荷，因此其在辅助服务市场上具有独特优势，可进行调峰和调频服务交易。虚拟电厂参与需求侧响应的方式是根据合同要求按时按容量削减负荷，从而保障电网的供需平衡。在提供需求响应和辅助服务业务中，可通过价格补偿机制获得收益。
在现货交易市场中，虚拟电厂可以灵活配置电能，利用峰谷电价差盈利，不仅具有较大的盈利空间，还可实现电网运行供需优化。从经济性来看，根据国家电网的测算，如果通过火电厂实现电力系统的削峰填谷，满足5%的峰值负荷需要投资4000亿元，而通过虚拟电厂实现这一目标仅需投资500亿~600亿元，即火电厂成本的1/8~1/7。
虚拟电厂市场至少有三方面潜能。首先，可再生能源占比提高使电网“双高”“双峰”的特点凸显，加之备用容量可能不足，导致电网备用容量缺口巨大。
其次，我国分布式发电装机量大，装机容量逐年增长。同时电动车、储能等用户侧可调节负荷资源也在逐年增长。
再次，随着电能替代的进一步推进，全社会用电量持续攀升，虚拟电厂平抑负荷的功能将发挥更大作用。
除了市场推动外，近年来利好政策频发，为虚拟电厂的蓬勃发展创造了政策环境。随着电力市场交易的持续放开，推动新能源逐步参与市场交易，电力系统对于调峰调频此类辅助服务的需求将大大增加。虚拟电厂作为市场参与者，可通过电力交易和提供辅助服务获得收益。
同时，《“十四五”现代能源体系规划》等多个政策文件均提出将开展各类资源聚合的虚拟电厂示范。
在市场驱动和政策支持下，虚拟电厂有望实现跨越式增长。然而，虚拟电厂发展仍面临着挑战。
随着信息通信、智能调度算法、智能计量等技术的发展，虚拟电厂的技术日渐成熟。虚拟电厂的发展通常分为邀约型阶段、市场化阶段和跨空间自主调度型阶段。
国外虚拟电厂已进入市场化阶段，国内尚处于由邀约型向市场化过渡的初期发展阶段，以试点示范为主，市场参与度比较低，上海、江苏、河北等地已开始虚拟电厂的试点建设和运行。
当前我国的虚拟电厂建设具有以下几个特点：
一是顶层设计亟待完善。我国虚拟电厂建设处在发展初期，尚没有国家层面的专项政策，省级层面的专项政策也寥寥无几。与虚拟电厂相关的辅助服务市场和电力现货市场均不成熟，虚拟电厂参与交易的市场条件尚未完全形成。行业技术标准体系未构建，监管体系未形成，参与交易运行的规程、规范和规则有待完善。在聚合资源类型上，我国目前以负荷侧资源为主，尚未充分释放可再生能源的活力。
二是虚拟电厂相关技术有待进一步发展。虚拟电厂相关业务需要满足即时响应和可靠性要求，其中的关键技术包括实时快速响应的协调控制技术、先进的人工智能和大数据技术等，目前虚拟电厂的发展还受限于技术。并且我国虚拟电厂对系统内可调节能源的协调控制功能和策略有待完善，对体量大、资源分布广的分布式可再生能源的控制能力不足，精准预测能力也不够。从数据采集、电力交易到用户结算，以及为用户提供运营服务和解决方案，这一套程序尚不成熟。
三是虚拟电厂商业模式尚不清晰。目前我国虚拟电厂市场的关注度和参与度低，辅助服务业务量较小，电力现货交易业务则处于探索阶段。行业发展的时机和条件未成熟，实现盈利难度较大。此外，市场价格机制关乎虚拟电厂的生死存亡，电价对于虚拟电厂的盈利影响很大。如果没有电价改革配合，虚拟电厂的预期盈利空间恐会大打折扣，大规模商业运行也将受到影响。
虚拟电厂是消纳新能源电力、保障新型电力系统安全稳定运行和实现能源保供的一大利器，需积极推动虚拟电厂建设，激发虚拟电厂活力，促进虚拟电厂长足发展。
首先，将顶层设计尽快提上日程。尽快着手绘制虚拟电厂发展蓝图，做好顶层设计工作。出台国家层面的专项政策和指导性文件，积极鼓励省级层面的专项政策出台。牵头构建虚拟电厂建设标准体系，明确虚拟电厂的定义、范围、发展规划、实施策略，完善虚拟电厂参与电力市场交易的各项规则，为虚拟电厂建设提供政策支撑和依据。
其次，积极推动核心技术研发。加快推进协调控制技术、分布式能源可控可测技术、光伏发电技术、储能技术等的研发，提高虚拟电厂对分布式电源、储能等资源的调控能力，改善对资源的智能管理能力，推动分布式可再生能源纳入聚合资源范围，充分发挥我国大体量分布式电源装机优势，实现规模效应，提高电力系统的安全性、稳定性和经济性。
再次，加快完善市场机制和激励机制。虚拟电厂的发展与电力现货市场、辅助服务市场的进展息息相关。应扎实推进电力现货市场建设，深化电力体制改革和电价改革。逐步推动电价市场化，让电力价格反映供应成本，让市场机制充分发挥作用。完善新能源电力参与市场交易机制，激发新能源电力市场活力。加快辅助服务市场建设步伐，激励更多市场主体参与辅助服务市场交易。同时，完善虚拟电厂与现货市场、容量市场和辅助服务市场的互动机制。
《中国科学报》 (2022-09-09 第1版 要闻 原标题为《虚拟电厂如何“应运重生”》)
编辑 | 赵路
排版 | 志海
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