什么是虚拟电厂（Virtual Power Plant, VPP）
虚拟电厂技术现状及展望
泛在电力物联网下虚拟电厂的研究现状与展望
马斯克看好的虚拟电厂能解决缺电难题吗？
什么是“虚拟电厂”？
虚拟电厂
虚拟电厂 是一种通过先进信息通信技术和软件系统，实现DG、储能系统、可控负荷、电动汽车等DER的聚合和协调优化，以作为一个特殊电厂参与电力市场和电网运行的电源协调管理系统。虚拟电厂概念的核心可以总结为“通信”和“聚合”。虚拟电厂的关键技术主要包括协调控制技术、智能计量技术以及信息通信技术。虚拟电厂最具吸引力的功能在于能够聚合DER参与电力市场和辅助服务市场运行，为配电网和输电网提供管理和辅助服务。“虚拟电厂”的解决思路在我国有着非常大的市场潜力，对于面临“电力紧张和能效偏低矛盾”的中国来说，无疑是一种好的选择。
虚拟电厂的提出是为了整合各种分布式能源,包括分布式电源、可控负荷和储能装置等。其基本概念是通过分布式电力管理系统将电网中分布式电源、可控负荷和储能装置聚合成一个虚拟的可控集合体,参与电网的运行和调度,协调智能电网与分布式电源间的矛盾,充分挖掘分布式能源为电网和用户所带来的价值和效益。虚拟电厂主要由发电系统、储能设备、通信系统构成。
虚拟电厂和传统电厂的不同之处：首先，它没有实体，所有的电都来自已有的电力资源；其次，所谓“电厂”其实相当于一个调度控制平台，其核心功能是聚合分散的电力资源，并进行优化控制与分配。浙达能源创始人兼CEO蒋雪冬打了一个形象的比方：“虚拟电厂就像能源领域的网约车平台”。电网就相当于道路网络，以前路上只有火电、水电、核电这种“传统出租车”，虚拟电厂将风光等分布式电源、储能、用户侧发电等“社会车辆”都纳入到平台，不仅满足了更多人“打车”的需求，且通过算法匹配供需，提高了整个道网的运营效率。
东南大学电气工程学院教授高赐威对《中国新闻周刊》指出，传统电力系统中，电网根据用户侧的电力需求对发电进行统一、集中调控，且主要针对容量几十万兆瓦的大型机组。但在“双碳”目标和能源转型背景下，风光等新能源在整个电力系统中的占比越来越高，新能源发电“靠天吃饭”，具有随机性、间歇性和波动性特点，因此对电网稳定性提出了更高要求。
与此同时，对电网负荷的预测和平衡也变得更加困难。蒋雪冬表示，随着更多用户接入屋顶光伏和储能等设施，电力传输“潮流”由单向变为双向，让负荷更难预测。此外，电动车、充电桩等分散用户侧资源不受整个电网统一的管理和调控，也会带来局部电力的不平衡。这些都让传统电网调度愈发力不从心。
根据主体资源的差异，虚拟电厂可分为负荷型、电源型和混合型。负荷型重点聚合用户侧的可调节负荷，即在基本不影响用户用电的前提下，聚合一定时间内可灵活参与调节的负荷，包括工业企业、商业和居民用户、建筑楼宇、空调、充电桩等。电源型则主要调度分布式电源，如小型光伏、风电和燃机、水电、储能等。混合型则两者兼而有之。
作为一种电网灵活性资源，虚拟电厂和新型储能、抽水蓄能、火电机组改造相比，具有经济上的优势。国家电网此前曾公布过一组测算数据：火电厂如果要满足5％的峰值负荷，需要投资4000亿元；而采用虚拟电厂模式，在建设、运营等环节的总投资仅需500亿~600亿元，是火电厂投资的1/8。
欧美虚拟电厂发展比中国早十年左右，欧洲以电源型虚拟电厂为主。美国虚拟电厂则以负荷型的灵活性资源为主。当前，美国许多州都在尝试家庭虚拟电厂，即以家庭的屋顶光伏和储能设施构成一个个发电单元。
虚拟电厂行业有很高的技术门槛和行业壁垒，一方面，入局者不仅要了解电力，还要懂通信、数字化、物联网、人工智能等技术，需要跨学科的交叉人才；另一方面，还必须深刻理解电网的调度运行规则，深耕到整个能源、电力系统的大环境中去，熟谙行业生态。因此，电网公司发展虚拟电厂有天然优势。
在新兴领域,泛在电力物联网将在统一感知、实物 ID 应用、精准主动抢修、虚拟电厂、智慧能源服务一站式办理、大数据应用等领域,为电网企业和新兴业务主体赋能。以综合能源服务平台为例,对于可以应用入口将能效服务共享平台、省级客户侧用能服务平台、新能源大数据平台、车联网、光伏云网、智慧能源控制等系统,发挥规模化集聚效应; 对外则可为各类新兴业务主体统一提供并网、监控、计量、计费、交易、运维等平台化共享服务。
2020年国家能源局将多层级虚拟电厂平台等10个项目入选能源领域“科技助力经济2020”重点专项.
6月30日,国家能源局综合司发布关于能源领域“科技助力经济2020”重点专项拟立项项目的公示,拟将多层级虚拟电厂平台、适应灵活运行需求的燃机核心部件保障技术研究、高性能长寿命燃料电池膜电极研发及在氢能重载车辆示范应用等10个项目列入重点专项。
“虚拟电厂”技术成熟,分布式的太阳能+储能项目可投入使用
美国南加州爱迪生公司(SCE)周二宣布了一项计划,将允许多达300名用户通过的家庭能源系统创建一个分布式的太阳能+储能网络,该公司可以在明年用电高峰期间使用该网络。
SCE产品管理的首席经理 Lim表示,这个虚拟发电厂的潜在容量未被披露,它是一个SCE试点项目,之后类似的产品可以与其他太阳能和储能供应商一起提供。的首席政策官霍斯金斯()表明该公司正与其他公用事业公司就类似的自带设备(BYOD)产品进行谈判,希望这一年的试验是与SCE合作的第一阶段。
特斯拉汽车的双向充电技术实现与澳大利亚和佛蒙特州的政府通过展开合作,三方共同建立虚拟电厂。此次合作与以往的合作不同,特斯拉通过用电动汽车提供电力而不是之前所用的家用电池组。
特斯拉车主可以在停电时用特斯拉汽车给自己的房子供电,也可以用自己的汽车给其他的电动汽车充电。这是双向充电技术所带来的最直观的方便。特斯拉双向充电技术的最大价值是可与电网连接,调节电网的压力,满足区域用电高峰时段的电力需求,让现有的电网供电体系效率更高。
中国的虚拟电厂
王永利进一步指出，由于虚拟电厂行业缺乏足够市场竞争，以政府主导为主，因此电网公司作为主要玩家，起到适当引导示范作用，但这只是第一步。未来，随着电力市场的逐步开放，市场机制的捋顺，一定会有更多社会资本进入，但整个过程必须要谨慎。
王永利分析说，虚拟电厂落地的另一个难题，是目前在技术层面只能做到“控制”，而非“优化”。而实现“优化”的前提是在后台构建有效的模型，不仅要精准预测多个主体的用电、出力特征、未来的响应能力，还要和用户用电意愿、天气、季节、区域特点等结合，并且对电网需求有很好的感知。只有做到了“优化”，才能实现1+1>2的效果，产生额外收益，“否则的话，那些分布式光伏、工商业企业自己也可以参与需求响应，赚取补贴和套利，为什么一定要通过虚拟电厂这种聚合平台的方式？”
虚拟电厂聚合商对下游用户预测能力的提升，前提是必须有足够多的数据积累。但多位业内人士指出，当下数据缺乏的主要原因，是用户参与虚拟电厂的意愿不足。
一方面企业没有看到足够的激励，在此前提下，中国多数工厂又存在智能管理水平低、用电规范性差等问题。虚拟电厂运营商提出要给企业安装用能监测设备时，“即使是免费，很多企业也觉得麻烦就算了，还有些企业担心数据泄露”。蒋雪冬在调研企业意愿时发现，在“能耗双控”的背景下，高耗能企业对接入虚拟电厂的意愿最强，因为希望能进行更精细化的管理。
虚拟电厂建设是一个系统工程，既涉及大量的分布式电源、储能和上百万居民和企业用户，也涉及整个电力系统的运行调度机制、电力市场交易设计以及市场。下一步，各方要真正形成共识，各级能源部门、电网公司、发电集团、交易中心、售电公司等都要在激励相容的商业模式和市场机制基础上，站在整个电力系统角度去共同推动虚拟电厂的市场化发展。当然，这还需要一个过程。
从“虚拟电厂”到能源“区块链”
欧洲三大电网运营商正在推出一个新的区块链平台,目的是利用小规模分布式能源资源日益增长的渗透率,实现电网平衡。家庭和企业可以通过向电网运营商提供灵活的能源来赚钱。
财团(包括三家输电系统运营商(TSO):(在德国和荷兰运营)、瑞士和意大利的Terna,丹麦的正在加入,为在五个国家进行初步部署开辟了道路)认为,区块链是解锁家庭和企业通过分布式能源资源向电网运营商获取收入的系统关键。目前该财团技术展望是:开放一个免费使用的“群组平衡”平台来支持和跟踪交易,计划将在未来十年内扩展至整个欧洲的区块链平台。到2030年,电动汽车和家用电池将在很大程度上(如果不能完全平衡的话)实现欧洲电网的平衡。
目前九个初步项目已经在进行中,包括:与日产和宝马正在进行电动汽车试点、瑞士电网公司正在进行将电动汽车灵活性用于频率控制储备试点和虚拟发电厂的电动汽车车队等项目。
当下更多的欧洲输电系统运营商正在讨论采用区块链平台,相信在各方的努力下能源转型、“虚拟电厂”等技术应用将让更多消费者受益。
