“雙碳”戰(zhàn)略全面驅(qū)動中國能源體系深度變革的當(dāng)下，新能源裝機規(guī)模爆發(fā)式增長與電力系統(tǒng)靈活性不足的矛盾日益凸顯，能源供需雙側(cè)的時空錯配問題成為制約綠色轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵瓶頸。
這些看似“無解”的供需錯配，把“虛擬電廠”推到了聚光燈下。作為數(shù)字技術(shù)與能源系統(tǒng)深度融合的產(chǎn)物，正以“能源資源聚合器”的創(chuàng)新形態(tài)破題解局——它通過數(shù)字平臺把海量分散資源聚合成一個“云端大電廠”，以軟件算法替代硬件冗余，實現(xiàn)毫秒級的功率平衡，成為加速構(gòu)建新型電力系統(tǒng)、實現(xiàn)能源綠色低碳轉(zhuǎn)型的核心引擎。
電力系統(tǒng)的“網(wǎng)約平臺”
能源的“供”和“需”正快速變化：供給端從“少數(shù)大電廠”走向“多點分布、看天吃飯”;需求端從“白天上班晚上休息”的固定節(jié)奏，變成全天候的充電、制冷、生產(chǎn)，電網(wǎng)的平衡變得愈發(fā)脆弱。
既要接住更多風(fēng)光電，又要應(yīng)對越來越尖的負(fù)荷曲線，電網(wǎng)迎來新的“協(xié)調(diào)手”——不用新建煙囪，而是把城市里的小電源、儲能和可調(diào)設(shè)備組織起來，讓電在時間上能“挪一挪”、在空間上能“借一借”，把不均衡變得更可控的虛擬電廠正開啟能源系統(tǒng)的智能新紀(jì)元。
全球能源新格局
根據(jù)國際能源署2024年發(fā)布的《可再生能源2024》報告，全球可再生能源在電力發(fā)電中的占比預(yù)計將從2023年的30%提升至2030年的46%。這一增長主要得益于太陽能光伏和風(fēng)能的快速發(fā)展。2023年，全球新增可再生電力裝機容量約為507吉瓦，同比增長近50%，創(chuàng)下20年來的最大增幅。其中，中國的太陽能光伏和風(fēng)能市場分別增長了116%和66%，推動了全球可再生能源的快速擴(kuò)張。
然而，清潔能源的迅速發(fā)展面臨不少挑戰(zhàn)。風(fēng)能和太陽能等新能源資源波動性強，難以在用電高峰時提供穩(wěn)定的電力供應(yīng);傳統(tǒng)的火力發(fā)電廠無法迅速調(diào)節(jié)輸出，導(dǎo)致電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力不足。此外，隨著電動汽車的普及，數(shù)據(jù)中心的能耗激增，智能家居等設(shè)備的廣泛使用，電力需求的高峰期愈加集中，全球電力需求也在急劇增加。
為應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，儲能技術(shù)和人工智能正在成為能源轉(zhuǎn)型的重要推動力。數(shù)據(jù)顯示，全球儲能系統(tǒng)的容量已在過去五年內(nèi)增長了近60%，鋰電池和抽水蓄能能夠存儲過剩電力并在需求高峰時釋放，幫助解決風(fēng)能和太陽能的波動問題。AI技術(shù)則通過大數(shù)據(jù)分析優(yōu)化電力系統(tǒng)調(diào)度，提升電力資源的利用效率。
與此同時，作為一種新型能源管理模式，虛擬電廠正在全球范圍內(nèi)逐漸推廣。通過集成分布式能源資源、儲能系統(tǒng)和靈活負(fù)荷，實現(xiàn)電力供需的動態(tài)調(diào)節(jié)和優(yōu)化，虛擬電廠解決了傳統(tǒng)電力系統(tǒng)難以應(yīng)對的新能源波動問題，幫助電網(wǎng)提高靈活性，減少對傳統(tǒng)燃煤和天然氣發(fā)電的依賴。
城市虛擬電廠：云端調(diào)度下的分布式能源協(xié)同圖
用電“更巧”的破題之道
虛擬電廠不冒煙、不建廠房，不是一座真的電廠，更像一個電力版“網(wǎng)約平臺”：把分散在城市里的小型電源(屋頂光伏、風(fēng)力發(fā)電機、樓宇或社區(qū)電池等)和可以短時間調(diào)低用電的設(shè)備(空調(diào)、充電樁等)組織起來，按統(tǒng)一計劃一起行動。用電高峰時，平臺發(fā)出指令，成百上千個用戶把空調(diào)溫度上調(diào)一度、充電樁錯峰充電、儲能電池放電頂上去;用電低谷或風(fēng)光電多時，再引導(dǎo)設(shè)備多用電，把電“存起來”。這樣就能“削峰填谷”，讓電網(wǎng)更穩(wěn)定，減少拉閘限電的風(fēng)險，也更好地消納風(fēng)電光電，少浪費。
簡單說，虛擬電廠就是靠數(shù)字化把“千家萬戶的小力量”擰成一股繩，哪里緊張就往哪里送，既省錢省電，也更低碳。
誰來指揮?電網(wǎng)企業(yè)或經(jīng)許可的運營商在監(jiān)管和合同約定下通過云平臺和智能終端下達(dá)指令，過程可計量、可結(jié)算，用戶自愿參與、可隨時調(diào)整。它不是停你家的電，而是把“不急用”的那一小部分往前或往后挪一挪，基本不影響正常生活，卻能為城市多騰出一大塊“機動電力”。
虛擬電廠并非橫空出世。隨著屋頂光伏、小型風(fēng)機、樓宇電池、充電樁越來越多，把分散小資源用網(wǎng)絡(luò)連起來，統(tǒng)一指揮能像一臺“大機組”協(xié)同工作，這就是“虛擬電廠”的雛形。
不過，早期設(shè)備各自為政、通信不穩(wěn)定、規(guī)則也沒完全打開，停留在小范圍試點。后來隨著智能電表、物聯(lián)網(wǎng)和云平臺普及，電力設(shè)備能“上網(wǎng)”、能被遠(yuǎn)程控制;天氣與負(fù)荷預(yù)測也更靠譜，虛擬電廠才有了可靠的“積木”和“扳手”，終于跨越“看得見卻管不了”的尷尬。
再后來，虛擬電廠參與電力市場的通道逐步打通，分布式電源、可調(diào)負(fù)荷和儲能不再是“零散小玩家”，可以組團(tuán)提供削峰、調(diào)頻、備用等服務(wù)，按規(guī)則獲得結(jié)算。虛擬電廠開始形成應(yīng)用閉環(huán)：先把資源聚合起來，再根據(jù)天氣和電價做計劃，到用電高峰一聲令下，有的少用一點，有的多發(fā)一點，有的把電池儲備電能放出來頂一頂。
當(dāng)前，為了更好地應(yīng)對新能源電力波動和電網(wǎng)調(diào)節(jié)的挑戰(zhàn)，虛擬電廠在全球范圍內(nèi)市場潛力巨大。在歐美和亞洲多個國家，已成為電力市場的重要組成部分，推動了分布式能源資源的高效利用;全球多個地區(qū)正在探索通過虛擬電廠參與電力市場的路徑，優(yōu)化電力資源的配置，提高電力系統(tǒng)的智能化和綠色化水平。
虛擬電廠運營仿真平臺教學(xué)實操頁面
從“能聚合”走到“會調(diào)度”
今天的虛擬電廠，已經(jīng)從“能聚合”走到“會調(diào)度”。向前看，更多新成員會加入資源池，比如電動車與車網(wǎng)互動(V2G)、熱泵、數(shù)據(jù)中心負(fù)荷等，屆時響應(yīng)會更快、更細(xì)、更聰明。
近幾年，國家層面的頂層設(shè)計已把路鋪好：明確虛擬電廠等新型主體可以進(jìn)市場、參與現(xiàn)貨與輔助服務(wù);發(fā)布專項指導(dǎo)意見，提出“先試點、再推廣、再規(guī)模化”的路線圖，并把“聚合—調(diào)度—交易—結(jié)算”的閉環(huán)寫進(jìn)規(guī)則。簡單說，中國的思路是：規(guī)范身份——打通市場——做大規(guī)模——逐步形成全國性調(diào)節(jié)能力，讓虛擬電廠從“救急”走向常態(tài)化和市場化。
可以預(yù)見的是，未來虛擬電廠的規(guī)模將從核心商圈和園區(qū)擴(kuò)大到社區(qū)、城郊與交通樞紐，電動車與電網(wǎng)互動、家庭儲能、數(shù)據(jù)中心可轉(zhuǎn)移負(fù)荷等都會入列;計劃更前瞻、執(zhí)行更自動，日常化微調(diào)將從按小時、按分鐘走向按秒級響應(yīng);數(shù)據(jù)與接口標(biāo)準(zhǔn)也將更統(tǒng)一，隱私與安全邊界更清楚，價格信號更靈活、補償更穩(wěn)定，參與者“愿意來、留得住”。
未來，虛擬電廠技術(shù)不斷發(fā)展，將在全球?qū)崿F(xiàn)能源轉(zhuǎn)型目標(biāo)中發(fā)揮越來越關(guān)鍵的作用，使得全球電力系統(tǒng)向更智能、綠色和低碳的方向轉(zhuǎn)型。
作者：上海交通大學(xué)國家電投智慧能源創(chuàng)新學(xué)院副教授 李亦言
審核專家：上海交通大學(xué)國家電投智慧能源創(chuàng)新學(xué)院副教授 張宸
來源：新民晚報 作者：李亦言
作者：李亦言
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