9月4日在丹麦尼斯泰兹附近拍摄的海上发电厂的风机

 

    随着能源转型压力日益紧迫，各地清洁能源快速普及，互联网等算力技术不断提高，虚拟电厂将在全球能源行业创新中扮演越来越重要的角色。

文/《环球》杂志记者 韩啸

编辑/马琼

　　今年8月，海南省虚拟电厂管理中心授牌及首批虚拟电厂正式上线仪式在海口举行，这也是中国首家省级虚拟电厂管理中心，标志着虚拟电厂在中国的发展迈出重要一步。

　　行业人士认为，随着能源转型压力日益紧迫，各地清洁能源快速普及，互联网等算力技术不断提高，虚拟电厂将在全球能源行业创新中扮演越来越重要的角色。

“削峰填谷”：虚拟电厂是什么？

　　2022年11月，美国《福布斯》杂志报道称，虚拟电厂“已从极客概念成为行业时尚”，正在全球范围内迅速成为现实。事实上，虚拟电厂概念早在上世纪90年代就已提出，陆续受到欧洲、北美和大洋洲多国关注。

　　作为一种新型电力供应模式，虚拟电厂利用能源互联网技术，集中调度管理分散在终端用户的充电桩、储能设备、空调、光伏等分布式能源，形成一个像传统电厂一样参与电力市场运行的“虚拟”实体，以实现电网的“削峰填谷”。

　　例如，工业或者私人用户能在能源市场出售多余的能源，或者帮助能源运营商稳定电力供应网络。

　　东南大学电气工程学院教授高赐威解释，“虚拟”表明其并非一般的实体机组电厂，而是由大量散布资源的“发电”能力聚合所形成。“电厂”指其能够向系统提供常规电厂所能提供的电能量或者辅助服务。

　　当前，全球能源行业正加速从化石燃料转向可再生能源，而全球电力需求居高不下，新能源发电的间歇性对电力系统的灵活性和平衡能力提出更高要求。对此，虚拟电厂“削峰填谷”的优势凸显。

　　例如，传统的能源供应系统容易受到天气、设备故障等因素影响，导致能源供应中断和能源价格波动。虚拟电厂通过整合多种能源资源，可以更好地应对这些挑战，提高能源系统的可靠性和韧性；另外，由于大型发电厂和长距离输电线路导致大量能源损耗和环境污染，而虚拟电厂将分散的能源资源整合起来，可以更加灵活地满足能源需求；还可以通过储能设备将多余的能源储存起来，提高能源利用率。

　　国家能源局2022年新能源发展数据表明，2022年新增光伏中的58%是分布式光伏。高赐威认为，虚拟电厂一方面可以向这些分布式发电提供更好的市场机会，另一方面将其纳入虚拟发电单元承担市场义务，可以提升系统的安全稳定运行水平。

他山之石：欧美虚拟电厂

　　目前，一些欧美国家虚拟电厂已实现较完整的商业化进程，兼备聚合分布式电源、负荷型资源、聚合用户侧储能等多种资源类型，各国发展各有侧重。

　　事实上，欧洲早已开启淘汰和限制煤炭发电进程，风电、太阳能等可再生能源发电成本持续下降并逐渐实现平价上网。欧盟统计局数据显示，截至2020年，欧盟可再生能源发电量占比达到38%。由于欧洲发电资源较为分散，早期虚拟电厂主要聚焦于电力供给侧，聚合发电资源，帮助可再生能源稳定并网，协调发电功率。

　　俄乌冲突爆发以来，在能源危机阴影下，欧洲多个国家陆续加大能源转型力度，虚拟电厂发展进一步提速。以德国为例，据德国伍珀塔尔研究所的最新数据，德国的能源聚合市场和灵活性市场规模约为75吉瓦，这一数字预计到2030年还会翻番。

　　业内人士认为，虚拟电厂在德国的迅速发展，主要受益于市场和监管双重驱动。德国政府通过制定相关政策和法规，鼓励企业和个人参与分布式能源发展，并提供相应的补贴和支持。

　　早在2008年，德国政府联合能源公司、咨询公司、清洁能源服务提供商、实验室等机构推出一项名为eTelligence的虚拟电厂研究项目。2012年，德国修订《可再生能源法》，引入可再生能源电力“直接销售”的要求，即批发市场直接售电，作为固定上网电价的可选替代方案。2014年《可再生能源法》再修订要求，100千瓦以上的新增可再生能源机组都必须进行直接销售，因此很多分布式新能源项目倾向于选择交由虚拟电厂运营。

　　政策鼓励下，众多德国虚拟电厂运营商得到快速发展。以成立于2009年的德企Next-Kraftwerke为例，2022年，其在德国、比利时、奥地利、法国、波兰、荷兰、瑞士和意大利运营的各类分散式能源单元超过1.3万个，总容量超过11吉瓦，是欧洲最大的虚拟电厂运营商之一。

　　美国电动汽车制造商特斯拉则带来另一重要创新：Autobidder虚拟电厂系统。其通过整合分布式能源资源和电动车辆的电池储能系统，建立“车+桩+光+储+荷+智”的新能源产业生态闭环。Autobidder不仅是电力交易数字化软件，还是虚拟电厂实时交易和控制平台，可以在车辆、电池、光伏设备等特斯拉生态系统，甚至电网中自动调度能源电力，以实现高效的资源分配和最大的商业效益。

　　近日，特斯拉在得克萨斯州获得批准推出两个虚拟发电厂试点项目。拥有特斯拉Powerwall电池和太阳能电池板的得克萨斯州居民有机会参与备用电力试点计划，可以将太阳能产生的电力重新出售给得克萨斯州电网，从而在用电高峰期或紧急停电期间获得巨型“分布式电池”。

虚拟电厂实用化进程提速

　　从理论概念到商业化进程不断加速，虚拟电厂在能源系统中扮演着越来越重要的角色，相关产业预计将进入高速发展阶段。业内人士认为，技术进步、市场机制创新是虚拟电厂未来发展的关键突破点。

　　美国咨询机构联合市场研究公司的报告认为，全球虚拟电厂市场规模预计到2027年将达到59亿美元，2020年至2027年复合年增长率为21.3%，中国复合年增长率最高，约为30.3%。

　　美国能源行业专家Stefan Hufnagl表示，过去，能源更多是由大容量发电构成，大型电厂使用输电线路分配电力，但目前清洁能源分布式发电占据主流地位，这意味着需要新的技术和概念来解决光伏、风电等可再生能源的不稳定性问题。

　　“虚拟电厂的运行需要互联网资源、通信资源和云计算等先进信息和通信技术。技术进步让这一切变为可能。”Hufnagl指出，到目前为止，能源资产数字化等技术仍不够成熟。

　　高赐威认为，从技术层面看，储能是提升虚拟电厂发电性能非常重要的元件，它的推广应用将对虚拟电厂的低成本发展起到巨大的推动作用。“虚拟电厂的价值要通过市场来体现，目前的市场环境对于虚拟电厂的发展支持不足，也制约了虚拟电厂技术的应用。”

来源：2023年9月20日出版的《环球》杂志 第19期

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