談及“虛擬”這個詞，我們頭腦的第一反應是當下大火的虛擬現實技術（VR）和虛擬人。在科技圈，虛擬現實在火熱的元宇宙概念中回春，資本將一波熱錢撒向了VR廠商。虛擬人在近兩年的AI技術的推波助瀾下，崛起的勢頭迅猛。清冷古風氣質的虛擬偶像LING翎、虛擬美妝達人柳夜熙，冬奧會中虛擬手語主播、谷愛凌運動員的數字人分身等，在冬奧會的世界窗口中虛擬人出盡了風頭。

科技圈有盛事，在能源圈也不會缺乏風口。在雙碳戰略的目標下，能源領域中的虛擬電廠也成為產業界的香餑餑，虛擬電廠頻頻出現在大眾視野中，虛擬電廠的相關領域也被許多圈內人圈外人熱捧。

虛擬電廠倒也不是個新概念，在20世紀90年代國外已經被廣泛使用。歐美國家的虛擬電廠業務發展比較成熟，國內也是近十年才開始了虛擬電廠的建設。對于許多能源圈外的讀者來說，虛擬電廠與真實電廠的區別是什么，虛擬電廠為什么近兩年發展火熱了起來，這些問題的答案都比較模糊。如果對能源圈火熱的虛擬電廠感興趣，腦極體和大家一起捋一下有關虛擬電廠的干貨，聊聊虛擬電廠的價值與發展，應用與挑戰。

傳統電網的“阻滯”

在梳理虛擬電廠的概念前，我們先來了解下，現下電網系統與能源領域面臨的發展卡點。人類進入工業化時代，給無數人帶來了豐富的生產資料，也提高了人們的生活質量，但以二氧化碳為主的溫室氣體排放量也超出了地球的承受范圍，在氣候危機和能源危機的限制下，全球建立了雙碳目標的戰略共識。

在碳達峰、碳中和的目標背景下，可再生能源風、光、水等在電力系統中的重要性逐漸提高。電源端大量接入可再生能源，使得供應側呈現復合多元化的特點。但這些可再生能源有個特點，以風能和太陽能為代表的新能源具有顯著的間歇性和強隨機波動性，這些能源的獲得依賴外界自然條件的變化，陰天和無風的條件和晴空萬里無云、持續強風的狀況，這些不同的氣候條件帶來的新能源發電機組的能源波動，接入大電網后，給系統帶來了強烈的波動，影響電網的穩定與安全。

而隨著雙碳戰略目標的大勢發展，風力、光能、水能等新能源成為機遇巨大的能源候補。據南方電網2021年的預測，到2030和2060年，中國風光新能源的發電量占比將分別達到25%和60%。這也意味著接入大電網中的新能源電力越來越多。新能源在不同季節和氣候階段帶來的巨大波動擾動著電網的安全。同時，應對擾動的棄能現象嚴重，部分地區的棄光、棄風、棄水等現象頻發，造成了能源的浪費。

與此同時，東西部電力的供需關系也越來越緊張。我們知道東部的經濟發達地區是用電大戶。東部沿海地區集結了無數的高新技術產業和工廠，承載著超過全國一大半的GDP輸出任務。而隨著東部地區用電比例的不斷上升，電力電子裝備增加，對電力系統平衡、調節和支撐能力形成巨大壓力。電力峰谷差矛盾也日益突出，各地年最高負荷95%以上峰值負荷累計不足50小時。

這些電網電力系統集中的挑戰亟需可靠的解決方案來應對，而虛擬電廠在這樣背景中火熱了起來。

虛擬電廠價值幾何？

虛擬電廠，望文生義，是個在物理世界不存在的電廠。它是一種通過能源互聯網技術，把散落在用戶端的充電樁、空調、儲能等電力負荷整合起來并實現協調優化，以作為特殊電廠參與電網運行和電力市場的電源協調管理系統。

相較于真實的電廠來說，虛擬電廠可以理解其為一個電力服務的“管家”角色，不僅具備電廠的功能，甚至遠超實體的電廠。虛擬電廠的系統對外既可以作為“正電廠”向系統供電，也可以作為“負電廠”消納系統的電力，可以靈活地削峰填谷，打破傳統電力系統中發電廠之間、發電側和用電側之間的物理界限。

發展虛擬電廠意義重大。對于前文中所提的傳統能源電力中的挑戰，虛擬電廠可以應對。虛擬電廠的價值總結來看，也主要包含以下幾點。

一是提高電網安全保障水平。風光水等可再生新能源的發展與并網，帶給電網的隨機性和波動性，影響電網的穩定安全。虛擬電廠可以將需求側的分散資源聚沙成塔，與電網進行靈活、精準、智能化互動響應，有助于平抑電網峰谷差，提升電網安全保障水平。比如在用電高峰期，工業園區可以調節用電高峰時段的工作，少開機甚至不開機，在夜間低谷時段爭取滿負荷生產。用戶也可以在用電低谷期，主動給電動汽車充電。

二是可以降低能源的浪費。虛擬電廠可以促進新能源消納，通過智能的調控平抑電網的峰谷差，靈活有效地利用電力。對于新能源的間歇性特點造成的棄風棄光棄水現象，發展虛擬電廠，將大大提升系統調節能力，降低“三棄”能源電量的浪費。

（深圳上線試運行的虛擬電廠管理平臺）

三是可以降低電網的成本，節約電廠和電網的投資。據國家電網測算，若通過建設煤電機組滿足其經營區5%的峰值負荷，需要投資4000億的電廠和配套電網；而通過虛擬電廠，建設、運營、激勵等環節的投資只需要500-600億元。幾乎只需要十分之一的資源就可以支撐以往火電廠削峰填谷的效用。

對于企業來說，在虛擬電廠的調節下，耗能多的企業可以降低用能成本。從江蘇試點的收益來看，參與虛擬電廠后用戶用能效率大幅提升，在降低電費的同時，還可以獲取需求響應收益。如無錫試點項目提高園區整體綜合能源利用率約3個百分點，降低用能成本2%，年收益約300萬元。

國網湖北電力調控中心此前表示，假如武漢市有5%的用電負荷可以通過虛擬電廠進行調節，實際效果“相當于少建一座60萬千瓦的傳統電廠”。

從某種意義上講，虛擬電廠是一個中心化的“大電廠”，將各種分布式的能源通過各種儲能裝置組織起來，通過雙向控制，將各種配電網單位聯合起來，以智能算法和科學調度，盤活了以前那些對于社會來說是沉淀的資源。

借勢“雙碳東風”崛起

虛擬電廠在歐美國家發展的較為成熟，在國內，作為一個新興技術領域，其發展還在探索階段。此前國內的儲能技術，可再生新能源的裝機量有限，對于科學的調度技術來說，控制和調度的策略與資源有限，這些虛擬電廠需要的背景條件并不具備。而隨著近年來，可再生新能源的興起，雙碳戰略的要求，相關政策的支持與引導，配套技術的更迭，都讓虛擬電廠的發展提速。

國內首個虛擬電廠“國網冀北虛擬電廠示范工程”在2019年12月11日投入運行。該示范工程一期實時接入與控制蓄熱式電采暖、可調節工商業、智能樓宇、智能家居、儲能、電動汽車充電站、分布式光伏等11類19家泛在可調資源，容量約16萬千瓦，涵蓋張家口、秦皇島、廊坊三個地市。而在“十三五”期間，江蘇、上海、河北、廣東等地也相繼開展電力需求響應和虛擬電廠試點。

雖然虛擬電廠在能源節約與電網運行中的價值豐富，但在建設虛擬電廠的道路中，面臨的挑戰也不少。

1.頂層設計的指導缺乏。在能源圈內，行業內人士對于虛擬電廠的認識并不到位。目前虛擬電廠處于起步階段，其組織、實施和管理基本上還是沿襲舊有的需求側管理模式。虛擬電廠的范圍、主體市場的培育，標準體系等并沒有明確的建立，虛擬電廠的建設意見，政策方面缺乏頂層的設計與指導。

2.管理與監管不明確。虛擬電廠屬新業態，目前遵循的是國家發展改革委、工信部、財政部、住建部、國資委、國家能源局等六部門于2017年發布的《電力需求側管理辦法（修訂版）》，但監管與管理的部門不明確，管理職能有交叉，協同發力不足。

3.行業規范標準不統一。虛擬電廠的行業標準，各類設備及負荷的通信協議不統一，數據交互壁壘高、不順暢，增加了虛擬電廠發展的難度和成本。

4.市場的激勵化機制不到位。虛擬電廠的激勵資金來源不穩定，難以支撐虛擬電廠規模化發展。

虛擬電廠的發展在初期的摸索階段，面對的這些問題，需要政策與行業共同的發力，這個協同的過程需要各方的配合。我們知道電力系統在碳中和的背景下，是主要改革的目標。電力行業排放約占我國二氧化碳排放總量的四成，在雙碳目標的驅使下，電力系統的轉型升級至關重要。

結合儲能設備，虛擬電廠可為電網提供調頻、調峰等輔助服務，并能夠參與電力市場交易中，實現電網的削峰填谷，也是電力系統智能化的重要調節方式。

雖然虛擬電廠目前沒有明確的頂層設計政策，但是電網系統的改革一直是產業與國家的重點關注領域。今年初發改委、國家能源局聯合發布了《加快建設全國統一電力市場體系的指導意見》。明確了“全國統一電力市場體系到2025年初步建成，到2030年基本建成”的發展時間表。

這也意味著，隨著電力市場的進一步開放，電力系統對于調頻調峰等輔助服務的需求會持續增加，而作為輔助工具中的主體——虛擬電廠來說，背靠大樹好乘涼，虛擬電廠相應的政策與發展等，也會借勢興起。

虛擬電廠與虛擬VR技術、虛擬數字人不同，雖然掛靠“虛擬”二字，但在電網系統中干的事卻一點都不“虛擬”，甚至超越了傳統電廠。在數字能源的時代與雙碳背景的驅動下，干實事的 “虛擬電廠”未來的發展空間無限，在電網系統的數字改革中助力著雙碳目標的快速實現。