在國家“3060”戰(zhàn)略以及建設(shè)新型電力系統(tǒng)的目標(biāo)指引下，集中式與分布式新能源發(fā)電發(fā)展極為迅速，海量異構(gòu)的分布式能源接入電網(wǎng)。分布式能源具備靈活性強、易與負荷互動以及能效利用合理等優(yōu)勢，但其發(fā)電效率的不穩(wěn)定性，存在大規(guī)模直接接入后影響電網(wǎng)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的風(fēng)險。同時，大部分分布式能源單體容量小、數(shù)量多、接入點分散等特征也將給電網(wǎng)調(diào)控與電力市場維持穩(wěn)定帶來不小挑戰(zhàn)。通過引入虛擬電廠(virtual power plant，VPP)，利用第三方主體對海量分布式能源進行聚合調(diào)度，有效促進可再生能源消納和能源結(jié)構(gòu)智慧化轉(zhuǎn)型。本文將從虛擬電網(wǎng)的供需關(guān)系入手，分析虛擬電網(wǎng)在國內(nèi)的未來發(fā)展方向。
 

　　一、虛擬電廠概述
 

　　(一)虛擬電廠定義
 

　　虛擬電廠(Virtual Power Plant，VPP)是一種集成多種分散的能源資源，通過智能化管理和控制系統(tǒng)協(xié)同運作的能源系統(tǒng)。其通常通過先進的信息技術(shù)和通信技術(shù)來監(jiān)測、控制和協(xié)調(diào)各種能源設(shè)備，以實現(xiàn)對電力系統(tǒng)的動態(tài)管理。虛擬電廠的運營可以根據(jù)電力需求和市場條件進行靈活調(diào)整，以最大程度地利用可再生能源，并提高能源系統(tǒng)的靈活性和穩(wěn)定性。其能夠?qū)⒎植荚诓煌攸c的可再生能源、儲能設(shè)備、傳統(tǒng)電力發(fā)電設(shè)備等整合成一個統(tǒng)一的虛擬單元，以提高能源系統(tǒng)的效率、可靠性和可持續(xù)性。
 

　　對于虛擬電廠有多種分類方法，據(jù)其資源屬性可分為能量輸出型和功率調(diào)節(jié)型，根據(jù)實現(xiàn)功能的不同，存在商業(yè)型和技術(shù)型虛擬電廠。商業(yè)型主要是從商業(yè)收益的角度出發(fā)，制定各分布式能源的發(fā)電和用電計劃并參與電力市場，包括中長期或現(xiàn)貨等能量市場以及輔助服務(wù)市場。技術(shù)型虛擬電廠主要是從安全調(diào)度的角度出發(fā)，通過響應(yīng)電力系統(tǒng)下發(fā)的調(diào)度指令，為輸電網(wǎng)提供實時功率平衡服務(wù)，或是為配電網(wǎng)提供阻塞管理、電壓控制等服務(wù)。其對資源的可調(diào)容量進行分析與評估，并將其上報給電力調(diào)度機構(gòu)；調(diào)度機構(gòu)根據(jù)電網(wǎng)運行狀態(tài)與調(diào)控需求向技術(shù)型虛擬電廠發(fā)送調(diào)控指令，再由其協(xié)調(diào)控制分布式能源以實現(xiàn)調(diào)控目標(biāo)。
 

　　(二)虛擬電廠供需邏輯
 

　　在虛擬電廠的運營中，其涵蓋了各種能源資源，包括但不限于太陽能光伏系統(tǒng)、風(fēng)力渦輪機、傳統(tǒng)的火力發(fā)電廠。這些能源資源分布在不同的地理位置和技術(shù)平臺上，形成了一個分散的網(wǎng)絡(luò)。太陽能和風(fēng)力資源主要用于可再生能源的發(fā)電，而傳統(tǒng)發(fā)電廠則提供了穩(wěn)定的基礎(chǔ)負荷，儲能設(shè)備則用于平衡能源的供需差異，提高能源系統(tǒng)的靈活性。以各類最終用戶的用電需求需求，電力市場根據(jù)實際的電力需求進行市場定價，并通過虛擬電廠的協(xié)同運作，實時監(jiān)測和調(diào)整能源生產(chǎn)和分配，以整合多種能源資源，有效地提高了能源的利用率與多元化，提高了能源的靈活性和穩(wěn)定性，降低了對傳統(tǒng)化石能源的依賴，推動了清潔能源的發(fā)展進程。

　　在如圖所示的虛擬電廠供需鏈路中，信息和通信技術(shù)發(fā)揮著關(guān)鍵的作用。智能化的監(jiān)測和控制系統(tǒng)使得虛擬電廠能夠?qū)崟r獲取各個能源資源的產(chǎn)能和狀態(tài)信息。這些數(shù)據(jù)通過通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)教摂M電廠的集中控制中心，經(jīng)過分析和處理后，制定最優(yōu)的能源調(diào)度方案。同時，市場需求信息也被反饋給虛擬電廠，以便調(diào)整能源生產(chǎn)和供應(yīng)。
 

　　二、虛擬電廠與需求響應(yīng)
 

　　構(gòu)建虛擬電廠的前置條件是需要與需求響應(yīng)進行對應(yīng)。根據(jù)發(fā)改委《電力需求側(cè)管理辦法(征求意見稿)》中的定義：《管理辦法》所稱需求響應(yīng)指應(yīng)對短時的電力供需緊張、可再生能源電力消納困難等情況，通過經(jīng)濟激勵為主的措施，引導(dǎo)電力用戶根據(jù)電力系統(tǒng)運行的需求自愿調(diào)整用電行為，實現(xiàn)削峰填谷，提高電力系統(tǒng)靈活性，保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，促進可再生能源電力消納。
 

　　需求響應(yīng)主要也分為邀約型與實時型兩種呈現(xiàn)形式。邀約型需求響應(yīng)是一種預(yù)先計劃和安排的響應(yīng)方式，能源消耗方和虛擬電廠之間事先協(xié)商好特定的時間段內(nèi)的電力使用計劃，其中包括能源消耗方在高峰期減少負荷或啟動儲能設(shè)備，以及虛擬電廠在可再生能源充足時增加產(chǎn)能。實時型需求響應(yīng)則更加靈活，能夠在短時間內(nèi)作出實時的響應(yīng)，能源消耗方和虛擬電廠會將根據(jù)實際情況，通過智能化監(jiān)測和控制系統(tǒng)在實時情景中調(diào)整能源使用，其中包括對負荷的即時調(diào)整、儲能設(shè)備的實時利用以及根據(jù)市場電價在實際運行中作出靈活的決策。邀約型需求響應(yīng)的優(yōu)勢在于規(guī)劃性強，能夠更好地適應(yīng)預(yù)測性強的市場環(huán)境。這種模式適用于能夠提前安排并準(zhǔn)確預(yù)測負荷和能源生產(chǎn)情況的場景，如工業(yè)生產(chǎn)中的生產(chǎn)計劃和季節(jié)性需求的管理。上海商業(yè)樓宇虛擬電廠示范項目主要采取邀約的方式進行調(diào)控響應(yīng)，調(diào)度機構(gòu)提前將調(diào)控需求下發(fā)給控制中心，以峰谷/尖峰電價、需求側(cè)響應(yīng)補償為引導(dǎo)參與上海黃浦區(qū)的配電網(wǎng)調(diào)節(jié)，驅(qū)動黃浦商業(yè)樓宇的源、荷、儲資源靈活參與電力市場現(xiàn)貨交易與輔助服務(wù)。相比于邀約型需求響應(yīng)的剛性計劃與對信息需求的高依賴性，實時型需求響應(yīng)的優(yōu)勢在于適應(yīng)性強，能夠更加靈活地適應(yīng)市場變化和系統(tǒng)波動，虛擬電廠也可結(jié)合市場環(huán)境動態(tài)變化、對氣候、用電峰谷等進行相關(guān)預(yù)測。深圳虛擬電廠同時使用邀約型響應(yīng)和實時型響應(yīng)，利用5G+智能網(wǎng)關(guān)技術(shù)的優(yōu)勢，采取點對點通信技術(shù)實現(xiàn)調(diào)度系統(tǒng)與用戶側(cè)可調(diào)節(jié)資源雙向互聯(lián)，并設(shè)置了較為詳細的響應(yīng)機制和結(jié)算細則。
 

　　結(jié)合前文的供需鏈路，虛擬電廠雖然在參與需求響應(yīng)時其仍有負荷作用，但在準(zhǔn)確定義上不應(yīng)參與需求響應(yīng)，而是作為電廠參與系統(tǒng)調(diào)度，其更多扮演的是需求響應(yīng)資源的整合者角色。虛擬電廠在聚合分布式資源所呈現(xiàn)出電廠的外特性，實現(xiàn)對分布式資源的監(jiān)測、管理和運行；并通過聚合、通信與控制構(gòu)建出一個技術(shù)平臺，依托通信、控制技術(shù)調(diào)控分布式資源，通過電網(wǎng)拓撲實現(xiàn)資源聚合。對于需求響應(yīng)過程中，虛擬電廠重要的是電網(wǎng)系統(tǒng)中提供產(chǎn)品或服務(wù)的電廠身份，其需與電廠一樣參與電力市場競爭和系統(tǒng)調(diào)度，在整體電網(wǎng)管理體系下與調(diào)度部門進行對接。
 

　　虛擬電廠的商業(yè)模式側(cè)重于整合可再生能源、傳統(tǒng)發(fā)電和儲能設(shè)備，通過精密的能源預(yù)測和實時監(jiān)控實現(xiàn)能源的高效產(chǎn)、儲、用。對上參與電力市場，提供電能量或輔助服務(wù)，對下通過各種交易行為購買獲得下屬資源。作為市場主體，虛擬電廠積極參與電力市場，提供靈活的負荷調(diào)節(jié)和實時能源供應(yīng)，靈活定價實現(xiàn)盈利，并通過提供能源管理和負荷調(diào)度等多元化服務(wù)為用戶提供智能、經(jīng)濟和可持續(xù)的能源解決方案。商業(yè)模式可能涉及產(chǎn)業(yè)鏈上下游的合作與聯(lián)盟，共同構(gòu)建協(xié)同效應(yīng)，推動能源系統(tǒng)向著智能、靈活、可持續(xù)的方向發(fā)展。
 

　　(一)完善頂層設(shè)計
 

　　我國自2021年來鼓勵通過虛擬電廠挖掘需求側(cè)資源并組織其參與需求響應(yīng)，不斷出臺虛擬電廠支持政策，明確將虛擬電廠作為一類并網(wǎng)主體和輔助服務(wù)市場參與主體。2023年9月，國家能源局公布《電力現(xiàn)貨市場基本規(guī)則(試行)》，指出電力現(xiàn)貨市場近期建設(shè)主要任務(wù)為推動虛擬電廠等新興主體參與交易。在政策推動下，可以預(yù)見未來虛擬電廠對市場交易的參與將進一步得到擴大。
 

　　各地方也做出積極響應(yīng)，浙江、江蘇等地已開展虛擬電廠等第三方主體和用戶資源參與調(diào)峰輔助服務(wù)試點工作；華東、南方等五大區(qū)域也相繼公布《電力輔助服務(wù)管理實施細則》，明確虛擬電廠可作為提供電力輔助服務(wù)的主體；2022年6月，山西省發(fā)布首份省級虛擬電廠實施方案，將虛擬電廠分為“負荷類”虛擬電廠和“源網(wǎng)荷儲一體化”虛擬電廠，并對運行速率和響應(yīng)時間等多項技術(shù)指標(biāo)提出要求。但在頂層設(shè)計層面，虛擬電廠相關(guān)政策仍舊缺失，虛擬電廠專項政策、功能定位、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范與技術(shù)管理體系、市場準(zhǔn)入和運行機制等方面仍有待進一步規(guī)范。
 

　　(二)明確權(quán)責(zé)邊界
 

　　目前，各地對虛擬電廠的市場準(zhǔn)入門檻存在定義與邊界差異，大多數(shù)地區(qū)將虛擬電廠的應(yīng)用主要集中在需求響應(yīng)和輔助服務(wù)市場，只有部分地區(qū)開展了電力現(xiàn)貨市場的準(zhǔn)入試點。這種差異性導(dǎo)致了虛擬電廠在市場中的定位和參與方式的不一致性。在現(xiàn)行法規(guī)體系下，電力系統(tǒng)和市場已經(jīng)建立了相對成熟的法規(guī)制度和規(guī)范。然而，虛擬電廠作為新興參與者，在缺乏專門政策支持的情況下，面臨如何遵守法規(guī)制度和規(guī)范、有效參與市場交易的重要問題。這也意味著虛擬電廠的建設(shè)、運營、市場準(zhǔn)入、參與方式、監(jiān)管等方面存在一系列待解決的關(guān)鍵問題。其中，系統(tǒng)設(shè)計、成本分攤機制、盈利模式、交易機制等問題亟待深入研究和規(guī)范。這一系列未解決的問題，使得虛擬電廠在長期發(fā)展過程中面臨諸多困難。為推動虛擬電廠行業(yè)的健康發(fā)展，有必要在法規(guī)政策層面提供更明確的指導(dǎo)和規(guī)范，為虛擬電廠的規(guī)范化和市場化提供更為清晰的方向。
 

　　此外，目前虛擬電廠主要依賴政府機構(gòu)或電力調(diào)度機構(gòu)的邀請信號來加入市場，市場化交易機制的不足導(dǎo)致虛擬電廠缺乏明確的技術(shù)規(guī)范和權(quán)責(zé)規(guī)定，商業(yè)應(yīng)用面臨較大挑戰(zhàn)。在現(xiàn)有市場體系下，電力系統(tǒng)和市場應(yīng)該加強對虛擬電廠技術(shù)規(guī)范的明確，明確其在市場中的職責(zé)和權(quán)利，為其提供更為明確的發(fā)展方向和框架。這有助于提高虛擬電廠的規(guī)范性和市場化水平，為其在市場中更好地發(fā)揮作用提供有力支持。
 

　　(三)強化市場機制
 

　　目前，虛擬電廠的參與仍主要依賴政府機構(gòu)或電力調(diào)度機構(gòu)的邀請信號，缺乏明確的市場化交易機制，這使得虛擬電廠在技術(shù)規(guī)范和權(quán)責(zé)規(guī)定方面存在一定的模糊性，商業(yè)化應(yīng)用面臨較大的困境。當(dāng)前國內(nèi)電力市場機制正在不斷改革，以適應(yīng)新的能源形勢。然而，虛擬電廠的引入可能需要強化整體電力現(xiàn)貨市場機制，使其更好地適應(yīng)市場需求，提高效益和靈活性。為了更好地支持虛擬電廠的運營，電力市場機制需要考慮到可再生能源的不穩(wěn)定性和季節(jié)性。市場定價機制應(yīng)該能夠反映不同時間和地點的電力需求和供應(yīng)情況。此外，為了激勵虛擬電廠的發(fā)展，市場機制可能需要提供更多的激勵機制，以鼓勵對可再生能源的投資和集成。
 

　　在市場機制的設(shè)計上，政府和電力行業(yè)相關(guān)方需要共同努力，以確保市場機制的公平、透明和有效。這可能包括對市場規(guī)則的不斷優(yōu)化和調(diào)整，以適應(yīng)快速變化的能源格局。在市場機制的強化過程中，虛擬電廠需要重點解決建設(shè)、運營、市場準(zhǔn)入、參與方式、監(jiān)管等關(guān)鍵問題。在系統(tǒng)設(shè)計、成本分攤機制、盈利模式、交易機制等方面需要有更為清晰的規(guī)定。這也涉及到虛擬電廠如何更好地平衡與市場主體的利益，確保市場的公平和有效運作。
 

　　(四)重視網(wǎng)絡(luò)安全
 

　　虛擬電廠的核心之一在于通信，在通過分布式電源接入電網(wǎng)時，需要依靠信息通信和協(xié)調(diào)控制等技術(shù)采集、組織、分類和處理大量的能源數(shù)據(jù)和信息交換，包括實時能源產(chǎn)生和消耗數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)信息等。在分散式電源終端接入后，將依靠電網(wǎng)中的大量信息，從而控制用電需求和發(fā)電輸出，這一過程涉及多交易主體的用戶敏感數(shù)據(jù)處理。如何保障用戶用電信息的隱私性，保證用戶負荷不被惡意干擾或盜取權(quán)限，將成為構(gòu)建虛擬電廠信息安全防護體系的重中之重。此外，虛擬電廠由海量設(shè)備互聯(lián)而成，傳統(tǒng)電力設(shè)備和各種終端將通過數(shù)字技術(shù)并入一個復(fù)雜的大型系統(tǒng)中，過去有限聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵設(shè)備可能被暴露在新的網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險之下，處于末端的設(shè)備也由于其較低的安全防護能力在網(wǎng)絡(luò)攻擊中格外脆弱。
 

　　為了解決這個問題，需要建立健全的數(shù)據(jù)安全和隱私保護框架。這可能涉及到制定相關(guān)的數(shù)據(jù)安全標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議，確保能源數(shù)據(jù)的傳輸和存儲過程中不受到未經(jīng)授權(quán)的訪問和篡改。同時，制定嚴格的隱私保護法規(guī)，明確能源數(shù)據(jù)的所有權(quán)和使用權(quán)限，以保護用戶的隱私權(quán)益。在技術(shù)上，采用先進的加密技術(shù)和身份驗證機制是確保數(shù)據(jù)安全的重要手段。政府、企業(yè)和研究機構(gòu)需要共同努力，制定并執(zhí)行相關(guān)政策和措施，以確保虛擬電廠的能源數(shù)據(jù)安全和隱私得到有效的保護。
 

　　作者：
 

　　俞  越 中央財經(jīng)大學(xué)綠色金融國際研究院研究員，長三角綠色價值投資研究院研究員
 

　　朱子慧 長三角綠色價值投資研究院研究助理
 

　　施懿宸 中財綠指 (北京) 信息咨詢有限公司首席經(jīng)濟學(xué)家