炎炎夏日，隨著暴雨、高溫等極端天氣的頻頻出現(xiàn)，城市電網(wǎng)負(fù)荷和用電量持續(xù)快速攀升。7月25日中午，南方電網(wǎng)數(shù)據(jù)顯示，深圳電網(wǎng)用電負(fù)荷達(dá)2313.4萬千瓦，歷史首次突破2300萬千瓦，較去年最高負(fù)荷增長(zhǎng)4.8%。一般而言，5%以內(nèi)的尖峰負(fù)荷在一年以內(nèi)不超過100小時(shí)，如何在不新增發(fā)電裝機(jī)容量的情況下保障充足電力供應(yīng)已經(jīng)成為城市電力系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)管理的一大挑戰(zhàn)。深圳，這座充滿活力的用電大市，正在探索一條新的電力系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)管理路徑——虛擬電廠。虛擬電廠通過整合分散的分布式資源，包括靈活可調(diào)負(fù)荷資源、太陽能、風(fēng)能、儲(chǔ)能裝置和電動(dòng)汽車等，可以構(gòu)建一個(gè)虛擬的電力供應(yīng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)一方面經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)明顯，相比新建一臺(tái)百萬千瓦煤電機(jī)組，能夠減少新增投資30億-40億元人民幣；另一方面，它通過聚合、調(diào)度和管理靈活分布式資源，增強(qiáng)了電力系統(tǒng)需求側(cè)彈性空間，從而能夠及時(shí)緩解高峰用電時(shí)期的電力供應(yīng)緊張局面。本文將以深圳虛擬電廠運(yùn)營(yíng)和建設(shè)情況為案例，探討其構(gòu)建路徑及示范探索的成果和意義。
          在迎峰度夏之際，為進(jìn)一步挖掘分布式資源調(diào)節(jié)潛力，打造源網(wǎng)荷儲(chǔ)高效互動(dòng)新型電力系統(tǒng)，更好推動(dòng)虛擬電廠加快發(fā)展，深圳發(fā)改委于6月印發(fā)了《深圳市支持虛擬電廠加快發(fā)展的若干措施》。那么，深圳虛擬電廠的示范探索路徑究竟如何，是否具備可復(fù)制性？7月16日，在能源基金會(huì)資助、深圳市科中云技術(shù)有限公司主要承擔(dān)的課題“中國(guó)南方區(qū)域（以深圳為試點(diǎn)）城市級(jí)虛擬電廠構(gòu)建路徑及示范探索”結(jié)題會(huì)上，針對(duì)深圳模式發(fā)展路徑，圍繞商業(yè)儲(chǔ)能、樓宇空調(diào)、充電站等課題示范場(chǎng)景（圖1）參與虛擬電廠的實(shí)操情況，包括能源研究所、電網(wǎng)公司、發(fā)電集團(tuán)等各方代表專家討論熱烈，并圍繞江蘇、冀北、山西等其他地區(qū)發(fā)展模式的差異性提出各自觀點(diǎn)。事實(shí)上，無論哪個(gè)區(qū)域的市場(chǎng)，只要能調(diào)動(dòng)市場(chǎng)主體參與積極性，在電網(wǎng)需要削峰填谷之際能切實(shí)發(fā)揮作用，那就證明成功了一半。

圖1：科陸大廈用戶側(cè)儲(chǔ)能設(shè)施（參與了7月削峰響應(yīng)，相比基線運(yùn)行情況成功削減800千瓦負(fù)荷）

虛擬電廠行業(yè)歷程及新形勢(shì)下的發(fā)展優(yōu)勢(shì)

虛擬電廠并不是新生事物。1997年，Shimon Awerbuch博士在其著作《虛擬公共設(shè)施：新興產(chǎn)業(yè)的描述、技術(shù)及競(jìng)爭(zhēng)力》一書中就提出了“虛擬電廠”的概念。國(guó)外虛擬電廠行業(yè)起步較早，始于21世紀(jì)初德國(guó)、西班牙等5國(guó)的歐盟虛擬燃料電池電廠（virtual fuel cell power plant，VFCPP）項(xiàng)目，該項(xiàng)目旨在發(fā)展、安裝、測(cè)試并展示由31個(gè)分散且獨(dú)立的居民燃料電池?zé)犭娐?lián)產(chǎn)（CHP）系統(tǒng)構(gòu)成的虛擬電廠。目前行業(yè)發(fā)展較為成熟的區(qū)域是歐洲和美國(guó)：歐洲的虛擬電廠起步于發(fā)電側(cè)，通過對(duì)分布式電源、儲(chǔ)能資源進(jìn)行整合、調(diào)配，以降低新能源棄電和獲取市場(chǎng)收益為主要目標(biāo)。而美國(guó)的特點(diǎn)是電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)商高度分散，因此其虛擬電廠聚焦負(fù)荷端資源統(tǒng)一調(diào)配，相關(guān)計(jì)劃通常由公共事業(yè)企業(yè)（Utility）或能源零售商運(yùn)營(yíng)。反觀國(guó)內(nèi)虛擬電廠發(fā)展，2013年，我國(guó)在北京、上海、江蘇、佛山等省市開展了電力需求側(cè)響應(yīng)及虛擬電廠項(xiàng)目試點(diǎn)工作。2019 年，國(guó)網(wǎng)冀北泛在電力物聯(lián)網(wǎng)虛擬電廠示范工程投入運(yùn)行，成為國(guó)內(nèi)首個(gè)虛擬電廠項(xiàng)目，此時(shí)虛擬電廠也僅停留在示范階段。

隨后，在雙碳目標(biāo)指引下，能源轉(zhuǎn)型步入深水區(qū)帶來新的形勢(shì)局面，大規(guī)模的風(fēng)電、光伏等不穩(wěn)定電源及呈爆發(fā)性增長(zhǎng)趨勢(shì)的新能源汽車已經(jīng)、正在或正要接入電網(wǎng)。截至2024年6月底，全國(guó)并網(wǎng)風(fēng)電、太陽能發(fā)電裝機(jī)容量合計(jì)達(dá)11.8億千瓦，新能源發(fā)電裝機(jī)規(guī)模首次超過煤電。電力生產(chǎn)供應(yīng)綠色化的不斷深入給電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成了巨大的沖擊，也大幅提升了電力系統(tǒng)調(diào)頻、調(diào)峰等輔助服務(wù)的市場(chǎng)需求。新形勢(shì)下，虛擬電廠新的發(fā)展優(yōu)勢(shì)更加凸顯：

首先，虛擬電廠的核心優(yōu)勢(shì)在于其靈活性和可調(diào)度性。隨著新能源、儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車等資源的規(guī)?；尤耄摂M電廠可靈活調(diào)度的資源更加豐富。通過智能算法和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析，虛擬電廠能夠更加精準(zhǔn)地預(yù)測(cè)和調(diào)度電力資源。例如，在深圳用電高峰期，充電樁特性的虛擬電廠聚合商可以通過暫時(shí)降低電動(dòng)汽車充電樁的充電功率實(shí)現(xiàn)削峰填谷；而樓宇資源聚合商可以在空調(diào)端安裝柔性調(diào)節(jié)裝置，利用大數(shù)據(jù)分析和智能控制技術(shù)，將普通空調(diào)大慣性負(fù)荷轉(zhuǎn)換為柔性可調(diào)負(fù)荷，在滿足舒適度前提下能夠?qū)崿F(xiàn)10%—20%的負(fù)荷調(diào)節(jié)率。

其次，虛擬電廠還能有效提升風(fēng)光等分布式能源的利用率。隨著風(fēng)光等分布式新能源大規(guī)模并網(wǎng)，包括河南、山東等省份出現(xiàn)大面積“紅區(qū)”（不讓繼續(xù)分布式新能源繼續(xù)并網(wǎng)的區(qū)域）。而虛擬電廠能通過智能化控制系統(tǒng)，將多個(gè)分布式能源資源聚合后統(tǒng)一管理，增強(qiáng)其可控性和可靠性，并在電力系統(tǒng)需要時(shí)提供輔助服務(wù)。截至2024年6月，山西虛擬電廠平臺(tái)共聚合資源容量1509.9萬千瓦，填谷響應(yīng)能力達(dá)到32.6萬千瓦，削峰響應(yīng)能力達(dá)到23.8萬千瓦，累計(jì)消納新能源43萬千瓦時(shí)。

第三，虛擬電廠能夠通過市場(chǎng)化運(yùn)行機(jī)制獲取經(jīng)濟(jì)補(bǔ)貼，有助于降低分布式資源的日常運(yùn)營(yíng)成本。例如，深圳積極組織實(shí)施虛擬電廠精準(zhǔn)響應(yīng)，推動(dòng)分布式資源參與各類電力市場(chǎng)交易，并參考廣東省市場(chǎng)化需求響應(yīng)支持力度給予補(bǔ)貼。

深圳模式的特點(diǎn)與示范經(jīng)驗(yàn)

深圳高技術(shù)企業(yè)高度集中，單位GDP能耗和碳排放強(qiáng)度已降至全國(guó)平均水平的1/3和1/5，是全國(guó)單位GDP能耗、碳排放強(qiáng)度最低的大城市。深圳需要結(jié)合自身特點(diǎn)挖掘源網(wǎng)荷儲(chǔ)的潛力推動(dòng)減碳，源頭上新建分布式光伏的潛力空間不足，而虛擬電廠可以通過提升包括儲(chǔ)能、負(fù)荷在內(nèi)的靈活調(diào)節(jié)能力，實(shí)現(xiàn)供需動(dòng)態(tài)平衡，從減少傳統(tǒng)發(fā)電投資角度能夠大幅度降碳。

深圳的虛擬電廠管理中心（簡(jiǎn)稱“中心”）的項(xiàng)目示范走在前列離不開三個(gè)因素：一是數(shù)字能源轉(zhuǎn)型基礎(chǔ)。只有運(yùn)用數(shù)字技術(shù)和手段才能從根本上提升用電效率，并進(jìn)一步強(qiáng)化電力系統(tǒng)的柔性、靈活性。中心通過聚合大量分散的能源資源，構(gòu)建了一個(gè)具備實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)能力的智能電力系統(tǒng)。二是完善的電力市場(chǎng)體系和交易機(jī)制。無論是廣東電力現(xiàn)貨市場(chǎng)，還是南方區(qū)域電力市場(chǎng)，均成為深圳市場(chǎng)化推進(jìn)虛擬電廠的優(yōu)良基因。中心通過引入市場(chǎng)化交易機(jī)制，激勵(lì)用戶參與電力需求側(cè)響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的雙贏。公開報(bào)道顯示，截至2024年上半年，深圳虛擬電廠管理中心接入容量規(guī)模265萬千瓦，以一戶家庭報(bào)裝容量6千瓦來計(jì)算，相當(dāng)于40多萬個(gè)家庭的用電需求；實(shí)時(shí)可調(diào)負(fù)荷超56萬千瓦，相當(dāng)于2臺(tái)中型火電機(jī)組。三是政府的政策支持和引導(dǎo)。自2022年以來，深圳先后出臺(tái)《深圳市虛擬電廠落地工作方案（2022—2025年）》《深圳市虛擬電廠精準(zhǔn)響應(yīng)實(shí)施細(xì)則》等文件，并成立國(guó)內(nèi)首家虛擬電廠管理中心，以之為牽引加大市場(chǎng)培育。

圖2：深圳虛擬電廠管理中心對(duì)深圳虛擬電廠進(jìn)行常態(tài)化運(yùn)營(yíng)管理

2023年，深圳虛擬電廠的建設(shè)取得了顯著成效，主要通過本地精準(zhǔn)響應(yīng)實(shí)現(xiàn)了虛擬電廠實(shí)體化、常態(tài)化和市場(chǎng)化運(yùn)作。虛擬電廠有效緩解了電力供應(yīng)的平衡問題，解決了局部電網(wǎng)阻塞，優(yōu)化了可調(diào)節(jié)資源的聚合，并促進(jìn)了新能源的全面接入和消納。通過喚醒沉睡的可調(diào)節(jié)資源，虛擬電廠將負(fù)荷管理從用戶被動(dòng)參與轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)選擇，形成了電網(wǎng)和用戶負(fù)荷資源良好互動(dòng)的新形態(tài)。

應(yīng)用價(jià)值仍待挖掘－新的場(chǎng)景探索在路上

在南方能監(jiān)局和南網(wǎng)總調(diào)等機(jī)構(gòu)的支持下，深圳虛擬電廠管理中心積極拓展新的應(yīng)用場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)了跨區(qū)市場(chǎng)、省內(nèi)市場(chǎng)和深圳市場(chǎng)的疊加賦能，以及需求響應(yīng)市場(chǎng)、輔助服務(wù)市場(chǎng)和電能量市場(chǎng)的相互補(bǔ)充，具體而言：

一是推動(dòng)虛擬電廠參與調(diào)頻應(yīng)用。中心在國(guó)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)以換電站參與調(diào)頻（能夠快速調(diào)節(jié)“虛擬電廠”有功出力）的技術(shù)驗(yàn)證，標(biāo)志著其具備了實(shí)體電廠的功能，滿足了調(diào)頻 “秒級(jí)”響應(yīng)要求。目前，換電站單站調(diào)頻功率達(dá)200千瓦，中心已累計(jì)接入30余座換電站。

二是推動(dòng)虛擬電廠參與南方區(qū)域跨省備用市場(chǎng)。2023年9月底，深圳地區(qū)10家虛擬電廠資源參與跨省備用市場(chǎng)調(diào)用運(yùn)行，在負(fù)荷高峰時(shí)段內(nèi)為電力系統(tǒng)提供正備用；11月初，深圳地區(qū)7家虛擬電廠作為第三方獨(dú)立主體參與跨省備用市場(chǎng)交易，首次與其他常規(guī)電源發(fā)電主體同臺(tái)競(jìng)價(jià)，日前市場(chǎng)出清最大中標(biāo)容量約為24兆瓦。

三是針對(duì)高峰用電期間供電不足、饋線重過載、通道容量不足等問題，中心通過虛擬電廠精準(zhǔn)邀約等舉措引導(dǎo)相關(guān)運(yùn)營(yíng)商參與響應(yīng)。例如，針對(duì)夜間集中充電導(dǎo)致饋線重過載的問題，中心精準(zhǔn)邀約相關(guān)聚合商，引導(dǎo)充電樁削峰，合理調(diào)整充電計(jì)劃，調(diào)節(jié)時(shí)段負(fù)荷下降約40%。2023年7月和10月，在全域負(fù)荷尖峰電網(wǎng)供電不足的情況下，中心通過邀約實(shí)現(xiàn)虛擬電廠最大調(diào)節(jié)功率分別達(dá)7萬千瓦和21萬千瓦。2023年11月，針對(duì)輸電通道容量不足問題，中心通過組織邀約響應(yīng)實(shí)現(xiàn)削減負(fù)荷最高達(dá)15萬千瓦，有效緩解了斷面重過載。

（*數(shù)據(jù)均來自互聯(lián)網(wǎng)公開信息）

面臨的挑戰(zhàn)與建議

截至目前，深圳虛擬電廠管理中心已通過該平臺(tái)組織運(yùn)營(yíng)商開展負(fù)荷調(diào)節(jié)64次，調(diào)節(jié)電量近210萬千瓦時(shí)，減排二氧化碳1749.8噸。就深圳而言，通過一系列對(duì)可調(diào)度資源的深度挖掘和技術(shù)手段應(yīng)用的示范探索，它為城市級(jí)虛擬電廠的構(gòu)建提供了有益的思路，不僅提升了電網(wǎng)的調(diào)峰、調(diào)頻能力，還在節(jié)約電力系統(tǒng)運(yùn)行成本、帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)方面發(fā)揮了重要作用。對(duì)照深圳虛擬電廠的經(jīng)驗(yàn)，我國(guó)其他地區(qū)虛擬電廠的發(fā)展還面臨諸多挑戰(zhàn)：首先，頂層設(shè)計(jì)尚不成熟，缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范；其次，相比深圳、廣東市場(chǎng)，其他有削峰需求的地區(qū)市場(chǎng)參與度較低，用戶側(cè)負(fù)荷可調(diào)控性差，導(dǎo)致市場(chǎng)反應(yīng)不積極；第三，商業(yè)模式不夠清晰，傳統(tǒng)發(fā)展模式下運(yùn)營(yíng)成本較高，導(dǎo)致投資積極性不足；第四，各地虛擬電廠管理辦法較為宏觀，對(duì)于數(shù)字平臺(tái)搭接后的負(fù)荷接入與管理實(shí)施指導(dǎo)意義不強(qiáng)。

結(jié)合深圳發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，建議各地在開展虛擬電廠時(shí)：一是需要明確各方的職責(zé)分工，建立合適的管理模式和組織體系，并完善價(jià)格激勵(lì)和財(cái)政補(bǔ)貼機(jī)制，鼓勵(lì)用戶積極參與。二是可以借鑒國(guó)外的成功經(jīng)驗(yàn)，建議政府分階段推進(jìn)電力市場(chǎng)體系建設(shè)，讓虛擬電廠資源逐步參與到電能量、容量和輔助服務(wù)等市場(chǎng)中，通過市場(chǎng)交易獲取利益。三是政策上鼓勵(lì)源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化或者綠電就近就地消納創(chuàng)新發(fā)展模式，推動(dòng)分布式能源和虛擬電廠的發(fā)展。四是政府加大主導(dǎo)力度，成立省級(jí)和地市級(jí)虛擬電廠管理中心，統(tǒng)籌建設(shè)和運(yùn)營(yíng)，結(jié)合區(qū)位負(fù)荷特點(diǎn)和資源稟賦制定具體實(shí)施方案，打造虛擬電廠的特色名片。

（饒亦然、唐猛、張永平、周鋒）