虚拟电厂：能源转型的诗与远方

当前，全球能源正处在转型的关键时期，人类社会正推动以油气为代表的传统能源系统向以可再生能源为代表的现代能源系统转型。从能源生产、消费和配置各环节看，现代能源系统以电为中心，电网为平台的特点日益显著。

随着世界各国向清洁、低碳的新型能源体系发展，分布式可再生能源、电动汽车、终端用户的再电气化比例大幅增长。国际能源署（IEA）发布的《2017年世界能源展望》指出，分布式可再生能源发展速度之快“超乎想象”，因其良好的经济性、可靠性、灵活性和环保性，已成为全球最大新增电源之一。

未来，配电网中的分散发电和有源负荷将呈现高速增长态势，更多电力用户将由单一的消费者（consumer）转变为混合型的产消者（prosumer）。在技术层面，由于分布式可再生能源、可控负荷、储能设施以及电动汽车等具有地理位置分散、随机性强、波动性大、并具有弱可观性和可控性的特点，随着接入电网总体规模的不断扩大，对电网的安全、可靠、经济运行等提出新的挑战。从经营层面，分散资源可持续发展的商业模式亟待研究，需要深入探讨一种可行路径，去激励混合型产消者与电网实现友好互动。

虚拟电厂（Virtual Power Plant, VPP）正是针对这些新现象，聚焦再电气化进程中生产侧和消费侧同步发力的重要特征，提出的适应未来能源清洁低碳发展趋势的技术和商业模式。该技术模式能够在传统电网物理架构上，依托互联网+和现代信息通讯技术，把分布式电源、储能、负荷等分散在电网的各类资源相聚合，进行协同优化运行控制和市场交易，对电网提供辅助服务。虚拟电厂不是电厂，简单来说，虚拟电厂就是“互联网+”智慧能源环境下，以用户为中心，以商业化市场为平台的源网荷聚合管理模式。

虚拟电厂概念自1997年提出以来，受到了欧洲、北美和澳洲多国广泛关注。近年来，随着信息通讯技术（ICT）、分布式协调控制技术和智能计量技术的提高，分布式电源、储能、电动汽车的快速发展，工业领域逐渐表现出对虚拟电厂的极大需求并付诸工程实践。从世界范围来看，欧洲虚拟电厂聚焦于“源”，主要目标是提高分布式电源并网友好智能互动性和打造持续稳定发展的商业模式，先后在欧盟第六、第七框架计划下开展了FENIX项目和TWENTIES项目，前者旨在将大量的分布式电源聚合成虚拟电厂，提高欧盟电力系统的经济性、可控性和安全性，后者的示范重点在于如何利用虚拟电厂实现热电联产、分布式电源和负荷的智能管理。北美虚拟电厂起源于“荷”，通过自动需求响应和能效管理，提高综合能源的利用效率。近年来随着分布式能源的发展，美国纽约州在能源改革愿景（REV）战略指导下开展了ConEd VPP项目，旨在将用户侧“太阳能+储能”系统集群友好并网，降低居民用电成本，提高电网调峰调频和应急响应能力；在加利福尼亚州探索分布式光伏的管理方式，包括虚拟电厂和分布式能源供应商（DERP）如何参与电网运营和电力市场。澳洲近年投运了多项虚拟电厂示范工程，主要目标是降低用电成本，促进清洁能源消纳，提高澳洲电网稳定性，并与特斯拉公司联合打造AGL VPP示范工程，旨在聚合大量光伏电源和储能设备，应对分布式电源高渗透率带来的挑战，降低基础设施投资成本。

目前我国分布式可再生电源占比还不大，但发展迅速，电力发展“十三五”规划明确提出十三五期间分布式光伏装机达6000万千瓦以上；我国已成为全球最大电动汽车市场，2017年国内电动汽车销量超过77万辆，占世界的一半以上，至2020年电动汽车累计产量将超过500万辆；电能替代、清洁供暖有序推进，2017年全年电能替代量超1500亿千瓦时，到2020年电能替代新增用电量约4500亿千瓦时。分布式电源和可控负荷发展迅速，对电网的安全稳定运行将带来巨大影响，因此，虚拟电厂在分布式电源、北方清洁供暖、用户侧需求响应、电动汽车等方面都将具有广阔的应用前景。虚拟电厂可以“串联”起分布式光伏、储能设备、蓄热锅炉和可控负荷，实现冷、热、电整体能源供应效益最大化。在繁华的城市楼宇群，虚拟电厂可以实时监测中央空调、电动汽车等柔性可控负荷，环境参数以及分布式能源出力，围绕用户和系统需求，自动调节并优化响应质量，减少电源和电网建设的投资，在创造良好舒适的生活环境的同时，实现用户和系统，技术和商业模式的双赢。

由于虚拟电厂应用前景广泛，全球都在抢占先机，争取战略主动，标准制定成为主导国际话语权的必争之地。2017年10月，国网冀北电力公司和中国电科院组成的专家团队，代表中国向国际电工技术委员会（IEC）提交了虚拟电厂《用例》和《架构与功能要求》提案，经过激烈的竞争和淘汰，顺利通过了投票，并获得德、英、法、瑞等成员国的加盟支持，于2018年3月获批正式立项，成为IEC在虚拟电厂领域立项的首批国际标准，标志着中国正式主导虚拟电厂这一能源转型热门领域的国际最高话语权。

在前沿新兴领域编制国际标准极具挑战性，必须实现技术和实践的真正领先，方能把握主导优势。基于这一特点，国网冀北电力公司在国际标准编制工作中创新提出了“研创示编”四融合模式，把虚拟电厂领域的科研攻关、创新创效、示范应用和标准编制紧密融合，在相互佐证、迭代提升中，实现国际标准的高质量编制，并同步建立虚拟电厂科研、创新创效和应用成果体系，带动电网技术和功能的领先发展。具体来说，就是要依托冀北地区资源禀赋，在新能源和科技创新中探索和积累，把握2022年北京——张家口冬奥会的历史契机，冀北地区虚拟电厂用例将在可再生能源富集地区打造可复制、可推广的绿色能源共享经济商业模式，探索将不可控的可再生能源转化为稳定、可靠的绿色能源的技术创新，推动以用户为中心的分布式可再生能源与坚强智能电网之间的协调发展，以标准联通为能源转型贡献“中国智慧”。

无论是在海外还是中国，虚拟电厂都还很年轻。在能源转型的道路上，需要政府、企业、用户等各方共同努力，在市场机制建设、商业模式创新、核心技术推广以及用户广泛参与等方面积极探索，追寻新一代能源系统的诗与远方。