提起电厂，很多人会想到这样的场景——火电厂里冒着水蒸气的冷却塔、风电厂中高耸的风机、光伏电站一排排光伏板······但您听说过“虚拟电厂”吗？
今年夏季，国内多地出现极端高温天气，叠加经济复苏等因素，全国用电负荷快速增长。再看供电端，可再生能源发电在全国电力供应中的比重不断上升，但风、光等可再生能源发电波动性、间歇性较强的问题仍待突破。如何保障稳定的电力供应？虚拟电厂进入人们的视野。
啥是“虚拟电厂”？
——看不见也摸不着，是一套依托于数字信息技术的能源管理系统。
谈及虚拟电厂，可追溯至中国的电力体制改革。
据了解，上世纪90年代，国内电力供应实行电力需求侧管理，主要通过行政手段实行计划用电。进入本世纪以来，电力需求侧管理逐步演变为电力需求侧响应，即根据电力市场供需情况调节电力。而电厂的主要功能之一，就是通过调节电力负荷来确保电力稳定。
据专家介绍，过去，用户用电需求波动时主要靠供应侧调节来平息，而能源结构转型对电力系统的调节能力提出了新要求。当前，中国正加快建设新型电力系统，其核心就在于推进可再生能源大规模、高比例发电。但可再生能源发电大规模并网带来的不稳定性等问题也较为突出，传统供应侧的调节能力较难平滑风、光发电的波动性。这时候，依托数字化技术平台、不受物理空间限制的虚拟电厂就展现出稳定电力供应的潜力。
顾名思义，虚拟电厂看不见也摸不着。与传统电厂不同，它不烧煤，也没有厂房，是一套依托于数字信息技术的能源管理系统。
专家表示，虚拟电厂不用实体设备发电，而是聚合各类用电负荷，实现电力负荷的组合、分析、优化和调度。一方面，虚拟电厂所聚合的各类用电负荷要“可调节”，比如办公楼里的空调、公共交通用电等；另一方面，它以数字化技术为支撑，将不同空间的用电负荷整合起来，实现优化调度，从而起到稳定电力供应的作用。
“除了可调节负荷，虚拟电厂还能对分布式电源、储能、电动汽车等各类分布式资源进行聚合管理和优化控制。简单来说，就是将不同类型的分布式资源‘聚沙成塔’，相当于建了一个云端电厂。”某业内人士表示。
虚拟电厂咋运作？
——根据市场电力供需情况，上游电力经由中游的数字化平台统一调配，再分配给下游需求方。
如果将整个产业链展开，虚拟电厂可分为上游的电力供应、中游的电力管理和下游的电力应用三大板块。据介绍，虚拟电厂的运作，就是根据市场的电力供需情况，将上游的电力经由中游的数字化平台统一调配，再分配给下游的需求方。
从上游供电看，虚拟电厂不具有实际存在的电厂形式，但具有电厂的功能。那么，建立在“云上”的虚拟电厂，电从哪儿来？
“虚拟电厂的电力来源可以分为两大类。”专家表示，一类是其聚合的分布式电源、储能、电动车等向电网提供的富余电力；另一类是虚拟电厂通过控制其聚合的可调节负荷，削减用电高峰时的电力需求，所节省的部分等效于向电网提供了电力。
同样具备调峰、调频功能，虚拟电厂的调节效率远高于传统的供应侧调节。张晓萱告诉记者，传统煤电机组增减出力的响应时间较长，参与调峰受爬坡速率的限制。一般来说，一台煤电机组从最小出力到额定出力需要1到2个小时。而虚拟电厂聚合的储能、可调节负荷等资源响应速度可达到分钟级甚至秒级，显然快于前者。
不仅如此，虚拟电厂在稳定电力供应方面还呈现出更高的经济性。以往在出现较大用电负荷时，供应侧的调节方式往往是扩建电厂、调动备用电源、加强有序用电管理等。而虚拟电厂通过降低用电侧负荷来保障用电稳定，不会对居民、工商业用电产生过大影响，成本更低，对环境也更友好。
国家电网的一项测算显示，同样为了维持电力系统稳定，传统火电厂如果要建设煤电机组来实现经营区域内电力削峰填谷，以满足5%的峰值负荷需求即最大用电需求计算，需投入电厂及配套电网建设成本约4000亿元；如果借助虚拟电厂来实现同样的功能，其建设、运营、激励等环节仅需投资500亿元至600亿元，成本远低于前者。
发展机制仍待完善
——推动虚拟电厂大规模发展还需进一步明确其盈利机制，并协调好供电侧等多方关系。
业内人士分析，虚拟电厂近来关注度高涨，一方面源于极端天气等因素催生的用电需求，另一方面，储能、新能源汽车等相关技术的成熟让虚拟电厂得以获取更多电力资源。此外，依托物联网、大数据等手段，虚拟电厂能较为精准地预测可再生能源的发电情况，避免“弃风弃光”现象，节省电力资源的同时也能实现其在更大范围内的优化配置。
不过，和传统电厂一样，虚拟电厂的运作还要考虑一个关键问题——如何盈利？
专家表示，国内的虚拟电厂主要通过参与辅助服务市场和需求侧响应来赚取一定费用。前者指为电力系统调节等提供服务，后者则是根据电网需求，调整用电侧的使用情况。总体看，目前国内的虚拟电厂盈利模式较为单一，激励机制还不够。
据悉，在虚拟电厂布局较早的部分欧洲国家，当地虚拟电厂可通过向发电企业提供电力规划和技术支持等获取服务费，或帮助发电企业接入电网完成电力交易后收取部分费用。业内人士认为，参照部分欧洲国家的经验，中国的虚拟电厂在盈利模式等方面可实现一定创新。比如进一步丰富辅助服务市场交易品种，加快电力现货市场、容量市场建设，拓宽虚拟电厂参与市场的渠道。此外，可探索能源托管、节能服务等其他增值服务，如提供节约电费、降碳分析方案等。
中国正加紧布局虚拟电厂。2021年10月，国务院印发《2030年前碳达峰行动方案》，提出要大力提升电力系统综合调节能力，加快灵活调节电源建设，引导自备电厂、传统高载能工业负荷、工商业可中断负荷、电动汽车充电网络、虚拟电厂等参与系统调节。力争到2025年，电力需求侧响应能力达到最大负荷的3%-5%。
专家认为，要进一步推动虚拟电厂大规模发展，还需处理好多方关系。“要使虚拟电厂的价值在市场中充分体现，让它和供应侧的资源实现公平竞争，按照谁更划算、更具清洁性等标准进行选择。”专家表示，另一方面，仍需进一步完善相关政策支持，继续创新数字信息技术，让虚拟电厂更“聪明”，进而在更大范围内推广应用。
虚拟电厂的意义和作用
——虚拟电厂是聚合丰富分布式能源，促进清洁能源消纳的重要渠道。
虚拟电厂可以将源，网，荷，储多种类型的分布式可调节资源进行有限聚合，运用市场手段和优化策略，提供可灵活调节的灵活电源。聚合的多种能源的能源特性互补，以及丰富资源形成的规模效应，极大缓解了清洁能源并网造成的冲击，降低了清洁能源的不确定性造成的影响。
虚拟电厂的应用可降低电力市场准入门槛，发挥市场作用。虚拟电厂将资源规模小且分散的分布式资源聚合形成规模效应，代理其参与电力市场交易，提供一个公平参与电力市场的平台。
虚拟电厂利用先进通讯控制技术，可促进资源的合理配置。基于虚拟电厂先进的通信和控制技术，可以建立平台和各资源间的有效联系，提升电力化水平，促进物料网发展。同时，虚拟电厂平台预优化减轻了调度的调节压力，提升了资源的优化配置，降低了调控成本和运行成本，提升了资源的利用效率。
虚拟电厂为新技术提供良好的孵化环境，实现电厂-电网-用户-虚拟电厂多方共赢。利用虚拟电厂平台，可以为储能，分布式光伏，分布式风电，燃气燃煤发电等资源提供良好的发展环境。同时，虚拟电厂的参与，提升电网的调节能力，实现多方共赢。
虚拟电厂的技术困难
——虚拟电厂实现未来的市场前景还需突破多项关键应用技术。
虚拟电厂实现未来的市场前景还需突破多项关键应用技术，主要包括：电力市场高精度的价格预测和需求预测；规模化资源聚合优化建模；低时延物联通信技术；区块链可信交易技术等。
对于电力市场的价格与需求预测技术，可以有效提升虚拟电厂参与市场报价的准确性以及对于资源用能计划进行提前优化，实现实用化的运营。
规模化资源聚合优化建模，可为调度机构提供调控基础，利于虚拟电厂快速加入调度机组序列。
低时延物联通讯技术包括资源运行同步性以及快速响应业务通讯，虚拟电厂需要实现秒级的可靠通讯才能广泛参与辅助调频业务。
发展区块链可信交易技术，随着家庭分布式电源，电动汽车，储能的快速发展，普通居民也可以参与到虚拟电厂的价值创造中，成为虚拟电厂的重要成员，保护用户数据和隐私变得更加重要。
虚拟电厂的未来空间
——国内虚拟电厂有望从邀约制迈向市场化发展阶段迈进。
目前，我国虚拟电厂行业仍处于邀约制试点阶段，从海外经验看仍处于初期阶，随着电力现货市场及辅助服务市场发展，国内虚拟电厂有望从邀约制迈向市场化发展阶段迈进。有助提升需求侧响应能力的虚拟电厂在新型电力系统中扮演角色将日益加重。虚拟电厂未来有望伴随新型电力系统建设推进而迎来快速发展，且其盈利模式也有望随着电力市场化改革的推进而不断清晰和市场化。
不仅如此，我们甚至可以期待当前大火的“AI人工智能”技术赋能到虚拟电厂的建设和运作中，未来随着统一电力市场体系的建成，电力中长期、现货、辅助服务市场一体化设计、联合运营实现，AI赋能虚拟电厂快速整合、优化、调度、决策各层面数据信息，增强统一协调控制能力，我们有理由相信“虚拟的电厂”会在未来给我们“真实的保障”。
