記者 湯一濤

編輯 高宇雷

19世紀末期，以電力為核心的二次工業革命，繼續著工業化的步伐。在電氣化的變革之中，傳統的手工作坊逐漸消失，集中式的大型現代化工廠成為主流。

世界上的第一座火力發電廠就誕生于這一時期。霍爾本高架橋發電站（Holborn Viaduct power station）位于倫敦市中心，建造者就是白熾燈的發明者托馬斯·愛迪生（Thomas Edison）。

霍爾本高架橋發電站｜圖片來源：Wikipedia

這座發電廠起初點亮了968盞白熾燈，照亮了從霍爾本馬戲團到圣·馬丁大酒店的街道。后來，霍爾本高架橋發電站的發電規模擴大到了3000盞白熾燈，并開始為附近的私人住宅提供照明。

時至今日，我們依舊沿襲著這種發電模式——由一個中心發電廠出發，向周圍輻射，輸送電力。隨著技術的迭代和用電規模的擴張，這種輻射范圍越來越大，所以也就有了把西部省份的電力輸送到東部沿海地區的“西電東送”工程。

只不過，一個新的趨勢是，一種分布式的供電模式正在被越來越多人所討論。這種模式在國際上叫“需求側效應”或者“復合聚合商”；更為通俗的稱呼，叫做“虛擬電廠”。

帶火這個概念的是2022年史上最熱的夏天。極端天氣帶來了全國多地區的電力短缺。據《財新》雜志的不完全統計，從8月15日算起到18日，共有21家上市公司發布公告稱，因限電政策影響，公司或子公司將臨時停產或部分減產。

跟氣溫同樣火熱的還有資本市場，在電力短缺的背景下，虛擬電廠似乎給出了一個極具潛力的解決方案。金融數據公司萬得顯示，自4月27日至8月24日，虛擬電廠指數由4509.29點上漲至年內高位的7524.94點，漲幅達66.88%。金智科技、北京科銳、恒實科技等相關概念股均有大幅上漲。

不過，隨著氣溫的下降和限電措施的取消，虛擬電廠指數隨后又開始下跌。截至9月1日，虛擬電廠指數報6253.64點，近7個交易日跌幅超16%。

這對一個概念先行、還尚不成熟的行業來說倒屬正常。華西證券研報預測，到2030年，虛擬電廠的市場運營規模將超過4500億元人民幣。但眼下這個行業需要回答的問題是，該如何一步步構建這4500億的規模。

一個分布式解決方案

一年之中的用電負荷并不總是均衡的。高溫夏天是電負荷最高的季節，這是人們使用空調的高峰時段。冬天的電負荷波動則比較小，用電高峰集中在早晨和晚上。春秋兩季的用電負荷則較低。

一天之中的用電負荷也有波動，夜晚人們入睡之后的用電量是最低的。盡管各地對用電波峰和谷峰的標準并不統一，但大致而言，電力行業一般將上午7點到晚上11點劃為用電高峰，晚上11點至次日7點劃為低谷時段。

冬、春、夏、秋4個季節美國平均用電情況｜圖片來源：美國能源署

這種需求端的波動帶來的就是對電力系統的挑戰。電力網絡并不總能滿足高峰期的用電需求。當負載接近極限時，最常見的做法就是通過限電強行降低用電需求，防止電壓下降導致更嚴重的大面積停電，甚至用電損壞。

波動在電力供應端也是一個問題。盡管穩定的化石燃料的發電量仍占據中國約80%的發電量，但在雙碳背景下，清潔能源正在越來越多的進入電力生產的環節。

清潔能源是所謂“靠天吃飯”的能源類型。光伏依賴光照，風能依賴風力，水能依賴水力。這些強烈依靠自然環境的能源類型，其不穩定性，甚至比需求段更加劇烈。

此次四川的限電政策，正是供應端和需求端共同作用的結果。一方面，持續的高溫增加了用電量。另一方面，四川作為中國第一水力發電大省，水力發電提供了超過80%的發電量。而今年四川省的降水相比往年降低了約40%，同時向四川輸電的省份也出現了類似的高溫天氣。在外部輸送沒有增加，自身的發電量下降的情況下，同時用電需求也在增加。此消彼長之，就導致了限電。

就是在這種背景下，虛擬電廠進入了人們的討論范圍。在電力供需不匹配的情況下，通過一定的激勵措施，讓用戶主動改變自己的用電方式和用電行為，參與供需調劑，從而減輕電力系統的壓力。

虛擬電廠最初的概念由已故的西蒙·阿韋布赫 (Shimon Awerbuch)博士在1997年提出。他將之定義為“一種由獨立的、市場驅動的實體組成的靈活聚合體，可以高效為消費者提供能源服務，而不必擁有相應的資產”。

更通俗一點說，虛擬電廠就是通過物聯網、云計算等技術，將不同的用電方、儲能放、分布式電源聚合起來，實現電力的彈性調整。即使是一戶家庭、一輛電動汽車，也能成為虛擬電廠的一部分。

和共享經濟類似，虛擬電廠也是通過信息化協調，將限制資源再利用。例如天氣預報顯示明天有高溫，虛擬電廠預計用電將出現缺口，就會向用戶發出邀約，將多余的電量填補缺口。

這也是“虛擬”概念的來由——并沒有一個實體的電廠，而是眾多分布式的“小型電站”匯聚成了一個發電量可觀的“虛擬電廠”。

虛擬電廠運轉原理｜圖片來源：璞躍中國

在虛擬電廠這個概念爆火以前，科技公司早就已經開始布局，特斯拉就是其中的先行者。

2015年，特斯拉就推出了家用儲能設備PowerWall。2022年7月，特斯拉又加入了太平洋燃氣與電力公司（PG&E）的緊急減負荷計劃（ELRP）。

特斯拉在多倫多的Powerwall｜圖片來源：The Verge

PowerWall內置18650鋰電池，有7千瓦時和10千瓦時兩種配置。通過屋頂太陽能電池產生的電力，Powerwall可以儲存100千瓦時以上的容量。

PowerWall屋頂太陽能系統｜圖片來源：特斯拉

目前，特斯拉已經在加利福尼亞、澳大利亞和日本宮古島建立了虛擬電廠，得克薩斯州的虛擬電廠也在建設中。在加利福尼亞，用戶每向電網輸送1度電，就可以獲得2美元（約合13.8元人民幣）的獎勵。

截至2022年8月19日，已經有2500名PowerWall用戶加入了ELRP計劃，可以提供最高16.5兆瓦的電力。

圖片來源：Twitter@PGE4Me

世界范圍內，相比美國而言，歐洲的虛擬電廠已經進入了更為成熟的商業化階段。歐洲的虛擬電廠最早可以追溯至2007年，到現在，已經是世界上虛擬電廠最集中的市場。

由于歐洲發電資源較為分散，早期歐洲虛擬電廠主要聚焦在電力供給側，以聚合發電資源為主。從營收來看，一方面虛擬電廠可以幫助電廠降低發電成本，從中獲得服務費分成；另一方面，虛擬電廠可以直接參與電力交易和輔助服務，從中獲得分成。

德國的Next-Kraftwerke是歐洲最大的虛擬電廠運營商。截至2022年Q2，Next Kraftwerke已有14414個聚合單元，10836兆瓦聯網裝機容量。在被荷蘭殼牌公司收購前，該公司2020年營收已經高達5.96億歐元（約合41億元人民幣）。

Next-Kraftwerke發展史｜圖片來源：Next-Kraftwerke

一個10年后的千億市場

今年以來，中國關于虛擬電廠的政策也頻頻出臺。

2022年1月，國家發改委、國家能源局發布《關于加快建設全國統一電力市場體系的指導意見》，指出“構建適應新型電力系統的市場機制，鼓勵抽水蓄能、儲能、虛擬電廠等調節電源的投資建設。”，3月又發布《“十四五”現代能源體系規劃》，表示要推動儲能設施、虛擬電廠、用戶可中斷負荷等靈活性資源參與電力輔助服務。

8月26日，國內首家虛擬電廠管理中心——深圳虛擬電廠管理中心舉行揭牌儀式。據了解，預計到2025年，深圳將建成具備100萬千瓦級可調節能力的虛擬電廠，逐步形成年度最大負荷5%左右的穩定調節能力。

根據華西證券研報顯示，估算到2025年，虛擬電廠的投資建設市場規模將超過300億元人民幣，平均每年投資建設規模達到105-200億元人民幣；到2030年，市場規模將超過4500億元人民幣。

但隨著氣溫的下降和限電措施的取消，市場對于虛擬電廠概念逐漸開始趨于理性。在剛剛過去的一周中，虛擬電廠指數已經開始開始下跌。截至9月1日，虛擬電廠指數報6253.64點，近7個交易日跌幅超16%。

目前而言，我國虛擬電廠仍處于早期的邀約型階段，主要由政府部門牽頭，各個聚合商參與，共同完成整個流程。但現下的虛擬電廠總體還處于試點示范階段，缺乏統一的標準和更細化的政策。

而就技術而言，大部分虛擬電廠試點已經實現了初步的用戶監測，但多數還沒實現對優化調度和分布式能源的閉環控制。

最為關鍵的是，拋開概念不談，虛擬電廠本質上就是電力市場化交易。在成熟的電力市場中，產業鏈的各個環節都有相對成熟的商業模式。但中國的電力行業屬于寡頭壟斷行業，在負荷側幾乎沒有成熟的服務商和市場環境。

也就是說，如何統籌各方利益，培育長期健康的市場環境，才是虛擬電廠最需要面對的問題。

原標題：《電廠｜作為“電廠”，我們來聊聊虛擬電廠》

閱讀原文