炎炎夏日，隨著暴雨、高溫等極端天氣的頻頻出現，城市電網負荷和用電量持續(xù)快速攀升。7月25日中午，南方電網數據顯示，深圳電網用電負荷達2313.4萬千瓦，歷史首次突破2300萬千瓦，較去年最高負荷增長4.8%。一般而言，5%以內的尖峰負荷在一年以內不超過100小時，如何在不新增發(fā)電裝機容量的情況下保障充足電力供應已經成為城市電力系統(tǒng)運營管理的一大挑戰(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)運營管理路徑——虛擬電廠。虛擬電廠通過整合分散的分布式資源，包括靈活可調負荷資源、太陽能、風能、儲能裝置和電動汽車等，可以構建一個虛擬的電力供應系統(tǒng)，該系統(tǒng)一方面經濟性優(yōu)勢明顯，相比新建一臺百萬千瓦煤電機組，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、調度和管理靈活分布式資源，增強了電力系統(tǒng)需求側彈性空間，從而能夠及時緩解高峰用電時期的電力供應緊張局面。本文將以深圳虛擬電廠運營和建設情況為案例，探討其構建路徑及示范探索的成果和意義。
          在迎峰度夏之際，為進一步挖掘分布式資源調節(jié)潛力，打造源網荷儲高效互動新型電力系統(tǒng)，更好推動虛擬電廠加快發(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，是否具備可復制性？7月16日，在能源基金會資助、深圳市科中云技術有限公司主要承擔的課題“中國南方區(qū)域（以深圳為試點）城市級虛擬電廠構建路徑及示范探索”結題會上，針對深圳模式發(fā)展路徑，圍繞商業(yè)儲能、樓宇空調、充電站等課題示范場景（圖1）參與虛擬電廠的實操情況，包括能源研究所、電網公司、發(fā)電集團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。事實上，無論哪個區(qū)域的市場，只要能調動市場主體參與積極性，在電網需要削峰填谷之際能切實發(fā)揮作用，那就證明成功了一半。

圖1：科陸大廈用戶側儲能設施（參與了7月削峰響應，相比基線運行情況成功削減800千瓦負荷）

虛擬電廠行業(yè)歷程及新形勢下的發(fā)展優(yōu)勢

虛擬電廠并不是新生事物。1997年，Shimon Awerbuch博士在其著作《虛擬公共設施：新興產業(yè)的描述、技術及競爭力》一書中就提出了“虛擬電廠”的概念。國外虛擬電廠行業(yè)起步較早，始于21世紀初德國、西班牙等5國的歐盟虛擬燃料電池電廠（virtual fuel cell power plant，VFCPP）項目，該項目旨在發(fā)展、安裝、測試并展示由31個分散且獨立的居民燃料電池熱電聯產（CHP）系統(tǒng)構成的虛擬電廠。目前行業(yè)發(fā)展較為成熟的區(qū)域是歐洲和美國：歐洲的虛擬電廠起步于發(fā)電側，通過對分布式電源、儲能資源進行整合、調配，以降低新能源棄電和獲取市場收益為主要目標。而美國的特點是電力市場運營商高度分散，因此其虛擬電廠聚焦負荷端資源統(tǒng)一調配，相關計劃通常由公共事業(yè)企業(yè)（Utility）或能源零售商運營。反觀國內虛擬電廠發(fā)展，2013年，我國在北京、上海、江蘇、佛山等省市開展了電力需求側響應及虛擬電廠項目試點工作。2019 年，國網冀北泛在電力物聯網虛擬電廠示范工程投入運行，成為國內首個虛擬電廠項目，此時虛擬電廠也僅停留在示范階段。

隨后，在雙碳目標指引下，能源轉型步入深水區(qū)帶來新的形勢局面，大規(guī)模的風電、光伏等不穩(wěn)定電源及呈爆發(fā)性增長趨勢的新能源汽車已經、正在或正要接入電網。截至2024年6月底，全國并網風電、太陽能發(fā)電裝機容量合計達11.8億千瓦，新能源發(fā)電裝機規(guī)模首次超過煤電。電力生產供應綠色化的不斷深入給電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行造成了巨大的沖擊，也大幅提升了電力系統(tǒng)調頻、調峰等輔助服務的市場需求。新形勢下，虛擬電廠新的發(fā)展優(yōu)勢更加凸顯：

首先，虛擬電廠的核心優(yōu)勢在于其靈活性和可調度性。隨著新能源、儲能、電動汽車等資源的規(guī)模化接入，虛擬電廠可靈活調度的資源更加豐富。通過智能算法和實時數據分析，虛擬電廠能夠更加精準地預測和調度電力資源。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降低電動汽車充電樁的充電功率實現削峰填谷；而樓宇資源聚合商可以在空調端安裝柔性調節(jié)裝置，利用大數據分析和智能控制技術，將普通空調大慣性負荷轉換為柔性可調負荷，在滿足舒適度前提下能夠實現10%—20%的負荷調節(jié)率。

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

第三，虛擬電廠能夠通過市場化運行機制獲取經濟補貼，有助于降低分布式資源的日常運營成本。例如，深圳積極組織實施虛擬電廠精準響應，推動分布式資源參與各類電力市場交易，并參考廣東省市場化需求響應支持力度給予補貼。

深圳模式的特點與示范經驗

深圳高技術企業(yè)高度集中，單位GDP能耗和碳排放強度已降至全國平均水平的1/3和1/5，是全國單位GDP能耗、碳排放強度最低的大城市。深圳需要結合自身特點挖掘源網荷儲的潛力推動減碳，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能、負荷在內的靈活調節(jié)能力，實現供需動態(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（簡稱“中心”）的項目示范走在前列離不開三個因素：一是數字能源轉型基礎。只有運用數字技術和手段才能從根本上提升用電效率，并進一步強化電力系統(tǒng)的柔性、靈活性。中心通過聚合大量分散的能源資源，構建了一個具備實時調節(jié)能力的智能電力系統(tǒng)。二是完善的電力市場體系和交易機制。無論是廣東電力現貨市場，還是南方區(qū)域電力市場，均成為深圳市場化推進虛擬電廠的優(yōu)良基因。中心通過引入市場化交易機制，激勵用戶參與電力需求側響應，實現了經濟效益和社會效益的雙贏。公開報道顯示，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，以一戶家庭報裝容量6千瓦來計算，相當于40多萬個家庭的用電需求；實時可調負荷超56萬千瓦，相當于2臺中型火電機組。三是政府的政策支持和引導。自2022年以來，深圳先后出臺《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響應實施細則》等文件，并成立國內首家虛擬電廠管理中心，以之為牽引加大市場培育。

圖2：深圳虛擬電廠管理中心對深圳虛擬電廠進行常態(tài)化運營管理

2023年，深圳虛擬電廠的建設取得了顯著成效，主要通過本地精準響應實現了虛擬電廠實體化、常態(tài)化和市場化運作。虛擬電廠有效緩解了電力供應的平衡問題，解決了局部電網阻塞，優(yōu)化了可調節(jié)資源的聚合，并促進了新能源的全面接入和消納。通過喚醒沉睡的可調節(jié)資源，虛擬電廠將負荷管理從用戶被動參與轉變?yōu)橹鲃舆x擇，形成了電網和用戶負荷資源良好互動的新形態(tài)。

應用價值仍待挖掘－新的場景探索在路上

在南方能監(jiān)局和南網總調等機構的支持下，深圳虛擬電廠管理中心積極拓展新的應用場景，實現了跨區(qū)市場、省內市場和深圳市場的疊加賦能，以及需求響應市場、輔助服務市場和電能量市場的相互補充，具體而言：

一是推動虛擬電廠參與調頻應用。中心在國內首次實現以換電站參與調頻（能夠快速調節(jié)“虛擬電廠”有功出力）的技術驗證，標志著其具備了實體電廠的功能，滿足了調頻 “秒級”響應要求。目前，換電站單站調頻功率達200千瓦，中心已累計接入30余座換電站。

二是推動虛擬電廠參與南方區(qū)域跨省備用市場。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調用運行，在負荷高峰時段內為電力系統(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立主體參與跨省備用市場交易，首次與其他常規(guī)電源發(fā)電主體同臺競價，日前市場出清最大中標容量約為24兆瓦。

三是針對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邀約等舉措引導相關運營商參與響應。例如，針對夜間集中充電導致饋線重過載的問題，中心精準邀約相關聚合商，引導充電樁削峰，合理調整充電計劃，調節(jié)時段負荷下降約40%。2023年7月和10月，在全域負荷尖峰電網供電不足的情況下，中心通過邀約實現虛擬電廠最大調節(jié)功率分別達7萬千瓦和21萬千瓦。2023年11月，針對輸電通道容量不足問題，中心通過組織邀約響應實現削減負荷最高達15萬千瓦，有效緩解了斷面重過載。

（*數據均來自互聯網公開信息）

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組織運營商開展負荷調節(jié)64次，調節(jié)電量近210萬千瓦時，減排二氧化碳1749.8噸。就深圳而言，通過一系列對可調度資源的深度挖掘和技術手段應用的示范探索，它為城市級虛擬電廠的構建提供了有益的思路，不僅提升了電網的調峰、調頻能力，還在節(jié)約電力系統(tǒng)運行成本、帶動相關產業(yè)方面發(fā)揮了重要作用。對照深圳虛擬電廠的經驗，我國其他地區(qū)虛擬電廠的發(fā)展還面臨諸多挑戰(zhàn)：首先，頂層設計尚不成熟，缺乏統(tǒng)一的標準和規(guī)范；其次，相比深圳、廣東市場，其他有削峰需求的地區(qū)市場參與度較低，用戶側負荷可調控性差，導致市場反應不積極；第三，商業(yè)模式不夠清晰，傳統(tǒng)發(fā)展模式下運營成本較高，導致投資積極性不足；第四，各地虛擬電廠管理辦法較為宏觀，對于數字平臺搭接后的負荷接入與管理實施指導意義不強。

結合深圳發(fā)展經驗，建議各地在開展虛擬電廠時：一是需要明確各方的職責分工，建立合適的管理模式和組織體系，并完善價格激勵和財政補貼機制，鼓勵用戶積極參與。二是可以借鑒國外的成功經驗，建議政府分階段推進電力市場體系建設，讓虛擬電廠資源逐步參與到電能量、容量和輔助服務等市場中，通過市場交易獲取利益。三是政策上鼓勵源網荷儲一體化或者綠電就近就地消納創(chuàng)新發(fā)展模式，推動分布式能源和虛擬電廠的發(fā)展。四是政府加大主導力度，成立省級和地市級虛擬電廠管理中心，統(tǒng)籌建設和運營，結合區(qū)位負荷特點和資源稟賦制定具體實施方案，打造虛擬電廠的特色名片。

（饒亦然、唐猛、張永平、周鋒）