什么是虚拟电厂

虚拟电厂定义

所谓虚拟电厂 (Virtual Power Plant ,简称VPP)，是一种通过物联网技术和软件系统，实现DG（即distributed generator，分布式电源）、储能系统、可控负荷、电动汽车等DER（即Distributed Energy Resource，分布式能源资源）的聚合和协调优化，以作为一个特殊电厂参与电力市场和电网运行的电源协调管理系统。

通俗来说，虚拟电厂就是虚拟化的发电厂，它并不具备实体发电厂（如火力发电厂）本身 ，而是一种管理模式或者说是一套系统，通过配套的技术把分散在不同空间的小型太阳能、风能等新能源发电装置、储能电池和各类可控制（调节）的用电设备（负荷）整合集成，协调控制，对外等效形成一个可控电源，辅助电力系统运行，并可参与电力市场交易，同时优化资源利用，维护区域内、甚至跨区域的用电稳定与用电安全。

虚拟电厂概念的提出

在20世纪90年代，虚拟电厂的概念被首次提出，并在德国、英国、法国、荷兰等欧洲国家开始逐步发展。目前，我国尚未形成成熟的成套解决方案，基本处于前期试点研究阶段；“十三五”期间，江苏、上海、河北、广东等地相继开展了电力需求响应和VPP试点。

虚拟电厂的特征

从广义上来讲，虚拟电厂是需求侧响应的延伸。需求侧响应主要是削峰，主要针对用户负荷；虚拟电厂则是削峰和填谷兼顾，部分具有储能特征，源、网、荷、储都包括在内。与需求响应的调节方式相比，虚拟电厂由于接入了更多元化的用户，如储能、分布式发电、可控负荷等，在用户参与调节时，不仅负荷侧的用户可以调节自身用电增减，还可以召集储能测、电源侧的用户调节电能输出，具有丰富的调节方式和手段。

虚拟电厂由可控机组、不可控机组（如风、光等分布式能源）、储能、可控负荷、电动汽车、通信设备等聚合而成，并进一步考虑需求响应、不确定性等要素，通过与控制中心、云中心、电力交易中心等进行信息通信，实现与大电网的能量互换。

从本质讲，虚拟电厂就是虚拟化的发电厂，它并不具备实体发电厂的物理属性，而是一种管理模式或者是一套系统，通过配套的技术把分散在不同空间的小型太阳能、风能等新能源发电装置、储能电池和各类可控制、可调节的用电设备、负荷整合集成、协调控制，对外等效形成一个可控电源，辅助电力系统运行，并可参与电力市场交易，同时优化资源利用，维护区域内，甚至跨区域的用电稳定与用电安全。它既可以有计划地接受电力系统的电力，又可以向电力系统反向输出电力，更灵活高效地进行“削峰填谷”等作业，并获得客观的经济效益。

传统电力能源生态系统总体上围绕电力的生产的消耗，大体上可分为发电测、输配测、用电测。传统电力能源生态系统发电、输电、配电、用电界限较为清晰，生产者与消费者关系也是相对明确，能源系统为典型的“源随荷动”运行模式。相对于传统电力能源生态系统，虚拟电厂的能源生态系统出现了明显变化，发电、输电、配电、用电界限相互交叉，同时兼具生产者与消费者的角色，根据需求可以改变角色身份特征，运行方式特征为“源荷互动”。虚拟电厂系统和服务平台将发、输、配、用电综合聚合一起，内部的每一部分都是一个小能源系统，虚拟电厂丰富了智能电网的内涵，也扩展了智能电网的外延。

虚拟电厂的业务

归纳来说，主要体现在以下三个方面：

注源

为电网注入新的电力来源。让更多的小型分布式新能源电源有组织地接入系统平台，统一协调管理，形成合力，相对可控，实现并入电网运行。

控流

控制调节用电侧电力流向及流量。尽可能多地接入可调节用电负荷，使其有纪律地按计划用电，并提升能效管理，实现最大程度的以不影响生产生活用电为前提，综合考虑外部电网供电情况、内部自发电（如有）情况、各类用电成本、电网需求侧管控等因素，科学合理最具经济性地安排用电计划。

电力储备

储存电力，即储能。储能是实现上述两个方面的关键支撑。正如小溪汇入大河、大河注入大海，分散在各地的小型新能源电力也需汇流“会师”才更有力量、更具操作空间，“会师地点”即配套的储能系统，“会师”后统一听从上级调令；对于控流，也是同样需要配套储能系统才能更灵活地制定最佳用电方案。可以说，一个可靠的虚拟电厂，离不开一套高效稳定的储能系统。

国外典型案例

Next-Kraftwerke是德国最大的虚拟电厂运营商，同时也是欧洲电力现货市场（EPEX ) 认证的能源交易商，参与能源的现货市场交易。Next-Kraftwerke 管理着超过10000+个的分布式发电设备和储能设备，包括生物质发电装置，热电联产，水电站，灵活可控负荷，风能和太阳能光伏电站等 , 总体管理规模达到15.1TWh。

该公司提供虚拟电厂相关的一切技术和业务，从数据采集、电力交易、电力销售、用户结算等。他们的虚拟电厂平台NEMOCS对聚合的各个电源进行控制，从而参与电力市场交易并获取利润分成。NEMOCS集聚合能源、控制系统监控、高性能数据处理、优化资产运营、远程管理控制于一身，实现连接、监控和控制分布式发电商、用户和存储系统。它为工厂运营商、电力供应商、电网运营商和电力交易商提供了广泛的业务领域：

提升资产价值

操纵资产的运营商可以利用不断变化的能源价格，通过在价格高的时候发电，在价格低的时候让设备待运，既可增加利润，又可支持电网的持续利用。NEMOCS可以处理大量的实时数据，安排高峰负荷运行，优化灵活资产及其各自的市场价值。

为欧洲电网提供电力平衡

Next-Kraftwerke在七个欧洲TSO（欧洲输电系统运营商）地区提供电力平衡服务，主要通过分布式能源的供电和可控负荷的输出来保障电网的稳定运行，保护电网不受与不稳定能源相关因素的影响。通过资格预审资产，参与TSO的竞拍，根据资产的个别限制，决定哪个资产提供多少控制储备，然后在接到通知后，相应的业务单元会实时调控，供应商从而能得到额外的收入。

优化能源成本，积极调度用户

水务公司Bodense Wasserversorgung年耗电量为150GWh，该公司在Next-Kraftwerke的弹性电价中找到了降本增效的方法。Next-Kraftwerke通过REST-API将电价传输给自来水厂，自来水厂通过相同的路径将其计划发送回虚拟电厂。通过这些电力采购的优化，水务公司每年可以节省六位数的电费。

虚拟电厂的发展阶段

我国的VPP目前处于发展初期，在商业模式和政策设计上也参考和借鉴了欧美等发达国家的成功案例。在未来，我国的特色VPP建设将由合约型主导的模式逐步转向全面市场化的运营方向。

在发展初期，VPP将以合约型为主导，电网公司通过示范获得额外灵活调节资源。参与用户获得额外收益，技术开发商实现技术积累、市场份额和销售收入。

发展中期，电网企业、调度机构获得满足平抑清洁能源波动的灵活调节资源，保障电力安全稳定供应，助力源网荷储一体化示范和新型电力系统建设。售电公司、发电企业、负荷聚合商等先天优势主体下沉至更多终端用户，依托VPP发展红利拓展业务范围规模。大数据、智能用电、区块链等相关产业等快速发展。

远期来看，VPP模式将实现全面市场化运作。电网企业获得更多的可调节资源同于维持系统平衡、保障系统安全，提升供电安全与可靠水平。新能源发电企业通过市场获得成本更经济的辅助服务资源。VPP参与方通过广泛参与调峰调频服务，并在电量、容量及辅助服务交易中获得收益。电力系统可以接纳更大比例的可再生能源，提升全社会能源消费清洁与绿色低碳水平。