在國家“3060”戰略以及建設新型電力系統的目標指引下，集中式與分布式新能源發電發展極為迅速，海量異構的分布式能源接入電網。分布式能源具備靈活性強、易與負荷互動以及能效利用合理等優勢，但其發電效率的不穩定性，存在大規模直接接入后影響電網系統安全穩定運行的風險。同時，大部分分布式能源單體容量小、數量多、接入點分散等特征也將給電網調控與電力市場維持穩定帶來不小挑戰。通過引入虛擬電廠(virtual power plant，VPP)，利用第三方主體對海量分布式能源進行聚合調度，有效促進可再生能源消納和能源結構智慧化轉型。本文將從虛擬電網的供需關系入手，分析虛擬電網在國內的未來發展方向。
 

　　一、虛擬電廠概述
 

　　(一)虛擬電廠定義
 

　　虛擬電廠(Virtual Power Plant，VPP)是一種集成多種分散的能源資源，通過智能化管理和控制系統協同運作的能源系統。其通常通過先進的信息技術和通信技術來監測、控制和協調各種能源設備，以實現對電力系統的動態管理。虛擬電廠的運營可以根據電力需求和市場條件進行靈活調整，以最大程度地利用可再生能源，并提高能源系統的靈活性和穩定性。其能夠將分布在不同地點的可再生能源、儲能設備、傳統電力發電設備等整合成一個統一的虛擬單元，以提高能源系統的效率、可靠性和可持續性。
 

　　對于虛擬電廠有多種分類方法，據其資源屬性可分為能量輸出型和功率調節型，根據實現功能的不同，存在商業型和技術型虛擬電廠。商業型主要是從商業收益的角度出發，制定各分布式能源的發電和用電計劃并參與電力市場，包括中長期或現貨等能量市場以及輔助服務市場。技術型虛擬電廠主要是從安全調度的角度出發，通過響應電力系統下發的調度指令，為輸電網提供實時功率平衡服務，或是為配電網提供阻塞管理、電壓控制等服務。其對資源的可調容量進行分析與評估，并將其上報給電力調度機構；調度機構根據電網運行狀態與調控需求向技術型虛擬電廠發送調控指令，再由其協調控制分布式能源以實現調控目標。
 

　　(二)虛擬電廠供需邏輯
 

　　在虛擬電廠的運營中，其涵蓋了各種能源資源，包括但不限于太陽能光伏系統、風力渦輪機、傳統的火力發電廠。這些能源資源分布在不同的地理位置和技術平臺上，形成了一個分散的網絡。太陽能和風力資源主要用于可再生能源的發電，而傳統發電廠則提供了穩定的基礎負荷，儲能設備則用于平衡能源的供需差異，提高能源系統的靈活性。以各類最終用戶的用電需求需求，電力市場根據實際的電力需求進行市場定價，并通過虛擬電廠的協同運作，實時監測和調整能源生產和分配，以整合多種能源資源，有效地提高了能源的利用率與多元化，提高了能源的靈活性和穩定性，降低了對傳統化石能源的依賴，推動了清潔能源的發展進程。

　　在如圖所示的虛擬電廠供需鏈路中，信息和通信技術發揮著關鍵的作用。智能化的監測和控制系統使得虛擬電廠能夠實時獲取各個能源資源的產能和狀態信息。這些數據通過通信網絡傳輸到虛擬電廠的集中控制中心，經過分析和處理后，制定最優的能源調度方案。同時，市場需求信息也被反饋給虛擬電廠，以便調整能源生產和供應。
 

　　二、虛擬電廠與需求響應
 

　　構建虛擬電廠的前置條件是需要與需求響應進行對應。根據發改委《電力需求側管理辦法(征求意見稿)》中的定義：《管理辦法》所稱需求響應指應對短時的電力供需緊張、可再生能源電力消納困難等情況，通過經濟激勵為主的措施，引導電力用戶根據電力系統運行的需求自愿調整用電行為，實現削峰填谷，提高電力系統靈活性，保障電力系統安全穩定運行，促進可再生能源電力消納。
 

　　需求響應主要也分為邀約型與實時型兩種呈現形式。邀約型需求響應是一種預先計劃和安排的響應方式，能源消耗方和虛擬電廠之間事先協商好特定的時間段內的電力使用計劃，其中包括能源消耗方在高峰期減少負荷或啟動儲能設備，以及虛擬電廠在可再生能源充足時增加產能。實時型需求響應則更加靈活，能夠在短時間內作出實時的響應，能源消耗方和虛擬電廠會將根據實際情況，通過智能化監測和控制系統在實時情景中調整能源使用，其中包括對負荷的即時調整、儲能設備的實時利用以及根據市場電價在實際運行中作出靈活的決策。邀約型需求響應的優勢在于規劃性強，能夠更好地適應預測性強的市場環境。這種模式適用于能夠提前安排并準確預測負荷和能源生產情況的場景，如工業生產中的生產計劃和季節性需求的管理。上海商業樓宇虛擬電廠示范項目主要采取邀約的方式進行調控響應，調度機構提前將調控需求下發給控制中心，以峰谷/尖峰電價、需求側響應補償為引導參與上海黃浦區的配電網調節，驅動黃浦商業樓宇的源、荷、儲資源靈活參與電力市場現貨交易與輔助服務。相比于邀約型需求響應的剛性計劃與對信息需求的高依賴性，實時型需求響應的優勢在于適應性強，能夠更加靈活地適應市場變化和系統波動，虛擬電廠也可結合市場環境動態變化、對氣候、用電峰谷等進行相關預測。深圳虛擬電廠同時使用邀約型響應和實時型響應，利用5G+智能網關技術的優勢，采取點對點通信技術實現調度系統與用戶側可調節資源雙向互聯，并設置了較為詳細的響應機制和結算細則。
 

　　結合前文的供需鏈路，虛擬電廠雖然在參與需求響應時其仍有負荷作用，但在準確定義上不應參與需求響應，而是作為電廠參與系統調度，其更多扮演的是需求響應資源的整合者角色。虛擬電廠在聚合分布式資源所呈現出電廠的外特性，實現對分布式資源的監測、管理和運行；并通過聚合、通信與控制構建出一個技術平臺，依托通信、控制技術調控分布式資源，通過電網拓撲實現資源聚合。對于需求響應過程中，虛擬電廠重要的是電網系統中提供產品或服務的電廠身份，其需與電廠一樣參與電力市場競爭和系統調度，在整體電網管理體系下與調度部門進行對接。
 

　　虛擬電廠的商業模式側重于整合可再生能源、傳統發電和儲能設備，通過精密的能源預測和實時監控實現能源的高效產、儲、用。對上參與電力市場，提供電能量或輔助服務，對下通過各種交易行為購買獲得下屬資源。作為市場主體，虛擬電廠積極參與電力市場，提供靈活的負荷調節和實時能源供應，靈活定價實現盈利，并通過提供能源管理和負荷調度等多元化服務為用戶提供智能、經濟和可持續的能源解決方案。商業模式可能涉及產業鏈上下游的合作與聯盟，共同構建協同效應，推動能源系統向著智能、靈活、可持續的方向發展。
 

　　(一)完善頂層設計
 

　　我國自2021年來鼓勵通過虛擬電廠挖掘需求側資源并組織其參與需求響應，不斷出臺虛擬電廠支持政策，明確將虛擬電廠作為一類并網主體和輔助服務市場參與主體。2023年9月，國家能源局公布《電力現貨市場基本規則(試行)》，指出電力現貨市場近期建設主要任務為推動虛擬電廠等新興主體參與交易。在政策推動下，可以預見未來虛擬電廠對市場交易的參與將進一步得到擴大。
 

　　各地方也做出積極響應，浙江、江蘇等地已開展虛擬電廠等第三方主體和用戶資源參與調峰輔助服務試點工作；華東、南方等五大區域也相繼公布《電力輔助服務管理實施細則》，明確虛擬電廠可作為提供電力輔助服務的主體；2022年6月，山西省發布首份省級虛擬電廠實施方案，將虛擬電廠分為“負荷類”虛擬電廠和“源網荷儲一體化”虛擬電廠，并對運行速率和響應時間等多項技術指標提出要求。但在頂層設計層面，虛擬電廠相關政策仍舊缺失，虛擬電廠專項政策、功能定位、相關標準規范與技術管理體系、市場準入和運行機制等方面仍有待進一步規范。
 

　　(二)明確權責邊界
 

　　目前，各地對虛擬電廠的市場準入門檻存在定義與邊界差異，大多數地區將虛擬電廠的應用主要集中在需求響應和輔助服務市場，只有部分地區開展了電力現貨市場的準入試點。這種差異性導致了虛擬電廠在市場中的定位和參與方式的不一致性。在現行法規體系下，電力系統和市場已經建立了相對成熟的法規制度和規范。然而，虛擬電廠作為新興參與者，在缺乏專門政策支持的情況下，面臨如何遵守法規制度和規范、有效參與市場交易的重要問題。這也意味著虛擬電廠的建設、運營、市場準入、參與方式、監管等方面存在一系列待解決的關鍵問題。其中，系統設計、成本分攤機制、盈利模式、交易機制等問題亟待深入研究和規范。這一系列未解決的問題，使得虛擬電廠在長期發展過程中面臨諸多困難。為推動虛擬電廠行業的健康發展，有必要在法規政策層面提供更明確的指導和規范，為虛擬電廠的規范化和市場化提供更為清晰的方向。
 

　　此外，目前虛擬電廠主要依賴政府機構或電力調度機構的邀請信號來加入市場，市場化交易機制的不足導致虛擬電廠缺乏明確的技術規范和權責規定，商業應用面臨較大挑戰。在現有市場體系下，電力系統和市場應該加強對虛擬電廠技術規范的明確，明確其在市場中的職責和權利，為其提供更為明確的發展方向和框架。這有助于提高虛擬電廠的規范性和市場化水平，為其在市場中更好地發揮作用提供有力支持。
 

　　(三)強化市場機制
 

　　目前，虛擬電廠的參與仍主要依賴政府機構或電力調度機構的邀請信號，缺乏明確的市場化交易機制，這使得虛擬電廠在技術規范和權責規定方面存在一定的模糊性，商業化應用面臨較大的困境。當前國內電力市場機制正在不斷改革，以適應新的能源形勢。然而，虛擬電廠的引入可能需要強化整體電力現貨市場機制，使其更好地適應市場需求，提高效益和靈活性。為了更好地支持虛擬電廠的運營，電力市場機制需要考慮到可再生能源的不穩定性和季節性。市場定價機制應該能夠反映不同時間和地點的電力需求和供應情況。此外，為了激勵虛擬電廠的發展，市場機制可能需要提供更多的激勵機制，以鼓勵對可再生能源的投資和集成。
 

　　在市場機制的設計上，政府和電力行業相關方需要共同努力，以確保市場機制的公平、透明和有效。這可能包括對市場規則的不斷優化和調整，以適應快速變化的能源格局。在市場機制的強化過程中，虛擬電廠需要重點解決建設、運營、市場準入、參與方式、監管等關鍵問題。在系統設計、成本分攤機制、盈利模式、交易機制等方面需要有更為清晰的規定。這也涉及到虛擬電廠如何更好地平衡與市場主體的利益，確保市場的公平和有效運作。
 

　　(四)重視網絡安全
 

　　虛擬電廠的核心之一在于通信，在通過分布式電源接入電網時，需要依靠信息通信和協調控制等技術采集、組織、分類和處理大量的能源數據和信息交換，包括實時能源產生和消耗數據、設備狀態信息等。在分散式電源終端接入后，將依靠電網中的大量信息，從而控制用電需求和發電輸出，這一過程涉及多交易主體的用戶敏感數據處理。如何保障用戶用電信息的隱私性，保證用戶負荷不被惡意干擾或盜取權限，將成為構建虛擬電廠信息安全防護體系的重中之重。此外，虛擬電廠由海量設備互聯而成，傳統電力設備和各種終端將通過數字技術并入一個復雜的大型系統中，過去有限聯網的關鍵設備可能被暴露在新的網絡風險之下，處于末端的設備也由于其較低的安全防護能力在網絡攻擊中格外脆弱。
 

　　為了解決這個問題，需要建立健全的數據安全和隱私保護框架。這可能涉及到制定相關的數據安全標準和協議，確保能源數據的傳輸和存儲過程中不受到未經授權的訪問和篡改。同時，制定嚴格的隱私保護法規，明確能源數據的所有權和使用權限，以保護用戶的隱私權益。在技術上，采用先進的加密技術和身份驗證機制是確保數據安全的重要手段。政府、企業和研究機構需要共同努力，制定并執行相關政策和措施，以確保虛擬電廠的能源數據安全和隱私得到有效的保護。
 

　　作者：
 

　　俞  越 中央財經大學綠色金融國際研究院研究員，長三角綠色價值投資研究院研究員
 

　　朱子慧 長三角綠色價值投資研究院研究助理
 

　　施懿宸 中財綠指 (北京) 信息咨詢有限公司首席經濟學家