中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：虛擬電廠這個(gè)概念，最早源于1997年Shimon Awerbuch博士的著作《虛擬公共設(shè)施：新興產(chǎn)業(yè)的描述、技術(shù)及競(jìng)爭(zhēng)力》。書(shū)中認(rèn)為“虛擬公用事業(yè)（VU）是由市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的獨(dú)立實(shí)體間的靈活協(xié)作，提供消費(fèi)者所需的高效能源服務(wù)，而無(wú)需擁有相應(yīng)的資產(chǎn)”。這一定義道出了虛擬電廠的本質(zhì)屬性。
隨著風(fēng)電、光伏等間歇性可再生能源的大規(guī)模并網(wǎng)，特別是分布式光伏在配電網(wǎng)側(cè)的接入，以及類(lèi)似電動(dòng)汽車(chē)這樣的大功率隨機(jī)性負(fù)荷的普及，電網(wǎng)原有的規(guī)劃設(shè)計(jì)和運(yùn)行模式受到巨大的挑戰(zhàn)——當(dāng)源-荷兩端都出現(xiàn)較大的隨機(jī)性波動(dòng)，如何實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)平衡。
于是虛擬電廠受到了前所未有的重視，即挖掘負(fù)荷側(cè)的就地、就近平衡能力，并在此基礎(chǔ)上自下而上地構(gòu)建虛擬化的響應(yīng)能力，實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)的友好互動(dòng)。
技術(shù)邏輯是一方面，商業(yè)邏輯是另一方面。虛擬電廠最重要的組成部分是可調(diào)節(jié)負(fù)荷資源，這部分資源與用戶(hù)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)密切相關(guān)，如何管理好這些負(fù)荷、說(shuō)服用戶(hù)，需要完成商業(yè)價(jià)值閉環(huán)。哪怕是看上去最容易的分布式光伏售電，也面臨未來(lái)電價(jià)不確定導(dǎo)致收益率變化的風(fēng)險(xiǎn)，也需要在虛擬電廠這個(gè)更大的業(yè)務(wù)視野里，重新尋找自身的價(jià)值定位。本文著眼于虛擬電廠的價(jià)值實(shí)現(xiàn)和商業(yè)落地，分析虛擬電廠發(fā)展存在的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題與可能的實(shí)現(xiàn)路徑。
虛擬電廠的基本概念
虛擬電廠是負(fù)荷側(cè)電力資源的虛擬化與商品化。這里的電力資源，包含了負(fù)荷側(cè)所有可以被管理和調(diào)節(jié)的資源。（見(jiàn)圖1）
虛擬電廠的物理資源
荷類(lèi)資源主要有充電樁、電鍋爐、空調(diào)、照明等；源類(lèi)資源主要包括分布式光伏、分散式風(fēng)電、沼氣發(fā)電、天然氣三聯(lián)供發(fā)電、小型熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組、氫燃料電池系統(tǒng)等；儲(chǔ)類(lèi)資源主要包括電化學(xué)儲(chǔ)能、天然氣存儲(chǔ)裝置（與三聯(lián)供聯(lián)合）、儲(chǔ)氫裝置（與氫燃料電池聯(lián)合）、蓄熱蓄冷裝置（如冰蓄冷空調(diào)設(shè)備）等。
虛擬電廠的邏輯資源
上述物理資源，需要進(jìn)行聚集協(xié)調(diào)。這個(gè)聚集和協(xié)調(diào)，分為兩個(gè)層次。
一是物理層次，即在物理上進(jìn)行連接、管理和協(xié)調(diào)，把上述的源、儲(chǔ)、荷類(lèi)資源，通過(guò)負(fù)荷側(cè)的配電網(wǎng)絡(luò)（主要是園區(qū)-用戶(hù)配電系統(tǒng)）連接，構(gòu)成園區(qū)級(jí)的微電網(wǎng)荷、用戶(hù)級(jí)的微電網(wǎng)系統(tǒng)，形成“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”的物理連接。
二是信息-物理層次，即在信息層面上，對(duì)上述的“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”資源進(jìn)行一次抽象與二次抽象。
虛擬電廠的邏輯抽象
一次抽象指的是對(duì)物理微電網(wǎng)的抽象化，其抽象邊界還是與微電網(wǎng)重合。一次抽象是針對(duì)具體物理資源的，也是針對(duì)負(fù)荷側(cè)用戶(hù)的。
二次抽象是指在上述物理邊界抽象的基礎(chǔ)上，按照與電網(wǎng)互動(dòng)的特性，把分散在各個(gè)地理位置的“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”資源，重新抽象成為邏輯意義上的“虛擬電廠資源”，這種再抽象，就與物理實(shí)體、物理網(wǎng)絡(luò)邊界、地理位置無(wú)關(guān)了。二次抽象是以邏輯特性為目標(biāo)進(jìn)行歸集，是面對(duì)電網(wǎng)的。
只有經(jīng)過(guò)了雙重抽象，虛擬電廠才真正“虛擬”了。
虛擬電廠的商業(yè)模式
一次抽象和二次抽象，所形成的產(chǎn)品不同，針對(duì)的客戶(hù)對(duì)象不同，商業(yè)模式也不同，而虛擬電廠的商業(yè)邏輯核心，是實(shí)現(xiàn)一二次商業(yè)模式的協(xié)同、串聯(lián)。
二次側(cè)的服務(wù)產(chǎn)品
當(dāng)前業(yè)內(nèi)對(duì)于虛擬電廠的認(rèn)識(shí)，其實(shí)主要是二次側(cè)的服務(wù)產(chǎn)品，即物理的源網(wǎng)荷儲(chǔ)資源，通過(guò)兩次抽象，變成電網(wǎng)側(cè)的可調(diào)用服務(wù)。
這個(gè)服務(wù)從響應(yīng)的速度看，按照時(shí)間顆粒度，可以分毫秒級(jí)、秒級(jí)、分鐘級(jí)、小時(shí)級(jí)、天級(jí)、月級(jí)各個(gè)級(jí)別。
時(shí)間顆粒度越小，響應(yīng)速度越快，一般可持續(xù)的周期也較短，與電網(wǎng)調(diào)度的關(guān)系越緊密，分鐘級(jí)以下的可調(diào)度資源，可以以“直調(diào)資源”的方式參與輔助服務(wù)，這也是狹義的“虛擬電廠”。
從服務(wù)的買(mǎi)家看，電網(wǎng)無(wú)疑是虛擬電廠二次側(cè)產(chǎn)品的最大買(mǎi)家，主要以輔助服務(wù)產(chǎn)品采購(gòu)的方式，這依賴(lài)于輔助服務(wù)市場(chǎng)的成熟。
目前電網(wǎng)的調(diào)節(jié)服務(wù)更多以需求響應(yīng)補(bǔ)貼的方式采購(gòu)，這是一種半市場(chǎng)化的過(guò)渡模式，從中長(zhǎng)期來(lái)看，必然要被分時(shí)電價(jià)機(jī)制（電力現(xiàn)貨市場(chǎng)）或者輔助服務(wù)市場(chǎng)所取代。
除了電網(wǎng)以外，發(fā)電企業(yè)以“共享儲(chǔ)能”的方式也可以采購(gòu)某些虛擬電廠產(chǎn)品，乃至售電公司也可以采購(gòu)負(fù)荷側(cè)虛擬資源，實(shí)現(xiàn)電力交易的風(fēng)險(xiǎn)對(duì)沖（比如避免偏差損失）。
從未來(lái)來(lái)看，非電網(wǎng)的服務(wù)產(chǎn)品采購(gòu)也有較大發(fā)展空間，而且各類(lèi)虛擬電廠服務(wù)產(chǎn)品交易，呈現(xiàn)出“場(chǎng)外、就近（隔墻）、高頻、小額”的特點(diǎn)，是電力零售側(cè)業(yè)務(wù)的主要組成部分，但是在服務(wù)產(chǎn)品的交易主體、信用機(jī)制、交易物確權(quán)、交易確認(rèn)、交易自動(dòng)化、交易中介模式等方面，還需要進(jìn)一步探索，個(gè)人認(rèn)為基于區(qū)塊鏈的智能交易，將構(gòu)建虛擬電廠智能商業(yè)模式。
一次側(cè)的服務(wù)產(chǎn)品
一次側(cè)的服務(wù)產(chǎn)品，即面向終端電力用戶(hù)的綜合能源服務(wù)形態(tài)，是實(shí)現(xiàn)負(fù)荷側(cè)聚集、客戶(hù)黏性構(gòu)建、價(jià)值與商業(yè)邏輯閉環(huán)的關(guān)鍵。如果離開(kāi)了一次側(cè)的服務(wù)落地，二次側(cè)的虛擬電廠，是不具有商業(yè)可持續(xù)性的。
舉個(gè)例子，比如作為虛擬電廠二次側(cè)產(chǎn)品的最重要形態(tài)——需求響應(yīng)服務(wù)，雖然電網(wǎng)企業(yè)構(gòu)建了較大規(guī)模的負(fù)荷資源池，并且配置了相當(dāng)數(shù)量的自動(dòng)需求響應(yīng)（ADR）終端，在真需要進(jìn)行需求響應(yīng)時(shí)，卻存在“兩低”的現(xiàn)象，即：全部簽約客戶(hù)的總體參與率較低、單一客戶(hù)的參與意愿逐日降低。
從商業(yè)本質(zhì)上看，需求響應(yīng)或者虛擬電廠（二次側(cè)的可調(diào)度服務(wù)），并非電力用戶(hù)的真實(shí)需求，而是電網(wǎng)和其他主體的需求。
終端用戶(hù)的服務(wù)需求，即虛擬電廠一次側(cè)的需求，無(wú)非是三大場(chǎng)景：安全用電，即有電用，保障正常生產(chǎn)；經(jīng)濟(jì)用電，在有電用的前提下，降低總體電費(fèi)成本；綠色用電，實(shí)現(xiàn)零碳轉(zhuǎn)型。
而虛擬電廠的二次側(cè)價(jià)值，在一次側(cè)的用戶(hù)看來(lái)，是一種“間接”的需求，現(xiàn)有的虛擬電廠更強(qiáng)調(diào)技術(shù)特性，更強(qiáng)調(diào)電網(wǎng)的需求，而忽視了一次側(cè)的直接用戶(hù)價(jià)值，這種間接性和價(jià)值背離，導(dǎo)致了上述的“兩低”，這不是虛擬電廠技術(shù)能解決的問(wèn)題，而是商業(yè)邏輯問(wèn)題。
一二次側(cè)商業(yè)邏輯的貫通
所以，虛擬電廠能否真正落地，一方面取決于二次側(cè)的商業(yè)模式能否可持續(xù)，能否建立連續(xù)運(yùn)行的市場(chǎng)機(jī)制，而不是依靠少數(shù)缺電事件驅(qū)動(dòng)的補(bǔ)貼。另一方面，更重要的是，靠什么去匯聚資源，說(shuō)服客戶(hù)讓渡部分負(fù)荷資源。
這個(gè)說(shuō)服需要依賴(lài)于綜合能源，并且把二次側(cè)的收益打包到綜合能源的商業(yè)模式中，作為一種補(bǔ)充。對(duì)終端電力用戶(hù)而言，二次側(cè)收益始終是一種“錦上添花”的補(bǔ)充，用戶(hù)不可能不生產(chǎn)、不用電，把虛擬電廠作為主要業(yè)務(wù)收入。
所以如何貫通虛擬電廠的一二次，成為打通虛擬電廠商業(yè)模式的核心。
這個(gè)貫通是雙向的，一方面，從一次到二次，需要通過(guò)綜合能源中的能效服務(wù)、負(fù)荷管理、實(shí)現(xiàn)用戶(hù)側(cè)負(fù)荷的數(shù)字化、可管理化，解決虛擬電廠的數(shù)字化投入問(wèn)題，同時(shí)通過(guò)深入負(fù)荷末端，了解電力負(fù)荷特性與生產(chǎn)特性之間的有機(jī)聯(lián)系，解決“生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)”和“需求響應(yīng)”之間的天然矛盾，并且實(shí)現(xiàn)客戶(hù)信任，解決資源匯聚和資源管理問(wèn)題。
另一方面，從二次到一次，通過(guò)現(xiàn)貨價(jià)格信號(hào)傳遞、需求響應(yīng)指令傳遞，代理購(gòu)售電模式建立，實(shí)現(xiàn)資源在二次側(cè)變現(xiàn)以后，變現(xiàn)利益的“透?jìng)鳌眴?wèn)題，讓用戶(hù)通過(guò)代理價(jià)格的變化感受到經(jīng)濟(jì)性收益。
虛擬電廠落地面臨三道關(guān)
虛擬電廠在國(guó)內(nèi)的落地，需要經(jīng)過(guò)三道關(guān)。（見(jiàn)圖2）
第一道是技術(shù)關(guān)，即如何從原有的“自上而下”的構(gòu)建電力系統(tǒng)運(yùn)行管理體系，以電力自動(dòng)化和電力信息化技術(shù)實(shí)現(xiàn)源荷平衡，變?yōu)槿绾巍白韵露稀钡?，從用?hù)微電網(wǎng)、園區(qū)微電網(wǎng)、城市主動(dòng)配電網(wǎng)、大電網(wǎng)逐層平衡、分層自治的模式。在這個(gè)建構(gòu)模式變化下，形成“云邊端”的新型電力系統(tǒng)數(shù)字化架構(gòu)，適應(yīng)海量分布式資源的并網(wǎng)與協(xié)調(diào)問(wèn)題。
第二道是用戶(hù)關(guān)，即在一次側(cè)的產(chǎn)品服務(wù)方面，以綜合能源商業(yè)模式為基礎(chǔ)，解決電力系統(tǒng)“最后一公里”的運(yùn)營(yíng)管理，實(shí)現(xiàn)最末端分散式源儲(chǔ)荷的連接、抽象、管理、控制，并解決用戶(hù)信任和商業(yè)邏輯閉環(huán)問(wèn)題。
第三道是商業(yè)關(guān)，即構(gòu)建二次側(cè)的可持續(xù)商業(yè)模式，形成電力零售側(cè)“隔墻售電、就近平衡、虛擬池化”，以及虛擬電力資源參與電力批發(fā)側(cè)互動(dòng)的多層次市場(chǎng)化模式，解決目前依靠需求響應(yīng)補(bǔ)貼的機(jī)制束縛問(wèn)題。
隨著電力行業(yè)低碳化工作的深入，越來(lái)越需要構(gòu)建新型電力系統(tǒng)，而虛擬電廠由于其“經(jīng)濟(jì)、就近”的天然優(yōu)勢(shì)，結(jié)合數(shù)字化技術(shù)的創(chuàng)新，將會(huì)發(fā)揮更為重要的作用。
本文刊載于《中國(guó)電力企業(yè)管理》2022年10期，作者系杭州數(shù)元電力科技有限公司董事長(zhǎng)
