國家能源局在2023年6月2日發布的《新型電力系統發展藍皮書》（以下簡稱《藍皮書》）中明確指出，「新型電力系統是新型能源體系的重要組成部分和實現『雙碳』目標的關鍵載體。」
2023年12月22日，山西省能源局發布的《關於山西電力現貨市場由試運行轉正式運行的通知》表示，按照國家發展改革委、國家能源局要求，經省政府同意，並報國家發展改革委、國家能源局備案，山西省電力現貨市場即日起轉入正式運行。
業內表示，作為我國首個正式運行的電力現貨市場，山西省這一成果，對於未來發展虛擬電廠及推動電力行業的市場化進程具有重要意義。
資料顯示，虛擬電廠不是電廠，而是一種創新的能源管理系統。虛擬電廠通過整合不同地域、不同類型的分布式資源，包括儲能設備、可調節負荷等，實現能源的高效管理和優化。
作為新型電力系統的重要組成部分，虛擬電廠一直備受關注。虛擬電廠主要能解決什麼問題？發展虛擬電廠有何意義？當前虛擬電廠的盈利模式是否行得通？圍繞這些問題，近日，時代財經專訪了上海交通大學長聘教授、博士生導師、電氣工程系學術委員會主席劉東。
上海交通大學電氣工程系學術委員會主席劉東 （圖源：受訪者供圖）
虛擬電廠的「虛與實」
時代財經：虛擬電廠興起的背景是什麼？擬解決什麼實際性問題？
劉東：我們正在目睹一個歷史性的轉變，那就是可再生能源占整個能源結構比例的上升。然而，這一轉變也帶來了一些挑戰，整個電力系統的波動性也隨之增大。傳統的主力電廠，尤其是燒煤電廠，其穩定的功率平衡調節能力在未來可能將無法再起到主導作用。
在這個背景下，虛擬電廠應運而生，充分利用分布式資源的聚合能力，使得其能夠在總體上表現出穩定的出力，從而參與電網的調節，滿足電力系統功率平衡的需求。
就功能而言，虛擬電廠技術能夠在一定程度上解決電力短缺問題。例如，在輔助服務市場中，當電網用電高峰期出現需求不足的情況時，可以通過虛擬電廠技術主動降低用戶用電需求，從而在短時間內保證電網平穩運行。而在能量市場中，虛擬電廠則參與售電行為。
時代財經：現階段我國虛擬電廠處於什麼樣的發展態勢？實際需求情況如何？
劉東：從宏觀角度來看，目前我國可再生能源在電力系統中的占比相較於其他國家仍有一定差距，滲透率相對較低。然而，我國已向全世界作出了2030年實現碳達峰、2060年實現碳中和的莊嚴承諾，這表明未來新能源占比將會有一個較快的增速。
從當前的狀況看，我國還沒有真正意義上規模化應用的虛擬電廠，各個省份正在試點中不斷進行技術探索。但我們應該注意到，國內在技術研發、標準化制定、技術產品及市場機制的試點工作上，一直在積極推進。
目前，我國的光伏和風電發電量已經位居世界前列，但發電仍以傳統能源形式占主導地位，可再生能源整體占比還未達到很高水平，當前電力系統調度交易平衡尚未面臨明顯的巨大壓力，但隨著2030年目標的臨近，虛擬電廠的需求將逐漸變得迫切。
值得注意的是，電力交易系統在部分省份已取得顯著突破，以山西省為例，其電力市場已由現貨市場的試運行階段轉入正式運營，其他省份亦可從中汲取寶貴經驗。
日後如果形成規模效應，電力市場的交易機制，特別是現貨市場交易機制，將會逐步展現其變革潛力。從時間上來看，這一天似乎還有些距離，然而，這一變革一旦到來，調度優化和交易營銷機制將發生重大變化。
虛擬電廠如何「算帳？」
時代財經：虛擬電廠的盈利模式是否能行得通？這筆帳是否「划得來」？
劉東：目前主要存在兩種形式的虛擬電廠：一是規模較大的源網荷儲協同，另一種是針對用戶需求側的負荷型資源調節。在負荷型虛擬電廠中，用戶可通過靈活錯峰，在高電價時段減少用電，將用電量轉移到低電價時段，以獲得經濟收益。
單個用戶的調節能力雖小，但聚合大量用戶可以產生大的影響力，這種方式能有效地平滑峰谷差並提高市場調度和交易的效率。
需要注意的是，在電力市場機制尚未健全的早期階段，虛擬電廠的盈利模式確實面臨很大的困難，很多項目甚至出現虧損。虛擬電廠若參與輔助服務市場，該市場的調節時間和調節量相對較小。這意味著，如果投入過大，可能無法獲得足夠的回報，甚至入不敷出。同時，出於電力安全約束的考量，各地區對輔助服務市場的放量持謹慎態度，這也在一定程度上限制了虛擬電廠的參與度。
要解決這一問題，未來的工作需要在機制上進行更深入的探索和推算。實際上，機制決定了虛擬電廠的盈利模式，也決定了其在市場中的參與度和調節空間。如果能夠完善電力市場的現貨交易機制，虛擬電廠便可通過市場交易獲得收益。
值得一提的是，聚合商在虛擬電廠的運行中起到關鍵作用。作為中間商，他們可以與最終用戶簽訂用電服務合同，尤其是對於用電量較大的工商業用戶，他們的參與對於電力負荷的調節具有更大的潛力。
而在市場中獲得收益的能力，則取決於各聚合商對市場的感知和決策能力。電價和電量的帳算對了，就會盈利，帳算錯了，就會虧損。
此外，居民的新能源汽車作為虛擬電廠的一種表現形態，也將成為一種具有巨大調節潛力的資源。
從技術層面講，新能源汽車如果具備了相應的調度和市場機制，便能夠在電網系統中發揮更大的作用。當車輛處於閒置狀態時，電池可以作為儲能設備向電網輸送電力，這種模式被稱為V2G（Vehicle to Grid）。在這種模式下，用戶可以根據電價波動進行充電和放電操作，以獲取更大的經濟收益。
目前，新能源汽車在電能計量和自身電量管理方面都具備了功率調節的雙向調節能力。然而，市場的實際運行機制才是關鍵所在。
市場機制為發展關鍵
時代財經：虛擬電廠能夠為電力系統帶來怎樣的賦能？有何意義？
劉東：虛擬電廠事關能源結構的轉型，尤其是當我們談論到「雙碳」政策，其中的含義和影響是不容忽視的。
未來隨著可再生能源比例的提高，整個社會的用電形態將發生重大變化。與此同時，用戶將不再是單純的消費者，而是同時具有生產和消費行為的產銷者。他們可能既從電網購買電力，同時也向電網出售電力。這種雙向互動的模式將帶來電網調度和電力市場交易的重大變革，同時也將對電力系統的營銷和計量收費產生深遠影響。
與傳統的證券市場或期貨市場相比，電力市場具有其獨特性。電力的供需關係需要實時調整和優化，以保持系統的穩定運行。這種特性決定了電力市場需要一套更加複雜和精細的市場機制。因此，未來的電力市場將面臨巨大的市場決策支持能力的挑戰。
為了應對這些挑戰，需要深入研究市場的動態變化，探索更加有效的交易策略和優化方法。同時，也需要加強與各參與主體的合作與溝通，共同推動市場的健康發展。
時代財經：市場機制的建立需要注意哪些問題？
劉東：市場機制的建立要與當地用電和發電的特性保持匹配。我國各地電力供求關係存在顯著差異，在經濟發展程度不同的地區，工業和商業用電負荷以及居民用電情況也有所不同。
在市場機制的建立上，必須充分考慮到各地的差異化特點，以建立公平、公正的市場交易機制。各地因地制宜的差異化發展以及用電特性是重要的考量因素。在電力調度和交易過程中，必須均衡各參與方的利益，確保市場規則的公平公正和利益均衡。
此外，虛擬電廠作為一種市場化行為更突出的技術形態，應充分利用市場規則參與調節。從國際經驗來看，放鬆管制和引入民營企業的市場空間巨大，應鼓勵社會資本參與其中，形成公平、公正的交易機制。
時代財經：真正的虛擬電廠何時落地？
劉東：這取決於全國性電力現貨市場機制的建立。
目前，虛擬電廠技術標準尚未完全確立，但相關的系列化的標準工作正在積極推進。未來，隨著技術標準的不斷完善，電力市場及現貨市場機制將逐步建立，為市場交易提供有力的保障。
當技術與市場相結合時，未來我國虛擬電廠的發展前景將更加明朗。正如之前所說，這將是我國電力工業翻天覆地的變化。