撰文 | 李賢煥
編輯 | 董雨晴
【資料圖】
電力危機是如何爆發(fā)的？
即便是已經進入信息化時代，用電難題卻依舊可以難倒很多人。
2021年2月，美國德州遭遇數十年來最冷天氣，依賴電力取暖的德州人把當地的電力需求量拉到了歷史最高位，但極端寒潮卻偏偏讓當地發(fā)電設施大幅減產。
供需兩端夾擊之下，當地市場化主導的電價一度上漲超過百倍，監(jiān)管機構也出手對不同地方進行大范圍輪流限電。
當時華爾街日報發(fā)表了評論文章“A Deep Green Freeze“，指出德州電荒彰顯出減少天然氣和煤炭是愚蠢行為。對風能和太陽能的依賴，讓電網正變得越來越不可靠，尤其是在寒潮之下風能和太陽能提供的電力會大幅減少。
在世界上任何一個角落，電力需求都不會是恒定的，比如白天多夜間少，考慮到開空調的情況，夏天多，冬天少。更精確地說，想要維持電力系統(tǒng)正常運行，保持頻率、電壓穩(wěn)定，在無法大量儲存電力的情況下，就是保持發(fā)電量跟隨用電需求，做到用多少就發(fā)多少。
但風與日照忽大忽小，不僅有季節(jié)變化，每天的變化都難以控制。在這點上，火電是最靈活可控的，不管是燒煤還是天然氣，火電機組都能一定程度調整自身的發(fā)電量。
從2010年開始的十年時間里，德州風力發(fā)電的份額增加了兩倍，占到當地日常發(fā)電量約25%，而在最嚴重寒潮來襲的前一周，風電占了當地發(fā)電量的42%，而寒潮當中風電大幅減產造成了“電災”。
圖/視覺中國
雖然文章的矛頭指向了“減少化石能源使用”，認為煤炭、天然氣的重要性需要被重視。但也顯示出，發(fā)電環(huán)節(jié)的不穩(wěn)定將帶來災難。
再生能源比例較低的時候，火電發(fā)力可以負責解決這種波動和不確定性：風光發(fā)電少了，火電就多發(fā)電。風光發(fā)電多，火電就少發(fā)電。
不過，在“碳中和”目標下，風電和光電正在越來越多地進入新一代電力系統(tǒng)，發(fā)電波動性問題日益凸顯。
還有需求端的挑戰(zhàn)。
發(fā)電環(huán)節(jié)不一定能滿足所有用電高峰期需求。當負載接近極限，常見做法就是通過限電強行降低用電需求，防止電壓下降導致更嚴重的大面積停電甚至設備損壞。
為了讓這種棘手的局面得到更好的解決，虛擬電廠供應“彈性電力”，成為其中最環(huán)保、經濟的方案。
共享經濟范疇內，Uber、Airbnb等公司的重點是在于對閑置資源剩余價值的再利用，提高資源的復用率。虛擬電廠也是通過信息化協(xié)調，將資源高效優(yōu)化利用。
在定義上，虛擬電廠是一套能源管理系統(tǒng)，把分布式電源、儲能、電動汽車等多種可調節(jié)資源有機結合，通過通信技術與控制技術，對可調節(jié)資源進行調控和優(yōu)化。
所謂虛擬，意味著不是一個真實的電廠，而是通過協(xié)調發(fā)電資源、調整部分用電需求實現電網的平衡。減少高峰期用電和增加電力彈性起到和電廠發(fā)電一致的效果。
國家電網此前曾測算過：火電廠如果要實現電力系統(tǒng)的“削峰填谷”（即降低負荷高峰、填補負荷低谷），滿足5％的峰值負荷，需投資4000億；但通過虛擬電廠，在建設、運營、激勵等環(huán)節(jié)的總投資僅需500-600億元——是前者的1/8。
虛擬電廠，熱度升溫
科技公司早就盯上了這一領域。
最早入局的又是馬斯克，2015年時，特斯拉推出了家用儲能產品PowerWall——一個可充電的家用電池系統(tǒng)。
今年7月，特斯拉宣布與太平洋燃氣與電力公司（PG&E）在加州合作開展虛擬電廠項目，將家庭儲能產品Powerwall的用戶網絡，變成一個龐大的“分布式發(fā)電廠”。
在屋頂上不斷接收太陽光的光伏板和Powerwall，組成了小型發(fā)電儲電系統(tǒng)，PG＆E將管理電力負荷的活動，在用電低谷時可以統(tǒng)一減少用電量，在出現高電力需求時，則利用回收上來的多余電量供電。
這個虛擬的電網把用戶端充電樁、儲能和家用電器等電力負荷納入控制，讓普通用戶也參與到電力市場，在不影響用電設備正常工作的情況下，實現精準供電平衡。
在特斯拉的官網可以看到，特斯拉啟動的虛擬電廠業(yè)務對參與用戶的要求只有簡單的兩段：在用電前幾個小時，Powerwall用戶會收到通知，太陽能電池盡可能提前充電，充滿后才會為用戶供電，并將其余的電力輸出至電網。
參與用戶全程不需要操作，自家的太陽能電池就完成了輸出過程。
加入虛擬電廠的Powerwall用戶可以根據實際情況反向賣電，每向電網輸送1度電，可獲得2美元的獎勵。
Powerwall官網截圖
截至8月18日，已有近2500名客戶正式參與該計劃。上千個私人太陽能電池可以向電網提供高達16.5兆瓦的太陽能電力，發(fā)電效果相當于一個小型的發(fā)電廠。
而在這個過程中，特斯拉、電網以及用戶，三方都能獲益。電網穩(wěn)定性提升、虛擬電廠運營方和用戶可以分得獎勵，這也構成了虛擬電廠最基礎的利益模型。
幾乎在同一時間，虛擬電廠概念在中國資本市場也掀起一陣熱潮。很難說清楚特斯拉圍繞虛擬電廠展開的動作，究竟為這個概念增加了多少熱度，但在全國新一輪用電供需平衡被打破的時空背景下，虛擬電廠的確成為了市場的關注焦點。
Wind數據顯示，虛擬電廠指數自4月27日至8月25日均呈現反彈趨勢，已經由4509.29點上漲至6976.70點，漲幅高達54.72%。
同一時期，相關概念股如國電南瑞、國網信通、恒實科技、金智科技、國能日新和萬勝智能等股價表現活躍。
其中的政策背景也至關重要，今年以來，虛擬電廠頻頻迎來政策加持，并在全國多省區(qū)展開實踐。
比如今年3月發(fā)布的《“十四五”現代能源體系規(guī)劃》就提出，要推動儲能設施、虛擬電廠、用戶可中斷負荷等靈活性資源參與輔助服務，6 月以來北京、上海、山西等多地發(fā)布虛擬電廠相關政策，虛擬電廠迎來發(fā)展機遇。
在能源、電力領域，2022年1月，國家發(fā)改委、國家能源局發(fā)布《關于加快建設全國統(tǒng)一電力市場體系的指導意見》并指出，構建適應新型電力系統(tǒng)的市場機制，鼓勵抽水蓄能、儲能、虛擬電廠等調節(jié)電源的投資建設。2022年3月，國家發(fā)改委、國家能源局印發(fā)《“十四五”現代能源體系規(guī)劃》的通知，要大力提升電力負荷彈性，開展工業(yè)可調節(jié)負荷、樓宇空調負荷、大數據中心負荷、用戶側儲能、新能源汽車與電網（V2G）能量互動等各類資源聚合的虛擬電廠示范。
一時間，大量證券機構關注虛擬電廠概念，券商研究員加班加點，趕出了一份又一份行業(yè)報告，虛擬電廠成為熱門話題。
一級市場的動作也逐漸浮出水面。八月下旬，虛擬電廠運營與技術提供商兆瓦云宣布完成數千萬元Pre-A輪融資，紅杉、招商局一起出現在投資方列表，也代表了一線基金已經入場。
爆發(fā)中的千億市場
當然，只有出現了成熟的商業(yè)化運營模式，虛擬電廠才會迎來真正的爆發(fā)期。
在2000年左右，虛擬電廠最早在歐洲開始萌芽，2010年左右開始探索商業(yè)化運營。近幾年，無論是在歐洲、澳大利亞還是北美，商業(yè)化運營開始逐漸鋪開。
其中，2021年被殼牌公司收購的德國虛擬電廠運營商Next-Kraftwerke已經是一個范例。
目前Next-Kraftwerke在德國、比利時等歐洲國家運營了超過1.3萬個分布式能源單元，接入發(fā)電裝機容量超過一萬兆瓦，以此為基礎Next-Kraftwerke2019年參與電力交易達到15.1TWh（即億千瓦時）。在被收購前，其2020 年營收 5.95 億歐元，這個數字已經是目前德國最大的虛擬電廠運營商。
Next-Kraftwerke虛擬電廠有三類收費模式：
其一，向可再生能源發(fā)電企業(yè)提供服務，通過幫助發(fā)電商實時監(jiān)測發(fā)電情況，避免出現發(fā)電量預測不準的情況，節(jié)省發(fā)電商的成本。
其二，向電網側提供短期柔性儲能服務，賺取發(fā)電的錢；同一個模式下，近期國電投深圳能源發(fā)展有限公司的虛擬電廠平臺參與電力現貨市場，獲得平均每度電0.274元的收益，成為我國首個電力現貨市場交易獲利案例。
其三，通過控制需求側的用電量來服務電網側，根據電網狀況調整用電側的需求，收取輔助費用。
美國則在能源結構上聚集了更多太陽能資源，成為應對電力供應緊張的主要措施，并逐漸演化為虛擬電廠計劃。以特斯拉與PG＆E合作為模版，PG＆E還跟福特、通用汽車、寶馬汽車的用戶進行合作，以在加州打造一個通過虛擬電廠就能實現的電網穩(wěn)定計劃。
圖/視覺中國
中國虛擬電廠發(fā)展尚處早期階段，主要由政府機構拉動，以現有電力系統(tǒng)下屬公司或電網公司進行，市場化參與剛剛開始。
不過國內龐大的電力系統(tǒng)保證了虛擬電廠發(fā)展前景。中國電力企業(yè)聯(lián)合會預測，包含風電、光電的新能源發(fā)電量在2030年占比將達到48%，發(fā)電端不穩(wěn)定性進一步提升。另一方面，全國統(tǒng)一電力市場的基本建成，為虛擬電廠進一步商業(yè)化打下基礎。
中國有望結合歐洲、美國兩種模式，探索出兼顧分布式電源、可控負荷以及儲能資源的模式。
虛擬電廠運營與技術提供商兆瓦云此前接受36氪采訪時也測算表示，國內2022年虛擬電廠的市場規(guī)模為百億體量，為實現“雙碳”目標，虛擬電廠的市場到2030年的規(guī)模大概會達到千億元/年。
華西證券則預計2030年虛擬電廠的運營市場規(guī)模將超過4500億元。
由于虛擬電廠的運轉需要打通區(qū)域內的分布式發(fā)電單元、主網、儲能設備等多元化的資源，發(fā)展的過程也是相關電力生態(tài)逐步完善的過程。
當虛擬電廠成熟，帶動的會是一個更智能的電力系統(tǒng)。除了風光電占比進一步提升點亮可持續(xù)的能源結構，電力逐漸自由化也會促進分布式發(fā)電發(fā)展，一般家庭里的太陽能電池板乃至小型風力發(fā)電機，都可以成為電力的生產者接入電網，構建穩(wěn)定多元的電力網絡。
