撰文 | 李賢煥
編輯 | 董雨晴
【資料圖】
電力危機(jī)是如何爆發(fā)的？
即便是已經(jīng)進(jìn)入信息化時(shí)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(shù)十年來最冷天氣，依賴電力取暖的德州人把當(dāng)?shù)氐碾娏π枨罅坷搅藲v史最高位，但極端寒潮卻偏偏讓當(dāng)?shù)匕l(fā)電設(shè)施大幅減產(chǎn)。
供需兩端夾擊之下，當(dāng)?shù)厥袌龌鲗?dǎo)的電價(jià)一度上漲超過百倍，監(jiān)管機(jī)構(gòu)也出手對(duì)不同地方進(jìn)行大范圍輪流限電。
當(dāng)時(shí)華爾街日報(bào)發(fā)表了評(píng)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(duì)風(fēng)能和太陽能的依賴，讓電網(wǎng)正變得越來越不可靠，尤其是在寒潮之下風(fēng)能和太陽能提供的電力會(huì)大幅減少。
在世界上任何一個(gè)角落，電力需求都不會(huì)是恒定的，比如白天多夜間少，考慮到開空調(diào)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(yùn)行，保持頻率、電壓穩(wěn)定，在無法大量儲(chǔ)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(fēng)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(diǎn)上，火電是最靈活可控的，不管是燒煤還是天然氣，火電機(jī)組都能一定程度調(diào)整自身的發(fā)電量。
從2010年開始的十年時(shí)間里，德州風(fēng)力發(fā)電的份額增加了兩倍，占到當(dāng)?shù)厝粘０l(fā)電量約25%，而在最嚴(yán)重寒潮來襲的前一周，風(fēng)電占了當(dāng)?shù)匕l(fā)電量的42%，而寒潮當(dāng)中風(fēng)電大幅減產(chǎn)造成了“電災(zāi)”。
圖/視覺中國
雖然文章的矛頭指向了“減少化石能源使用”，認(rèn)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(zāi)難。
再生能源比例較低的時(shí)候，火電發(fā)力可以負(fù)責(zé)解決這種波動(dòng)和不確定性：風(fēng)光發(fā)電少了，火電就多發(fā)電。風(fēng)光發(fā)電多，火電就少發(fā)電。
不過，在“碳中和”目標(biāo)下，風(fēng)電和光電正在越來越多地進(jìn)入新一代電力系統(tǒng)，發(fā)電波動(dòng)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(dāng)負(fù)載接近極限，常見做法就是通過限電強(qiáng)行降低用電需求，防止電壓下降導(dǎo)致更嚴(yán)重的大面積停電甚至設(shè)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(yīng)“彈性電力”，成為其中最環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的方案。
共享經(jīng)濟(jì)范疇內(nèi)，Uber、Airbnb等公司的重點(diǎn)是在于對(duì)閑置資源剩余價(jià)值的再利用，提高資源的復(fù)用率。虛擬電廠也是通過信息化協(xié)調(diào)，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(chǔ)能、電動(dòng)汽車等多種可調(diào)節(jié)資源有機(jī)結(jié)合，通過通信技術(shù)與控制技術(shù)，對(duì)可調(diào)節(jié)資源進(jìn)行調(diào)控和優(yōu)化。
所謂虛擬，意味著不是一個(gè)真實(shí)的電廠，而是通過協(xié)調(diào)發(fā)電資源、調(diào)整部分用電需求實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)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(wǎng)此前曾測算過：火電廠如果要實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的“削峰填谷”（即降低負(fù)荷高峰、填補(bǔ)負(fù)荷低谷），滿足5％的峰值負(fù)荷，需投資4000億；但通過虛擬電廠，在建設(shè)、運(yùn)營、激勵(lì)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(lǐng)域。
最早入局的又是馬斯克，2015年時(shí)，特斯拉推出了家用儲(chǔ)能產(chǎn)品PowerWall——一個(gè)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?xì)馀c電力公司（PG&E）在加州合作開展虛擬電廠項(xiàng)目，將家庭儲(chǔ)能產(chǎn)品Powerwall的用戶網(wǎng)絡(luò)，變成一個(gè)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(chǔ)電系統(tǒng)，PG＆E將管理電力負(fù)荷的活動(dòng)，在用電低谷時(shí)可以統(tǒng)一減少用電量，在出現(xiàn)高電力需求時(shí)，則利用回收上來的多余電量供電。
這個(gè)虛擬的電網(wǎng)把用戶端充電樁、儲(chǔ)能和家用電器等電力負(fù)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(shè)備正常工作的情況下，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)供電平衡。
在特斯拉的官網(wǎng)可以看到，特斯拉啟動(dòng)的虛擬電廠業(yè)務(wù)對(duì)參與用戶的要求只有簡單的兩段：在用電前幾個(gè)小時(shí)，Powerwall用戶會(huì)收到通知，太陽能電池盡可能提前充電，充滿后才會(huì)為用戶供電，并將其余的電力輸出至電網(wǎng)。
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(jù)實(shí)際情況反向賣電，每向電網(wǎng)輸送1度電，可獲得2美元的獎(jiǎng)勵(lì)。
Powerwall官網(wǎng)截圖
截至8月18日，已有近2500名客戶正式參與該計(jì)劃。上千個(gè)私人太陽能電池可以向電網(wǎng)提供高達(dá)16.5兆瓦的太陽能電力，發(fā)電效果相當(dāng)于一個(gè)小型的發(fā)電廠。
而在這個(gè)過程中，特斯拉、電網(wǎng)以及用戶，三方都能獲益。電網(wǎng)穩(wěn)定性提升、虛擬電廠運(yùn)營方和用戶可以分得獎(jiǎng)勵(lì)，這也構(gòu)成了虛擬電廠最基礎(chǔ)的利益模型。
幾乎在同一時(shí)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(dòng)作，究竟為這個(gè)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(shí)空背景下，虛擬電廠的確成為了市場的關(guān)注焦點(diǎn)。
Wind數(shù)據(jù)顯示，虛擬電廠指數(shù)自4月27日至8月25日均呈現(xiàn)反彈趨勢，已經(jīng)由4509.29點(diǎn)上漲至6976.70點(diǎn)，漲幅高達(dá)54.72%。
同一時(shí)期，相關(guān)概念股如國電南瑞、國網(wǎng)信通、恒實(shí)科技、金智科技、國能日新和萬勝智能等股價(jià)表現(xiàn)活躍。
其中的政策背景也至關(guān)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(shí)踐。
比如今年3月發(fā)布的《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》就提出，要推動(dòng)儲(chǔ)能設(shè)施、虛擬電廠、用戶可中斷負(fù)荷等靈活性資源參與輔助服務(wù)，6 月以來北京、上海、山西等多地發(fā)布虛擬電廠相關(guān)政策，虛擬電廠迎來發(fā)展機(jī)遇。
在能源、電力領(lǐng)域，2022年1月，國家發(fā)改委、國家能源局發(fā)布《關(guān)于加快建設(shè)全國統(tǒng)一電力市場體系的指導(dǎo)意見》并指出，構(gòu)建適應(yīng)新型電力系統(tǒng)的市場機(jī)制，鼓勵(lì)抽水蓄能、儲(chǔ)能、虛擬電廠等調(diào)節(jié)電源的投資建設(shè)。2022年3月，國家發(fā)改委、國家能源局印發(fā)《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》的通知，要大力提升電力負(fù)荷彈性，開展工業(yè)可調(diào)節(jié)負(fù)荷、樓宇空調(diào)負(fù)荷、大數(shù)據(jù)中心負(fù)荷、用戶側(cè)儲(chǔ)能、新能源汽車與電網(wǎng)（V2G）能量互動(dòng)等各類資源聚合的虛擬電廠示范。
一時(shí)間，大量證券機(jī)構(gòu)關(guān)注虛擬電廠概念，券商研究員加班加點(diǎn)，趕出了一份又一份行業(yè)報(bào)告，虛擬電廠成為熱門話題。
一級(jí)市場的動(dòng)作也逐漸浮出水面。八月下旬，虛擬電廠運(yùn)營與技術(shù)提供商兆瓦云宣布完成數(shù)千萬元Pre-A輪融資，紅杉、招商局一起出現(xiàn)在投資方列表，也代表了一線基金已經(jīng)入場。
爆發(fā)中的千億市場
當(dāng)然，只有出現(xiàn)了成熟的商業(yè)化運(yùn)營模式，虛擬電廠才會(huì)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(yùn)營。近幾年，無論是在歐洲、澳大利亞還是北美，商業(yè)化運(yùn)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(yùn)營商N(yùn)ext-Kraftwerke已經(jīng)是一個(gè)范例。
目前Next-Kraftwerke在德國、比利時(shí)等歐洲國家運(yùn)營了超過1.3萬個(gè)分布式能源單元，接入發(fā)電裝機(jī)容量超過一萬兆瓦，以此為基礎(chǔ)Next-Kraftwerke2019年參與電力交易達(dá)到15.1TWh（即億千瓦時(shí)）。在被收購前，其2020 年?duì)I收 5.95 億歐元，這個(gè)數(shù)字已經(jīng)是目前德國最大的虛擬電廠運(yùn)營商。
Next-Kraftwerke虛擬電廠有三類收費(fèi)模式：
其一，向可再生能源發(fā)電企業(yè)提供服務(wù)，通過幫助發(fā)電商實(shí)時(shí)監(jiān)測發(fā)電情況，避免出現(xiàn)發(fā)電量預(yù)測不準(zhǔn)的情況，節(jié)省發(fā)電商的成本。
其二，向電網(wǎng)側(cè)提供短期柔性儲(chǔ)能服務(wù)，賺取發(fā)電的錢；同一個(gè)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(tái)參與電力現(xiàn)貨市場，獲得平均每度電0.274元的收益，成為我國首個(gè)電力現(xiàn)貨市場交易獲利案例。
其三，通過控制需求側(cè)的用電量來服務(wù)電網(wǎng)側(cè)，根據(jù)電網(wǎng)狀況調(diào)整用電側(cè)的需求，收取輔助費(fèi)用。
美國則在能源結(jié)構(gòu)上聚集了更多太陽能資源，成為應(yīng)對(duì)電力供應(yīng)緊張的主要措施，并逐漸演化為虛擬電廠計(jì)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(jìn)行合作，以在加州打造一個(gè)通過虛擬電廠就能實(shí)現(xiàn)的電網(wǎng)穩(wěn)定計(jì)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(jī)構(gòu)拉動(dòng)，以現(xiàn)有電力系統(tǒng)下屬公司或電網(wǎng)公司進(jìn)行，市場化參與剛剛開始。
不過國內(nèi)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(huì)預(yù)測，包含風(fēng)電、光電的新能源發(fā)電量在2030年占比將達(dá)到48%，發(fā)電端不穩(wěn)定性進(jìn)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(jìn)一步商業(yè)化打下基礎(chǔ)。
中國有望結(jié)合歐洲、美國兩種模式，探索出兼顧分布式電源、可控負(fù)荷以及儲(chǔ)能資源的模式。
虛擬電廠運(yùn)營與技術(shù)提供商兆瓦云此前接受36氪采訪時(shí)也測算表示，國內(nèi)2022年虛擬電廠的市場規(guī)模為百億體量，為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，虛擬電廠的市場到2030年的規(guī)模大概會(huì)達(dá)到千億元/年。
華西證券則預(yù)計(jì)2030年虛擬電廠的運(yùn)營市場規(guī)模將超過4500億元。
由于虛擬電廠的運(yùn)轉(zhuǎn)需要打通區(qū)域內(nèi)的分布式發(fā)電單元、主網(wǎng)、儲(chǔ)能設(shè)備等多元化的資源，發(fā)展的過程也是相關(guān)電力生態(tài)逐步完善的過程。
當(dāng)虛擬電廠成熟，帶動(dòng)的會(huì)是一個(gè)更智能的電力系統(tǒng)。除了風(fēng)光電占比進(jìn)一步提升點(diǎn)亮可持續(xù)的能源結(jié)構(gòu)，電力逐漸自由化也會(huì)促進(jìn)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(fēng)力發(fā)電機(jī)，都可以成為電力的生產(chǎn)者接入電網(wǎng)，構(gòu)建穩(wěn)定多元的電力網(wǎng)絡(luò)。
