电力向绿升级 用电向智转型

沪、浙超大规模虚拟电厂示范工程已进入关键攻坚阶段

二十大以来，“加快构建新型能源体系”成为电力能源转型的重要抓手。“双碳”目标下的新型电力系统建设机遇与挑战并存：一方面，电源侧的新能源渗透率不断提高，提供清洁电力的同时带来较大波动性；另一方面，负荷侧的新型电力负荷（电动汽车等）占比显著提升，实现灵活用能的同时带来较大随机性。这使得新型电力系统的灵活性缺口持续加剧、灵活性充裕度面临巨大挑战，灵活资源的挖掘和利用成为关键举措之一。

“轻资产电厂”提供“虚拟发电容量”

所谓虚拟电厂，顾名思义，即一种非实体存在的电厂形式。它不建厂房、不烧煤、不烧气，也无须对电网进行改造，而是通过先进的物联网、5G通信和大数据技术等互联网技术，把工厂、商场甚至居民家的各类分散、可调节的电源、负荷、储能汇聚起来，进行统一管理和调度，为电网提供电能和辅助服务。同时，可通过搭建互联网平台，允许不同灵活资源的聚合商在该平台上实现电力服务的代理和交易。在虚拟电厂聚合下，企业、居民等用户均可融合进灵活商业模式，灵活性更高、可靠性更强。它就好比“看不见的电厂”，可以参与电力平衡，提升电力资源利用效率，达到节能减碳的效果。

康重庆教授（图居中）实地考察浙江虚拟电厂示范工程的资源配置情况

比如，在电力供应紧张时段，虚拟电厂可直接调度海量分散的充电桩、空调、储能等用电资源，通过信息网络技术，将分布在不同地域和电网区域的资源进行聚合，摆脱地理空间、电网拓扑约束，能够提升电网平衡调节能力、促进新能源消纳，具有显著的低碳特征。具体以商务楼中配备的大量空调机组为例，在夏季用电高峰时段，通过预先安装的智能终端实现分钟级远程柔性可调节负荷需求响应，将中央空调的温度上调2-3℃，便可让日均用电量减少近20%，从而减轻电网的负担，同时商场用户也不会因为微小的温度上升而感到不适。

而在大工业领域，虚拟电厂可以利用电能在线监测、分钟级负荷监控、控制终端部署、大数据挖掘以及模型算法设计等多项电力信息化能力，与企业一同优化用能管理，提高可再生能源消纳，降低碳排放，为企业创造增量价值。比如，在用电量较大的工厂，夏季时天气较热，白天机器长时间运作很容易发烫。在不新增设备的情况下，操作人员会通过虚拟电厂数据显示，将企业生产腾挪到用电平段时间或夜间；或者通过增加储能设备，在谷段、平段时间充电，在峰段时间放电以用于空调、生产，这样既保障了电力消纳，同时在这样的环境下工作，工人的工作体验感更舒适，企业也能够降低用电成本。

随着能源转型的深入，大规模的风电、光伏等波动性电源及呈爆发性增长趋势，同时随着我国新能源汽车产业日新月异，海量电动汽车正在或正要接入电网，给电力系统的安全稳定运行造成了巨大的冲击。由此，给电力系统提供调频、调峰等辅助服务的市场需求将大幅增加。而虚拟电厂作为“能源+互联网”的典型技术组态，在提升电网平衡调节能力、促进高比例新能源消纳、保障电力供应安全等方面具有绝对的优势，现正成为新型电力系统建设的重要内容和关键举措。例如，湖北电力公司通过建立“双十一”充电红包活动，激励电动汽车用户在夜间新能源出力高峰时段协同消纳，既确保了电网运行可靠性、提高了新能源消纳水平，也同时为电力用户释放了市场改革红利。

能源转型 “虚拟”成真

习近平总书记在“七一”重要讲话中强调：“加快推动构建以新能源为主体的新型电力系统，为全面建设社会主义现代化国家提供清洁低碳、安全高效的电力保障。”

自2019年起，能源局等部门频繁出台各项政策文件，从资源基础、技术支撑到市场模式等多方面对加快虚拟电厂发展予以大力支撑，虚拟电厂开始在各省市试点落地。2022年，国家发改委正式发布《“十四五”现代能源体系规划》，重点提出推动储能设施、虚拟电厂等发展，投资规模超千亿。

“十四五”期间，响应国家政策，我国江苏、浙江、上海、河北、广东等地相继开展了电力需求响应和虚拟电厂试点。在这之中，浙江和上海作为国家科技部“储能与智能电网技术”国家重点研发计划专项中“规模化灵活资源虚拟电厂聚合互动调控关键技术”的两大示范基地，开展可聚合百万量级终端设备的大规模虚拟电厂示范建设和市场化运营。

其中，清华大学电机系康重庆教授作为该项目的负责人，发挥“虚拟电厂国家队”的领军作用。康重庆教授所在的清华大学电机系智慧能源课题组承担了一系列重大任务，现已进入关键攻坚阶段。目前，该项目已在清华大学、中国电力科学研究院有限公司等十家单位的协同攻坚下，完成虚拟电厂边缘聚合控制终端、边缘聚合通信控制模组、边缘决策定制化芯片等核心装置的研发和检测，建设了涵盖动态性能量化分析评估系统、通信调度与安全监控系统、分布式可信交易系统、云边系统调控系统等虚拟电厂运营支撑体系。其中，依托康重庆教授团队信息-物理耦合下虚拟电厂调频理论的研究成果，完成了虚拟电厂示范工程的调频能力实证等里程碑成果。示范工程规模不断扩大，市场运营机制稳步推进，将为我国虚拟电厂的安全运行与市场运营提供基础理论、关键技术和核心装备支撑。

清华大学电机系陈启鑫教授接受中央电视台关于虚拟电厂的节目访问

多年来，清华大学电机系深耕电气工程领域核心科技问题，致力于电力能源领域的技术攻关和科技创新。作为国家能源电力领域的重要智库支撑单位，清华大学电机系深度参与了国家能源重大战略制定、政策咨询与文件修编工作，在电力体制改革、能源发展规划、新型电力系统构建、能源互联网业态培育等方面承担了一系列重大课题，积极建言献策。电机系智慧能源课题组在虚拟电厂领域已经开展了广泛的研究与实践工作，参编多项虚拟电厂国际、国内技术标准。研究成果支撑了2022年北京冬奥“100%绿电供应”的虚拟电厂示范工程；设计了广东、山西、华北等省区虚拟电厂参与电力市场的交易方案（均为国内首批）；研发了首台套虚拟电厂运营仿真系统以及面向新型数字资产的边缘决策定制化芯片，为广东、浙江、冀北、山西、江西、湖北等地区的虚拟电厂示范工程建设提供了重要的技术支撑。

康重庆教授在上海进行虚拟电厂国家重点研发计划的中期检查汇报

作为电网的“智能管家”，虚拟电厂将分散式电源和负荷化零为整，既可以作为“正电厂”向电力系统供电，也可以作为“负电厂”消纳系统的电力，起到灵活的削峰填谷作用，助力电网系统保持实时平衡。可以说，在“双碳”目标下，虚拟电厂对提升电网安全保障水平、推动能源绿色低碳转型具有极为重要的意义。特别近年来，川渝、东北等地区因气候资源带来的发电容量不足等问题，引发社会高度关注。随着2030年目标的临近，虚拟电厂的需求将逐渐变得迫切，以可再生能源为代表的新型电力系统，也将加速替代以煤炭为代表的传统电力系统。在这过程中，虚拟电厂作为传统发电机组的“辅备军”，将调动一切手段，组织好分布式资源，打好安全保供的“游击战”。此外，作为智慧城市的重要组成部分，虚拟电厂的物联基础设施也将筑牢智慧城市的数据底座，为新型数字资产提供良好基础，助力社会能源治理建设。（文/白小果）