记者 汤一涛
编辑 高宇雷
19世纪末期，以电力为核心的二次工业革命，继续着工业化的步伐。在电气化的变革之中，传统的手工作坊逐渐消失，集中式的大型现代化工厂成为主流。
世界上的第一座火力发电厂就诞生于这一时期。霍尔本高架桥发电站（Holborn Viaduct power station）位于伦敦市中心，建造者就是白炽灯的发明者托马斯·爱迪生（Thomas Edison）。
霍尔本高架桥发电站｜图片来源：Wikipedia
这座发电厂起初点亮了968盏白炽灯，照亮了从霍尔本马戏团到圣·马丁大酒店的街道。后来，霍尔本高架桥发电站的发电规模扩大到了3000盏白炽灯，并开始为附近的私人住宅提供照明。
时至今日，我们依旧沿袭着这种发电模式——由一个中心发电厂出发，向周围辐射，输送电力。随着技术的迭代和用电规模的扩张，这种辐射范围越来越大，所以也就有了把西部省份的电力输送到东部沿海地区的“西电东送”工程。
只不过，一个新的趋势是，一种分布式的供电模式正在被越来越多人所讨论。这种模式在国际上叫“需求侧效应”或者“复合聚合商”；更为通俗的称呼，叫做“虚拟电厂”。
带火这个概念的是2022年史上最热的夏天。极端天气带来了全国多地区的电力短缺。据《财新》杂志的不完全统计，从8月15日算起到18日，共有21家上市公司发布公告称，因限电政策影响，公司或子公司将临时停产或部分减产。
跟气温同样火热的还有资本市场，在电力短缺的背景下，虚拟电厂似乎给出了一个极具潜力的解决方案。金融数据公司万得显示，自4月27日至8月24日，虚拟电厂指数由4509.29点上涨至年内高位的7524.94点，涨幅达66.88%。金智科技、北京科锐、恒实科技等相关概念股均有大幅上涨。
不过，随着气温的下降和限电措施的取消，虚拟电厂指数随后又开始下跌。截至9月1日，虚拟电厂指数报6253.64点，近7个交易日跌幅超16%。
这对一个概念先行、还尚不成熟的行业来说倒属正常。华西证券研报预测，到2030年，虚拟电厂的市场运营规模将超过4500亿元人民币。但眼下这个行业需要回答的问题是，该如何一步步构建这4500亿的规模。
一个分布式解决方案
一年之中的用电负荷并不总是均衡的。高温夏天是电负荷最高的季节，这是人们使用空调的高峰时段。冬天的电负荷波动则比较小，用电高峰集中在早晨和晚上。春秋两季的用电负荷则较低。
一天之中的用电负荷也有波动，夜晚人们入睡之后的用电量是最低的。尽管各地对用电波峰和谷峰的标准并不统一，但大致而言，电力行业一般将上午7点到晚上11点划为用电高峰，晚上11点至次日7点划为低谷时段。
冬、春、夏、秋4个季节美国平均用电情况｜图片来源：美国能源署
这种需求端的波动带来的就是对电力系统的挑战。电力网络并不总能满足高峰期的用电需求。当负载接近极限时，最常见的做法就是通过限电强行降低用电需求，防止电压下降导致更严重的大面积停电，甚至用电损坏。
波动在电力供应端也是一个问题。尽管稳定的化石燃料的发电量仍占据中国约80%的发电量，但在双碳背景下，清洁能源正在越来越多的进入电力生产的环节。
清洁能源是所谓“靠天吃饭”的能源类型。光伏依赖光照，风能依赖风力，水能依赖水力。这些强烈依靠自然环境的能源类型，其不稳定性，甚至比需求段更加剧烈。
此次四川的限电政策，正是供应端和需求端共同作用的结果。一方面，持续的高温增加了用电量。另一方面，四川作为中国第一水力发电大省，水力发电提供了超过80%的发电量。而今年四川省的降水相比往年降低了约40%，同时向四川输电的省份也出现了类似的高温天气。在外部输送没有增加，自身的发电量下降的情况下，同时用电需求也在增加。此消彼长之，就导致了限电。
就是在这种背景下，虚拟电厂进入了人们的讨论范围。在电力供需不匹配的情况下，通过一定的激励措施，让用户主动改变自己的用电方式和用电行为，参与供需调剂，从而减轻电力系统的压力。
虚拟电厂最初的概念由已故的西蒙·阿韦布赫 (Shimon Awerbuch)博士在1997年提出。他将之定义为“一种由独立的、市场驱动的实体组成的灵活聚合体，可以高效为消费者提供能源服务，而不必拥有相应的资产”。
更通俗一点说，虚拟电厂就是通过物联网、云计算等技术，将不同的用电方、储能放、分布式电源聚合起来，实现电力的弹性调整。即使是一户家庭、一辆电动汽车，也能成为虚拟电厂的一部分。
和共享经济类似，虚拟电厂也是通过信息化协调，将限制资源再利用。例如天气预报显示明天有高温，虚拟电厂预计用电将出现缺口，就会向用户发出邀约，将多余的电量填补缺口。
这也是“虚拟”概念的来由——并没有一个实体的电厂，而是众多分布式的“小型电站”汇聚成了一个发电量可观的“虚拟电厂”。
虚拟电厂运转原理｜图片来源：璞跃中国
在虚拟电厂这个概念爆火以前，科技公司早就已经开始布局，特斯拉就是其中的先行者。
2015年，特斯拉就推出了家用储能设备PowerWall。2022年7月，特斯拉又加入了太平洋燃气与电力公司（PG&E）的紧急减负荷计划（ELRP）。
特斯拉在多伦多的Powerwall｜图片来源：The Verge
PowerWall内置18650锂电池，有7千瓦时和10千瓦时两种配置。通过屋顶太阳能电池产生的电力，Powerwall可以储存100千瓦时以上的容量。
PowerWall屋顶太阳能系统｜图片来源：特斯拉
目前，特斯拉已经在加利福尼亚、澳大利亚和日本宫古岛建立了虚拟电厂，得克萨斯州的虚拟电厂也在建设中。在加利福尼亚，用户每向电网输送1度电，就可以获得2美元（约合13.8元人民币）的奖励。
截至2022年8月19日，已经有2500名PowerWall用户加入了ELRP计划，可以提供最高16.5兆瓦的电力。
图片来源：Twitter@PGE4Me
世界范围内，相比美国而言，欧洲的虚拟电厂已经进入了更为成熟的商业化阶段。欧洲的虚拟电厂最早可以追溯至2007年，到现在，已经是世界上虚拟电厂最集中的市场。
由于欧洲发电资源较为分散，早期欧洲虚拟电厂主要聚焦在电力供给侧，以聚合发电资源为主。从营收来看，一方面虚拟电厂可以帮助电厂降低发电成本，从中获得服务费分成；另一方面，虚拟电厂可以直接参与电力交易和辅助服务，从中获得分成。
德国的Next-Kraftwerke是欧洲最大的虚拟电厂运营商。截至2022年Q2，Next Kraftwerke已有14414个聚合单元，10836兆瓦联网装机容量。在被荷兰壳牌公司收购前，该公司2020年营收已经高达5.96亿欧元（约合41亿元人民币）。
Next-Kraftwerke发展史｜图片来源：Next-Kraftwerke
一个10年后的千亿市场
今年以来，中国关于虚拟电厂的政策也频频出台。
2022年1月，国家发改委、国家能源局发布《关于加快建设全国统一电力市场体系的指导意见》，指出“构建适应新型电力系统的市场机制，鼓励抽水蓄能、储能、虚拟电厂等调节电源的投资建设。”，3月又发布《“十四五”现代能源体系规划》，表示要推动储能设施、虚拟电厂、用户可中断负荷等灵活性资源参与电力辅助服务。
8月26日，国内首家虚拟电厂管理中心——深圳虚拟电厂管理中心举行揭牌仪式。据了解，预计到2025年，深圳将建成具备100万千瓦级可调节能力的虚拟电厂，逐步形成年度最大负荷5%左右的稳定调节能力。
根据华西证券研报显示，估算到2025年，虚拟电厂的投资建设市场规模将超过300亿元人民币，平均每年投资建设规模达到105-200亿元人民币；到2030年，市场规模将超过4500亿元人民币。
但随着气温的下降和限电措施的取消，市场对于虚拟电厂概念逐渐开始趋于理性。在刚刚过去的一周中，虚拟电厂指数已经开始开始下跌。截至9月1日，虚拟电厂指数报6253.64点，近7个交易日跌幅超16%。
目前而言，我国虚拟电厂仍处于早期的邀约型阶段，主要由政府部门牵头，各个聚合商参与，共同完成整个流程。但现下的虚拟电厂总体还处于试点示范阶段，缺乏统一的标准和更细化的政策。
而就技术而言，大部分虚拟电厂试点已经实现了初步的用户监测，但多数还没实现对优化调度和分布式能源的闭环控制。
最为关键的是，抛开概念不谈，虚拟电厂本质上就是电力市场化交易。在成熟的电力市场中，产业链的各个环节都有相对成熟的商业模式。但中国的电力行业属于寡头垄断行业，在负荷侧几乎没有成熟的服务商和市场环境。
也就是说，如何统筹各方利益，培育长期健康的市场环境，才是虚拟电厂最需要面对的问题。
