01
电力危机是如何爆发的？
即便是已经进入信息化时代，用电难题却依旧可以难倒很多人。
2021年2月，美国德州遭遇数十年来最冷天气，依赖电力取暖的德州人把当地的电力需求量拉到了历史最高位，但极端寒潮却偏偏让当地发电设施大幅减产。
供需两端夹击之下，当地市场化主导的电价一度上涨超过百倍，监管机构也出手对不同地方进行大范围轮流限电。
当时华尔街日报发表了评论文章“A Deep Green Freeze“，指出德州电荒彰显出减少天然气和煤炭是愚蠢行为。对风能和太阳能的依赖，让电网正变得越来越不可靠，尤其是在寒潮之下风能和太阳能提供的电力会大幅减少。
在世界上任何一个角落，电力需求都不会是恒定的，比如白天多夜间少，考虑到开空调的情况，夏天多，冬天少。更精确地说，想要维持电力系统正常运行，保持频率、电压稳定，在无法大量储存电力的情况下，就是保持发电量跟随用电需求，做到用多少就发多少。
但风与日照忽大忽小，不仅有季节变化，每天的变化都难以控制。在这点上，火电是最灵活可控的，不管是烧煤还是天然气，火电机组都能一定程度调整自身的发电量。
从2010年开始的十年时间里，德州风力发电的份额增加了两倍，占到当地日常发电量约25%，而在最严重寒潮来袭的前一周，风电占了当地发电量的42%，而寒潮当中风电大幅减产造成了“电灾”。
摄影：黄庆军
虽然文章的矛头指向了“减少化石能源使用”，认为煤炭、天然气的重要性需要被重视。但也显示出，发电环节的不稳定将带来灾难。
再生能源比例较低的时候，火电发力可以负责解决这种波动和不确定性：风光发电少了，火电就多发电。风光发电多，火电就少发电。
不过，在“碳中和”目标下，风电和光电正在越来越多地进入新一代电力系统，发电波动性问题日益凸显。
还有需求端的挑战。
发电环节不一定能满足所有用电高峰期需求。当负载接近极限，常见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设备损坏。
为了让这种棘手的局面得到更好的解决，虚拟电厂供应“弹性电力”，成为其中最环保、经济的方案。
共享经济范畴内，Uber、Airbnb等公司的重点是在于对闲置资源剩余价值的再利用，提高资源的复用率。虚拟电厂也是通过信息化协调，将资源高效优化利用。
在定义上，虚拟电厂是一套能源管理系统，把分布式电源、储能、电动汽车等多种可调节资源有机结合，通过通信技术与控制技术，对可调节资源进行调控和优化。
所谓虚拟，意味着不是一个真实的电厂，而是通过协调发电资源、调整部分用电需求实现电网的平衡。减少高峰期用电和增加电力弹性起到和电厂发电一致的效果。
国家电网此前曾测算过：火电厂如果要实现电力系统的“削峰填谷”（即降低负荷高峰、填补负荷低谷），满足5％的峰值负荷，需投资4000亿；但通过虚拟电厂，在建设、运营、激励等环节的总投资仅需500亿-600亿元——是前者的1/8。
02
虚拟电厂，热度升温
科技公司早就盯上了这一领域。
最早入局的又是马斯克，2015年时，特斯拉推出了家用储能产品PowerWall——一个可充电的家用电池系统。
今年7月，特斯拉宣布与太平洋燃气与电力公司（PG&E）在加州合作开展虚拟电厂项目，将家庭储能产品Powerwall的用户网络，变成一个庞大的“分布式发电厂”。
在屋顶上不断接收太阳光的光伏板和Powerwall，组成了小型发电储电系统，PG＆E将管理电力负荷的活动，在用电低谷时可以统一减少用电量，在出现高电力需求时，则利用回收上来的多余电量供电。
这个虚拟的电网把用户端充电桩、储能和家用电器等电力负荷纳入控制，让普通用户也参与到电力市场，在不影响用电设备正常工作的情况下，实现精准供电平衡。
在特斯拉的官网可以看到，特斯拉启动的虚拟电厂业务对参与用户的要求只有简单的两段：在用电前几个小时，Powerwall用户会收到通知，太阳能电池尽可能提前充电，充满后才会为用户供电，并将其余的电力输出至电网。
参与用户全程不需要操作，自家的太阳能电池就完成了输出过程。
加入虚拟电厂的Powerwall用户可以根据实际情况反向卖电，每向电网输送1度电，可获得2美元的奖励。
来源：Powerwall官网截图
截至8月18日，已有近2500名客户正式参与该计划。上千个私人太阳能电池可以向电网提供高达16.5兆瓦的太阳能电力，发电效果相当于一个小型的发电厂。
而在这个过程中，特斯拉、电网以及用户，三方都能获益。电网稳定性提升、虚拟电厂运营方和用户可以分得奖励，这也构成了虚拟电厂最基础的利益模型。
几乎在同一时间，虚拟电厂概念在中国资本市场也掀起一阵热潮。很难说清楚特斯拉围绕虚拟电厂展开的动作，究竟为这个概念增加了多少热度，但在全国新一轮用电供需平衡被打破的时空背景下，虚拟电厂的确成为了市场的关注焦点。
Wind数据显示，虚拟电厂指数自4月27日至8月25日均呈现反弹趋势，已经由4509.29点上涨至6976.70点，涨幅高达54.72%。
同一时期，相关概念股如国电南瑞、国网信通、恒实科技、金智科技、国能日新和万胜智能等股价表现活跃。
其中的政策背景也至关重要，今年以来，虚拟电厂频频迎来政策加持，并在全国多省区展开实践。
比如今年3月发布的《“十四五”现代能源体系规划》就提出，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辅助服务，6月以来北京、上海、山西等多地发布虚拟电厂相关政策，虚拟电厂迎来发展机遇。
在能源、电力领域，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》并指出，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。2022年3月，国家发改委、国家能源局印发《“十四五”现代能源体系规划》的通知，要大力提升电力负荷弹性，开展工业可调节负荷、楼宇空调负荷、大数据中心负荷、用户侧储能、新能源汽车与电网（V2G）能量互动等各类资源聚合的虚拟电厂示范。
一时间，大量证券机构关注虚拟电厂概念，券商研究员加班加点，赶出了一份又一份行业报告，虚拟电厂成为热门话题。
一级市场的动作也逐渐浮出水面。八月下旬，虚拟电厂运营与技术提供商兆瓦云宣布完成数千万元Pre-A轮融资，红杉、招商局一起出现在投资方列表，也代表了一线基金已经入场。
03
爆发中的千亿市场
当然，只有出现了成熟的商业化运营模式，虚拟电厂才会迎来真正的爆发期。
在2000年左右，虚拟电厂最早在欧洲开始萌芽，2010年左右开始探索商业化运营。近几年，无论是在欧洲、澳大利亚还是北美，商业化运营开始逐渐铺开。
其中，2021年被壳牌公司收购的德国虚拟电厂运营商Next-Kraftwerke已经是一个范例。
目前Next-Kraftwerke在德国、比利时等欧洲国家运营了超过1.3万个分布式能源单元，接入发电装机容量超过一万兆瓦，以此为基础Next-Kraftwerke2019年参与电力交易达到15.1TWh（即亿千瓦时）。在被收购前，其2020年营收5.95亿欧元，这个数字已经是目前德国最大的虚拟电厂运营商。
Next-Kraftwerke虚拟电厂有三类收费模式：
其一，向可再生能源发电企业提供服务，通过帮助发电商实时监测发电情况，避免出现发电量预测不准的情况，节省发电商的成本。
其二，向电网侧提供短期柔性储能服务，赚取发电的钱；同一个模式下，近期国电投深圳能源发展有限公司的虚拟电厂平台参与电力现货市场，获得平均每度电0.274元的收益，成为我国首个电力现货市场交易获利案例。
其三，通过控制需求侧的用电量来服务电网侧，根据电网状况调整用电侧的需求，收取辅助费用。
美国则在能源结构上聚集了更多太阳能资源，成为应对电力供应紧张的主要措施，并逐渐演化为虚拟电厂计划。以特斯拉与PG＆E合作为模版，PG＆E还跟福特、通用汽车、宝马汽车的用户进行合作，以在加州打造一个通过虚拟电厂就能实现的电网稳定计划。
来源：视觉中国
中国虚拟电厂发展尚处早期阶段，主要由政府机构拉动，以现有电力系统下属公司或电网公司进行，市场化参与刚刚开始。
不过国内庞大的电力系统保证了虚拟电厂发展前景。中国电力企业联合会预测，包含风电、光电的新能源发电量在2030年占比将达到48%，发电端不稳定性进一步提升。另一方面，全国统一电力市场的基本建成，为虚拟电厂进一步商业化打下基础。
中国有望结合欧洲、美国两种模式，探索出兼顾分布式电源、可控负荷以及储能资源的模式。
虚拟电厂运营与技术提供商兆瓦云此前接受36氪采访时也测算表示，国内2022年虚拟电厂的市场规模为百亿体量，为实现“双碳”目标，虚拟电厂的市场到2030年的规模大概会达到千亿元/年。
华西证券则预计2030年虚拟电厂的运营市场规模将超过4500亿元。
由于虚拟电厂的运转需要打通区域内的分布式发电单元、主网、储能设备等多元化的资源，发展的过程也是相关电力生态逐步完善的过程。
当虚拟电厂成熟，带动的会是一个更智能的电力系统。除了风光电占比进一步提升点亮可持续的能源结构，电力逐渐自由化也会促进分布式发电发展，一般家庭里的太阳能电池板乃至小型风力发电机，都可以成为电力的生产者接入电网，构建稳定多元的电力网络。
