撰文 | 李賢煥
編輯 | 董雨晴
電力危機是如何爆發的?
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，監管機構也出手對不同地方進行大範圍輪流限電。
當時華爾街日報發表了評論文章“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，電力需求都不會是恆定的，比如白天多夜間少，考慮到開空調的情況，夏天多，冬天少。更精確地説，想要維持電力系統正常運行，保持頻率、電壓穩定，在無法大量儲存電力的情況下，就是保持發電量跟隨用電需求，做到用多少就發多少。
但風與日照忽大忽小，不僅有季節變化，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電量。
從2010年開始的十年時間裏，德州風力發電的份額增加了兩倍，佔到當地日常發電量約25%，而在最嚴重寒潮來襲的前一週，風電佔了當地發電量的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，發電環節的不穩定將帶來災難。
再生能源比例較低的時候，火電發力可以負責解決這種波動和不確定性:風光發電少了，火電就多發電。風光發電多，火電就少發電。
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，發電波動性問題日益凸顯。
還有需求端的挑戰。
發電環節不一定能滿足所有用電高峯期需求。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”，成為其中最環保、經濟的方案。
共享經濟範疇內，Uber、Airbnb等公司的重點是在於對閒置資源剩餘價值的再利用，提高資源的複用率。虛擬電廠也是通過信息化協調，將資源高效優化利用。
在定義上，虛擬電廠是一套能源管理系統，把分佈式電源、儲能、電動汽車等多種可調節資源有機結合，通過通信技術與控制技術，對可調節資源進行調控和優化。
所謂虛擬，意味着不是一個真實的電廠，而是通過協調發電資源、調整部分用電需求實現電網的平衡。減少高峯期用電和增加電力彈性起到和電廠發電一致的效果。
國家電網此前曾測算過:火電廠如果要實現電力系統的“削峯填谷”(即降低負荷高峯、填補負荷低谷)，滿足5%的峯值負荷，需投資4000億;但通過虛擬電廠，在建設、運營、激勵等環節的總投資僅需500-600億元--是前者的1/8。
虛擬電廠，熱度升温
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。
今年7月，特斯拉宣佈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的用户網絡，變成一個龐大的“分佈式發電廠”。
在屋頂上不斷接收太陽光的光伏板和Powerwall，組成了小型發電儲電系統，PGE將管理電力負荷的活動，在用電低谷時可以統一減少用電量，在出現高電力需求時，則利用回收上來的多餘電量供電。
這個虛擬的電網把用户端充電樁、儲能和家用電器等電力負荷納入控制，讓普通用户也參與到電力市場，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，特斯拉啓動的虛擬電廠業務對參與用户的要求只有簡單的兩段:在用電前幾個小時，Powerwall用户會收到通知，太陽能電池儘可能提前充電，充滿後才會為用户供電，並將其餘的電力輸出至電網。
參與用户全程不需要操作，自家的太陽能電池就完成了輸出過程。
加入虛擬電廠的Powerwall用户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名客户正式參與該計劃。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，發電效果相當於一個小型的發電廠。
而在這個過程中，特斯拉、電網以及用户，三方都能獲益。電網穩定性提升、虛擬電廠運營方和用户可以分得獎勵，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。很難説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、恆實科技、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，並在全國多省區展開實踐。
比如今年3月發佈的《“十四五”現代能源體系規劃》就提出，要推動儲能設施、虛擬電廠、用户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、山西等多地發佈虛擬電廠相關政策，虛擬電廠迎來發展機遇。
在能源、電力領域，2022年1月，國家發改委、國家能源局發佈《關於加快建設全國統一電力市場體系的指導意見》並指出，構建適應新型電力系統的市場機制，鼓勵抽水蓄能、儲能、虛擬電廠等調節電源的投資建設。2022年3月，國家發改委、國家能源局印發《“十四五”現代能源體系規劃》的通知，要大力提升電力負荷彈性，開展工業可調節負荷、樓宇空調負荷、大數據中心負荷、用户側儲能、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範。
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雲宣佈完成數千萬元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。
爆發中的千億市場
當然，只有出現了成熟的商業化運營模式，虛擬電廠才會迎來真正的爆發期。
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化運營。近幾年，無論是在歐洲、澳大利亞還是北美，商業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已經是一個範例。
目前Next-Kraftwerke在德國、比利時等歐洲國家運營了超過1.3萬個分佈式能源單元，接入發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，向可再生能源發電企業提供服務，通過幫助發電商實時監測發電情況，避免出現發電量預測不準的情況，節省發電商的成本。
其二，向電網側提供短期柔性儲能服務，賺取發電的錢;同一個模式下，近期國電投深圳能源發展有限公司的虛擬電廠平台參與電力現貨市場，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，並逐漸演化為虛擬電廠計劃。以特斯拉與PGE合作為模版，PGE還跟福特、通用汽車、寶馬汽車的用户進行合作，以在加州打造一個通過虛擬電廠就能實現的電網穩定計劃。
圖/視覺中國
中國虛擬電廠發展尚處早期階段，主要由政府機構拉動，以現有電力系統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保證了虛擬電廠發展前景。中國電力企業聯合會預測，包含風電、光電的新能源發電量在2030年佔比將達到48%，發電端不穩定性進一步提升。另一方面，全國統一電力市場的基本建成，為虛擬電廠進一步商業化打下基礎。
中國有望結合歐洲、美國兩種模式，探索出兼顧分佈式電源、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雲此前接受36氪採訪時也測算表示，國內2022年虛擬電廠的市場規模為百億體量，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模將超過4500億元。
由於虛擬電廠的運轉需要打通區域內的分佈式發電單元、主網、儲能設備等多元化的資源，發展的過程也是相關電力生態逐步完善的過程。
當虛擬電廠成熟，帶動的會是一個更智能的電力系統。除了風光電佔比進一步提升點亮可持續的能源結構，電力逐漸自由化也會促進分佈式發電發展，一般家庭裏的太陽能電池板乃至小型風力發電機，都可以成為電力的生產者接入電網，構建穩定多元的電力網絡。