什么是虚拟电厂?虚拟电厂的发展前景

虚拟电厂,突然火了起来。

在过去的一段时间里,虚拟电厂概念被疯狂热议,相关股票如国电南瑞、国网信通、炬华科技、北京科瑞等股价表现活跃,甚至不少都频频涨停。

投资者关系互动平台上,越来越多的上市公司明确表示不同程度地布局了虚拟电厂领域。

与“电”息息相关的新能源汽车圈也不例外。

今年7月,特斯拉与太平洋天然气与电力公司 (PG&E) 合作在加州推出虚拟电厂试点计划;8月,特斯拉与南加州爱迪生公司 (SCE) 建立合作关系,将虚拟电厂业务扩大至加州南部地区。

8月下旬,蔚来在合肥供电公司统一调度控制下,15座蔚来换电站集体参与了全市虚拟电厂的电网调峰。

虚拟电厂,怎么在一夜之间似乎就变成了风口?

从时间上来看,今年年初虚拟电厂就迎来了大范围的政策支持,3月发布的《“十四五”现代能源体系规划》提出要推动虚拟电厂建设,6月以来北京、上海、山西等多地发布相关政策。

不过,真正让虚拟电厂走进大家视线的原因,还是四川限电。

几乎没有人预料到,这个夏天由于持续高温,承担“西电东送”任务的发电大省四川会出现水电告急。

为了“让电于民”,四川省内的企业先后停产,就连商场、停车场等处的充电桩、换电站也关闭大半,新能源车主充电变得难上加难。

尽管四川限电目前已经结束,但为了减少未来这种情况的发生,大家开始将目光投向虚拟电厂。这个可以通过协调发电资源、调整部分用电需求实现电网平衡的技术,似乎可以完美解决由供需不平衡带来的用电难题。

不过,虚拟电厂真的能拯救压力山大的电网吗?

什么是虚拟电厂?

市场对虚拟电厂产生的极大热情,还得从电力需求说起。

虽然在我们的生活中,“电”看起来无处不在,但从整体上来说,各个地方的用电需求并不相同。普通居民的用电需求和超级商场的不一样,人少的小区和人多的小区不一样,就连同一片区域春夏秋冬四季的用电需求也不相同。

电厂输送的电力不一定能满足所有用电高峰期的需求,如果负载接近极限,常见的做法就是通过断电来强行降低用户需求,很多年前时不时出现停电就是这个原因。

如果想维持电力系统的正常运转,满足不同地区的需求,就要保证发电量跟着各地的用电需求走,做到需要多少就发多少。

但事实上,目前除了火电外,其余常见的风电、光电以及水电都容易受到气候环境、地理因素影响,导致发电量出现波动,难以控制。

以四川为例,四川水电装机量全国第一,从1998年开始就是水电外供大省,每年超过1300亿千瓦时的“川电”被送往上海、浙江、江苏等地。但今年受夏季高温以及降雨量减少等因素影响,华电四川在接受采访时表示:今年每天发电量只有往年水量好时一半。

这些来自需求端和发电端的问题,一直在挑战电力供需的平衡。那靠虚拟电厂来缓解电网的压力,这可行吗?

什么是虚拟电厂
什么是虚拟电厂

从原理上来说,这条道路是可行的。

电力供需关系的平衡无法保持,主要是由于有时候,某地区发电少、需求大;有时候,某地区需求小、发电量大。而虚拟电厂主要负责的就是按需协调电力供应。

与常见的火电厂、水电站不同,虚拟电厂并非是实体的电厂,而是指一种能源协调管理系统,它主要是通过把分布式新能源、储能系统、电动车等多种可协调资源进行结合,再通过通信技术和检测控制技术,对这些资源进行协调优化,实现削峰填谷(即降低负荷高峰、填补负荷低谷),保障电网的平稳运行。

具体来说,在用电高峰期,虚拟电厂可以进行差别式供电,比如让充电桩降低充电速度,或者直接停掉充电桩晚几小时再开放,通过这些调配,虚拟电厂可减少高峰期用电,保障电网正常运营。

这有点像滴滴、Uber这样的共享经济,平台通过调动闲置资源,实现区域内的供需平衡。

来自国家电网的测算数据显示:火电厂如果要实现电力系统的“削峰填谷”,满足5%的峰值负荷,需要投资4000亿元;而通过虚拟电厂,在建设/运营等环节的总投资仅需500-600亿元——只有前者的1/8。

虚拟电厂盈利模式

在国内资本市场,虚拟电厂是一个新兴的概念,但在国际上,欧洲和美国等地区早就开始了对虚拟电厂的探索。

1997年,虚拟电厂概念首次被Shimon Awerbuch博士提出。此后数年,欧洲、北美、澳洲等地多个地区先后建设了虚拟电厂示范工程,比如欧盟虚拟燃料电池电厂项目、欧盟FENIX项目等,2022年特斯拉也在美国进行了虚拟电厂试点。

以特斯拉为例,2006年,马斯克创立了屋顶光伏公司SolarCity,2015年推出了家用储能产品PowerWall,并设想了一个“家用发电厂”的商业计划。

作为一种锂离子电池,Powerwall实际上可以储存任何发电形式产生的电源,用户也可以给其充电,以在停电期间用作备用电源。不过在美国,Powerwall最常用于储存特斯拉太阳能电池板产生的能量。

储能装置,是特斯拉做虚拟电厂的基础。

特斯拉虚拟电厂项目
特斯拉虚拟电厂项目

今年7月,特斯拉在加州邀请了2.5万Powerwall用户加入虚拟电厂。在特斯拉的计划中,这些在屋顶上接收太阳光的光伏板和Powerwall,组成了一个小型发电储电系统。根据电网要求,他们可在电网需要时,减少自身用电量,并将储存的电量返送回电网。

8月17日,特斯拉加州的虚拟电厂启动了首次紧急响应活动,2342个Powerwall用户参与,共计输出了16兆瓦左右的电力。作为回报,参与此次活动的用户每向电网输送1度电,可获得2美元的收益。

在这个过程中,特斯拉、Powerwall用户、电网三方都从一定程度上拿到了好处——特斯拉(虚拟电厂运营方)、用户获得真金白银的收益,电网实现了供需平衡。

除了上述特斯拉这种需求侧响应服务电网的盈利方式,虚拟电厂还可通过向发电企业提供监测发电量、短期储能服务,来赚取服务补贴。这些也就是目前虚拟电厂的主要商业模式。

不过,这些模式在国外跑得通,在国内就有些费劲。

在虚拟电厂的整个流程中,用户、电网、虚拟电厂平台三方缺一不可,而且还需要大量的用户数据,来精准预测供需不平衡会发生在什么时候。但目前国内电力工业实行发电输电配电一体化的体制,相关工作主要由电力系统负责,普通公司或个人在没有政府机构的拉动下,想要复制特斯拉Powerwall项目相当困难。

除了这些基础条件外,怎么把虚拟电厂推销出去、怎么吸引用户配合、怎么协调电力,也都没有成熟的方案。

尤其是用户问题,特斯拉推出Powerwall项目,是建立在美国用户愿意买单的基础上,但国内在自家安装太阳能板的普通人少之又少,自然也不具备向电网卖电的机会。

而在虚拟电厂运行中,只有用户端愿意将电力调节能力给到虚拟电厂运营平台,虚拟电厂模式才能跑通。

整体来看,目前我国虚拟电厂尚处于起步阶段,想要在短期内凭借虚拟电厂改善供需关系不太现实。

虚拟电厂的发展前景

虽然存在上述很多难题,但用虚拟电厂来拯救压力山大的电网,并非是痴心妄想。

一系列尝试已经在政府机构的拉动下,逐渐展开。

今年5月,国电投深圳能源发展有限公司的虚拟电厂平台向尚呈新能源蛤地智能充电站发出了调度指令。

这里边的逻辑是,零点将充电站1号桩充电功率降为0,凌晨4点开始重新充电,在这四个小时里,有50千瓦时电量就被调整出来,可以参与调度。

根据5月26日广东电力现货市场数据显示,这一次调度共获得平均每度电0.274元的收益,这是我国首次虚拟电厂通过调度负荷参与电力现货市场并盈利的案例。

蔚来在合肥的15座换电站,也是在不影响车主正常使用情况下进行的。数据显示,蔚来换电站5天调整了8兆瓦时电力负荷,相当于为3000余户普通居民家庭省出了实时用电量。

这些都是基于国内用户用电习惯进行的虚拟电厂成功尝试,也从正面展示了我国发展虚拟电厂的可操作性。

值得一提的是,虽然目前新能源汽车产业都是通过充电桩、换电站来参与虚拟电厂的调控,但在虚拟电厂中,电动车也拥有着重要角色。

2022年中国智能网联汽车大会上,中国电动汽车百人会副理事长、中国科学院院士欧阳明高表示,2040年中国有3亿辆电动车,如果每辆车65度电,车上可装电就是200亿度,这样的储能规模让“虚拟电厂”成为可能,而新能源汽车在最关键的储能环节上将发挥重要作用。

蔚来能源高级副总裁沈斐也认为,电动车与电网之间,有很多生意可做。

蔚来上海总部大楼停车场,有15个能充能放的双向充电桩试点,电动车主可以在晚上用0.3元的价格给车充满电,在波峰时段参与电网调控,以1.3元每度的价格输出。

这就意味着,买电动车不仅能开,一充一放之间,还能赚到钱。

虚拟电厂,未来能发展成什么样,电动车在其中能发挥出多少作用?目前很少有人能给出答案,不过有机构已经预测出了市场规模。

华西证券数据显示,预计2025年国内虚拟电厂的运营市场规模将达到968亿元,2030年将超过4500亿元。

资本也嗅到了机遇,8月,一线基金红杉、招商局参与进了虚拟电厂运营与技术提供商兆瓦云的Pre-A轮融资。

对于这条赛道上的玩家来说,虽然市场环境、商业模式、相关规范以及更细化的政策等尚需完善,但顶层政策、市场需求都已明确,相关案例也已证实了虚拟电厂的价值,剩下的就是需要时间。

风险提示:上述内容所涉及的股票名称,仅作为案例研究参考,不对您的投资交易构成任何买卖建议,据此买卖,风险自负。股市有风险,投资需谨慎!
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