虚拟电厂的是与非

在过去的几十年里，电网经历了转向更小、更间歇性发电资源的变革，主要以风能和太阳能发电为主，以及更小的并网电池储能。这给电网管理带来了一个重大问题——对供需的精细管理。最近，“虚拟电厂”(VPP) 这个术语广为人知，它用来描述将这些分散的资源聚合成某种东西，表面上看可以将其视为一个常规的可调度电厂，能够根据需求增加或减少输出。

尽管虚拟电厂 (VPP) 并非真正的单一发电厂，但支持者称，通过使虚拟电厂发挥类似传统发电厂的作用，它可以提供大型电厂（如燃气轮机）的优势，而成本却只是后者的一小部分，并且冗余度更高，因为单个发电机或电池的故障很容易在系统内得到补偿。

然而，问题在于这个前提是否真正成立，或者是否存在被营销掩盖的隐性成本。

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无功功率

功率三角形，显示了有功功率、视在功率和无功功率之间的关系。（来源：维基百科）

基于交流电 (AC) 的电网是一个精密的系统，需要持续且非常谨慎地保持平衡，以确保其电流和电压不会出现过大的相位差，否则电网频率和电压会开始变化，远远超出容差范围。几十年来，大规模停电事件已充分证明了这种错误造成的后果，其中最严重的一次就是 2025 年伊比利亚半岛大停电事件，该事件导致整个西班牙和葡萄牙陷入黑暗。在此次停电事件发生之前，系统运行人员试图减少系统中无功功率，但其各种尝试都以失败告终，安全措施开始在这些国家电网中启动。

这也是虚拟发电厂 (VPP) 理念面临现实考验的地方，因为电网运营商（输电系统运营商，简称 TSO）建议所有接入电网的重要发电机都应具备构网能力。这意味着，与普通逆变器不同，虚拟电厂应该能够吸收或发出无功功率，而不是像当前风电或光伏太阳能装置的逆变器输出仅跟随电网频率和电压变化。

同样，人们也在考虑添加本地储能，其想法似乎是，你可以用分布式跟网逆变器和并网电池组（以人们整个房屋的电池的形式）以及任何目前接入电网的支持车辆到电网(V2G)的电动汽车来解决这个问题。

理论上，只要有足够多的分布式发电和储能元件，再加上一些并网逆变流器和远程控制负载（例如电动汽车充电器和空调机组），就可以模拟普通火力发电站或水力发电站的效果。问题在于它能否运行良好？并且，谁最终为这些设施买单？

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电池租赁

2001年至2024年各类型发电情况。（来源：加州能源委员会）

加利福尼亚州就是一个此类虚拟发电厂 (VPP) 的实际应用案例，加州太平洋燃气与电力公司（PG&E）和其他公司最近正在进行一项测试。重点关注的是家用电池，它们在测试中电池用于调峰，电池所有者将获得向外部输出电力的补偿。在一份由 Sunrun 和特斯拉能源赞助、Brattle Group 撰写的报告中描述了该系统，其中的需求侧电网支持 (DSGS) 计划被誉为一项重大革命。

其理念是，常规并网用户安装电池储能系统，电网运营商可以利用这些储能系统，从而弥补加州日益增多的不可调度、非电网化发电资源。需要注意的是，电网规模的储能系统永远无法提供足够的、长时段储能容量，因此，该方案主要是为了替代昂贵的调峰电厂，而加州目前已经拥有大量的这种调峰电厂。

预计到 2040 年家用电池容量将达到 4 吉瓦，如果电网运营商可以使用这些电池，而不是运行特殊的调峰机组，或者像（PG&E 运营的）莫斯兰丁电池储能设施那样安装更多大型电池，那么这将为他们节省大量现金。

顺便提一句，莫斯兰丁的电池储能设施曾多次发生火灾，这凸显了电网运营商可能节省的另一项重大开支，因为此类事件的后果将由电池运营商承担，而对于需求侧电网支持计划来说，也就是房主。目前，远程调节空调似乎还不是讨论的重点，但考虑到这种方式可以显著节省电力，即使像需求侧电网支持计划那样仅仅依靠付费志愿者，这似乎只是时间问题。

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市场失灵的迹象

虽然想象通过让当地电网运营商接入昂贵的家用电池或电动汽车来赚钱似乎很诱人，但与更早的V2G讨论中一样，也存在同样的普遍问题。不仅存在电池损耗的问题，而且如上所述，还有保险方面的考虑，以及家用电池和纯电动汽车通常位于远离实际需要使用地点的地方的问题。像莫斯兰丁这样的地点可以直接接入大型输电系统，而家用电池则连接到一些当地配电网，这使得电力调度变得相当困难。

在美国能源部阅读虚拟电厂（VPP）文章时产生的印象。伊利诺伊州的一项虚拟电厂计划针对的是大型商业和社区太阳能发电企业，而非住宅用户。如果他们愿意承担安装

可调节？译注

跟网变流器的费用，将获得补贴，而这很可能需要一定程度的现场储能。分布式能源的一个主要问题是其分布式特性，这使得任何规划或选址都无法直接满足需求，例如建设发电厂或抽水蓄能电站，并通过直接输电线路连接到需要的地方。

2040 年预计发电组合。（来源：标普全球公司）

最近的一项研究得出结论，仅在美国，到 2040 年的电力需求就可能比现在激增 35-40%，这需要极快地扩建额外的发电资源，而这些资源的电力结构与现在基本相同。预计到 2024 年，美国的电力需求将达到 5.5-6 TWh ，而目前约为 4 TWh（估计数据错误，应该是 4000TWh，译注），并且不可调度发电机的发电量将大幅增加。因此，在某种国家级虚拟电厂 (VPP) 系统中，家用电池和少量支持 V2G 的电动汽车能在多大程度上支持这一努力，这似乎值得质疑。

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核心问题

尽管人们常说“分布式发电”代表着未来，但很少有人量化其背后的原因。只需看看交流电网的工作原理，并追踪地图上连接所有分布式发电所需的长达数公里的配电线路，就足以让人深思。显而易见，电网中存在大量分布式、不可调度、不并网的发电机组也会带来问题，尤其是在今年伊比利亚半岛大停电事件之后。

通过让终端用户支付电池储能和构网型变流器的费用来解决这个问题，并称之为虚拟电厂 (VPP)，这听起来有些不够真诚。一个更合理的模式，那就是为家庭或企业配备本地储能，其作用仅仅是减少电网需求。当电价非常低时，这些电池可以充电，从而对电网产生平衡作用，而无需通过输电系统运营商 (TSO) 进行远程控制或类似的复杂操作。

最终看来，欧洲输电系统运营商（ENTSO-E）致力于淘汰跟网型型变流器并要求采用构网型变流器的做法是正确的。毕竟，如果每个风电或太阳能发电装置实际上都充当着一个可调度的发电机，能够吸收和产生无功功率，那么整个可变电厂（VPP）的争论以及大部分电网储能的争论就变得无关紧要了。这只意味着这些可变电厂的投资者将不得不投入更多资金，而不是将这些成本当作某种“大买卖”转嫁给最终用户。