虛擬電廠的“智慧拼圖”

虛擬電廠這幅宏大的智慧拼圖要完美呈現(xiàn)，絕非易事。它涉及聚合海量分布式資源，靈活調(diào)節(jié)負(fù)荷、智能調(diào)度和優(yōu)化用電等方面，需要電動汽車產(chǎn)業(yè)鏈、電網(wǎng)企業(yè)、科技公司、政府等多方“拼圖手”緊密協(xié)作。

在加利福尼亞州（以下簡稱加州）一個(gè)陽光充沛的午后，史密斯家屋頂?shù)奶柲馨逭Πl(fā)電。多余的電力沒有浪費(fèi)，而是流入了車庫里的特斯拉Powerwall家用儲能電池。當(dāng)傍晚電價(jià)飆升或電網(wǎng)需要支持時(shí)，儲能電池會自動將儲存的電能釋放出來，供家庭使用，甚至還可以根據(jù)協(xié)議反向輸送給電網(wǎng)，幫史密斯一家賺取電費(fèi)收益。

這并不是一個(gè)科學(xué)愿景，這是已經(jīng)發(fā)生在美國的真實(shí)案例。2025年6月，特斯拉宣布，其旗下的特斯拉Powerwall家庭儲能系統(tǒng)迎來了銷量100萬臺的里程碑。但特斯拉Powerwall帶來的技術(shù)革新不僅僅限于單個(gè)家庭能量存儲，當(dāng)我們把加州成千上萬的分散的家用儲能電池像拼圖一樣拼接起來時(shí)，這些碎片化的資源能瞬間聚集起容量可觀的能源。

這個(gè)案例揭示了一個(gè)顛覆性的趨勢：未來的能源系統(tǒng)，將不再僅僅依賴集中式的包含高聳的煙囪和巨大的渦輪機(jī)的“巨無霸”電廠，而是由無數(shù)類似于家用儲能電池一樣的分散、靈活的“小拼塊”——分布式能源資源，通過物聯(lián)網(wǎng)和智能算法的“無縫拼接”，形成一個(gè)無形的能夠協(xié)同運(yùn)作和智能響應(yīng)的虛擬電廠（Virtual Power Plant，VPP）。

從“車輪”到“移動拼塊”

的華麗蛻變

除了家用儲能電池，在眾多類型的“拼塊”中，還有一個(gè)充滿活力且潛力巨大的新成員正加速融入，那就是我們?nèi)粘Ｊ褂玫碾妱悠嚒Ｔ诖蠹蚁硎茈妱悠囎鳛橐环N綠色能源交通工具給我們的生活帶來便利的同時(shí)，殊不知，科技的發(fā)展正在推動著電動汽車的核心價(jià)值經(jīng)歷一場深刻變革：它不再僅僅是駛向目的地的交通工具，更成為能源網(wǎng)絡(luò)中一塊能靈活“充放”、自由“行走”的智慧拼圖，為整幅能源拼圖增添了關(guān)鍵維度。這場變革的背后推手，叫作“車網(wǎng)互動（Vehicle-to-Grid，V2G）技術(shù)”。

V2G技術(shù)是指電動汽車能給電網(wǎng)放電，實(shí)現(xiàn)充放電的雙向互聯(lián)。在城市生活中，電動汽車搭載的大容量鋰電池就相當(dāng)于靈活移動的隨時(shí)能給電網(wǎng)充電的“充電寶”。V2G技術(shù)的關(guān)鍵在于在充電樁配備了特殊的“雙向接口”，它打破了傳統(tǒng)充電樁只能單向輸出電能的限制，允許“電網(wǎng)-電動汽車儲能電池”之間的電流能安全地雙向流動，讓車載電池既能“吃電”，也能“吐電”。相比于固定式儲能電站，V2G技術(shù)能使電動汽車“一車多用”，在大幅降低儲能成本的同時(shí)還大大提高了安全性。隨著電動汽車使用數(shù)量的增加，電動汽車群體儲能的規(guī)模也將越來越大。當(dāng)海量的電動汽車通過物聯(lián)網(wǎng)連接到平臺統(tǒng)一調(diào)度時(shí)，無數(shù)小拼塊可以瞬間拼接成一個(gè)規(guī)模驚人、反應(yīng)敏捷的虛擬電廠。

電動汽車可在虛擬電廠平臺的調(diào)度下進(jìn)行充放電協(xié)同行動。例如，在酷暑午后，空調(diào)齊開，電網(wǎng)負(fù)荷“高聳入云”，這時(shí)平臺調(diào)動車主授權(quán)范圍內(nèi)電動汽車群集體接入V2G充電樁進(jìn)行“反向放電”，如同一塊塊能量拼圖瞬間填補(bǔ)電網(wǎng)缺口，有效壓平負(fù)荷尖峰，實(shí)現(xiàn)“削峰”；等到深夜，萬家燈火熄滅時(shí)，電網(wǎng)負(fù)荷進(jìn)入“低谷”期，綠色電能可能過剩，虛擬電廠平臺則指揮電動汽車群集體充電，吸收富余能量，實(shí)現(xiàn)“填谷”。

上海外高橋富特北路充電站就是一塊成功的“示范拼圖”：5臺V2G樁在高峰時(shí)段反向放電，單次調(diào)節(jié)壓降負(fù)荷2500千瓦，相當(dāng)于瞬間“抹平”了300戶家庭的用電高峰，顯著緩解電網(wǎng)壓力。電動汽車儲能電池猶如“綠色海綿”一樣在虛擬電廠中吸收其他能源出現(xiàn)的瞬時(shí)能量。在分布式能源資源中，存在發(fā)電量較為“善變”的太陽能、風(fēng)能等，這些綠色新能源在并入電網(wǎng)時(shí)往往面臨著電能調(diào)配的難題。

當(dāng)陽光燦爛或大風(fēng)呼嘯時(shí)，發(fā)電量較高，電能充沛，VPP能引導(dǎo)電動汽車通過儲能電池主動吸收能量，極大提升可再生能源的本地消納率，減少“棄風(fēng)棄光”的浪費(fèi)。同時(shí)，火電廠為了避免頻繁點(diǎn)火、熄火帶來的損耗問題，一般在夜間電量需求較少時(shí)還會以最低要求持續(xù)出力，這時(shí)用不完的剩余電量可以通過VPP引導(dǎo)電動汽車給其儲能電池充電，電動汽車儲能電池可以有效地把這部分電能轉(zhuǎn)移到白天使用，從而避免了火電廠夜間電能的浪費(fèi)。

在日常生活中，自然災(zāi)害和極端天氣時(shí)有發(fā)生，當(dāng)電站、輸電線、配電網(wǎng)等電力設(shè)施出現(xiàn)故障，會導(dǎo)致出現(xiàn)斷電停電現(xiàn)象出現(xiàn)。這時(shí)，接入VPP的電動汽車可化身為獨(dú)立的小型應(yīng)急電源拼塊，為醫(yī)院、通訊基站等關(guān)鍵區(qū)域和關(guān)鍵設(shè)施進(jìn)行短時(shí)供電，保障基本的通信、救援暢通；還可以滿足家庭照明等基本生活所需。在這方面，電動汽車儲能電池的靈活性和移動性具有固定儲能電站難以比擬的優(yōu)勢。

智慧拼圖的

“連接器”與“價(jià)值引擎”

2025年3月，國家發(fā)展改革委和國家能源局發(fā)布了《關(guān)于加快推進(jìn)虛擬電廠發(fā)展的指導(dǎo)意見》，該意見中對虛擬電廠給出了準(zhǔn)確的定義：“虛擬電廠是基于電力系統(tǒng)架構(gòu)，運(yùn)用現(xiàn)代信息通信、系統(tǒng)集成控制等技術(shù)，聚合分布式電源、可調(diào)節(jié)負(fù)荷、儲能等各類分散資源，作為新型經(jīng)營主體協(xié)同參與電力系統(tǒng)優(yōu)化和電力市場交易的電力運(yùn)行組織模式。”

由此不難看出，虛擬電廠遠(yuǎn)非簡單的“拼塊收集器”，它是整個(gè)智慧能源拼圖的“核心連接器”和“價(jià)值創(chuàng)造引擎”，確保海量拼圖中的每一塊碎片都能精準(zhǔn)定位、高效協(xié)作并釋放價(jià)值。虛擬電廠的核心技術(shù)主要包括：物聯(lián)網(wǎng)和通信網(wǎng)絡(luò)、AI智能調(diào)度算法、遠(yuǎn)程協(xié)調(diào)控制技術(shù)和區(qū)塊鏈交易系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)就像拼圖中的基礎(chǔ)“黏合劑”，將家庭的智能空調(diào)、工廠的備用發(fā)電機(jī)、屋頂?shù)墓夥濉⒊潆姌兜碾妱榆囯姵氐雀鞣N“拼塊”連接起來，并給它們都裝上傳感器和控制器，實(shí)時(shí)采集網(wǎng)絡(luò)中每一單元的電量、功率、位置等狀態(tài)信息并發(fā)送到遠(yuǎn)程控制中心，同時(shí)還能實(shí)時(shí)接收遠(yuǎn)程控制信號。

物聯(lián)網(wǎng)就像一個(gè)將各個(gè)能源設(shè)備連接起來，并且裝上了千里眼和順風(fēng)耳的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，協(xié)調(diào)著各個(gè)拼塊發(fā)出或吸收電能。通信系統(tǒng)則是這個(gè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的神經(jīng)中樞系統(tǒng)。系統(tǒng)通過例如5G、光纖、專用網(wǎng)絡(luò)等，快速、可靠地傳遞信息和指令，確保整個(gè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的各個(gè)環(huán)節(jié)都能信息通暢。

AI智能調(diào)度算法，是虛擬電廠核心的“智慧”所在。該智能調(diào)度算法涉及云計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析和人工智能等各項(xiàng)科技前沿技術(shù)。通過對歷史用電數(shù)據(jù)、天氣預(yù)報(bào)、電價(jià)信息、各模塊狀態(tài)等信息進(jìn)行分析，利用機(jī)器學(xué)習(xí)、優(yōu)化算法等人工智能算法，它能精準(zhǔn)預(yù)測負(fù)荷、綠電出力、電價(jià)趨勢，并在毫秒間計(jì)算出此時(shí)此刻最優(yōu)的調(diào)度策略：什么時(shí)候該讓哪些“拼圖”發(fā)電或放電，讓哪些“拼圖”減少用電或減少充電，怎么組合調(diào)度才能最省錢、最穩(wěn)定、最環(huán)保等等，從而讓整個(gè)電能網(wǎng)絡(luò)配合得天衣無縫，以達(dá)到平衡電網(wǎng)、削峰填谷、賺錢等目標(biāo)。

當(dāng)調(diào)度中心利用AI智能調(diào)度算法將調(diào)度策略計(jì)算出來以后，面對各種類型的電能設(shè)備，如何下達(dá)各類設(shè)備能“聽懂”的指令，這需要協(xié)調(diào)控制技術(shù)進(jìn)行調(diào)配。比如，控制中心發(fā)出指令，“家庭空調(diào)需要調(diào)高1度”，該指令由通信網(wǎng)絡(luò)傳到該空調(diào)的控制器，通過協(xié)調(diào)控制技術(shù)，空調(diào)的控制器將接收到的指令轉(zhuǎn)化為空調(diào)控制的具體操作，例如調(diào)節(jié)電壓電流等，使得空調(diào)準(zhǔn)確地執(zhí)行將溫度調(diào)高1度。這期間，通過協(xié)調(diào)控制技術(shù)來確保控制中心發(fā)出的指令能被正確理解、安全執(zhí)行，不會導(dǎo)致設(shè)備損壞或電網(wǎng)事故。

在虛擬電廠中，還存在一個(gè)交易平臺用于進(jìn)行電能交易。當(dāng)多種類型的分布式能源接入時(shí)，交易平臺接收的數(shù)據(jù)是海量的、高頻的。為了確保點(diǎn)對點(diǎn)能源交易透明、可信、可追溯且自動結(jié)算，區(qū)塊鏈交易結(jié)算技術(shù)被應(yīng)用到虛擬電廠的交易平臺上，成為拼圖間價(jià)值流動的“信任基石”。

同時(shí)，平臺還涵蓋了多種商業(yè)模式的創(chuàng)新。例如VPP運(yùn)營商代表其“拼圖軍團(tuán)”，作為整體參與電力市場交易，通過賺取收益分享給其代表的“拼圖軍團(tuán)”；電網(wǎng)付費(fèi)給VPP，讓其“拼圖軍團(tuán)”在高峰或緊急時(shí)刻減少用電或反向供電，此時(shí)電動汽車車主通過低電價(jià)充電、高電價(jià)賣電，賺取差價(jià)，還能獲得補(bǔ)貼或積分，從而顯著降低用車成本；由于虛擬電廠能夠高效消納綠電、實(shí)現(xiàn)減排功能，VPP有關(guān)項(xiàng)目可以產(chǎn)生碳資產(chǎn)，從而能參與碳交易獲利。

目前，蔚來汽車的68座換電站已接入國網(wǎng)蘇州供電公司的負(fù)荷管理系統(tǒng)。蘇州建成了國內(nèi)地級市規(guī)模最大的虛擬電廠，調(diào)節(jié)能力達(dá)2萬千瓦，單站可在1分鐘內(nèi)完成充電功率的精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，精度超90%，響應(yīng)速度遠(yuǎn)超傳統(tǒng)電廠，成為充換電領(lǐng)域一塊閃耀的“示范拼圖”。

拼好智慧能源全景圖

虛擬電廠這幅宏大的智慧拼圖要完美呈現(xiàn)，絕非易事。它涉及聚合海量分布式資源、靈活調(diào)節(jié)負(fù)荷、智能調(diào)度和優(yōu)化用電等方面，需要電動汽車產(chǎn)業(yè)鏈、電網(wǎng)企業(yè)、科技公司、政府等多方“拼圖手”緊密協(xié)作，并提供堅(jiān)實(shí)的“拼圖底板”——政策與規(guī)則。

在基礎(chǔ)設(shè)施方面，需要電網(wǎng)、車企、充電運(yùn)營商合力構(gòu)建支持V2G的雙向充放電網(wǎng)絡(luò)，確保充電樁與電網(wǎng)兼容；還需共同搭建數(shù)據(jù)共享平臺，建立安全規(guī)范的數(shù)據(jù)交換“信息流”，讓車輛狀態(tài)、充電需求、電網(wǎng)信息自由流通，為精準(zhǔn)調(diào)度提供數(shù)據(jù)支撐；需要政府保障用戶數(shù)據(jù)安全與隱私；還需要推動充電接口、通信協(xié)議、數(shù)據(jù)格式等標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一，為虛擬電廠的廣泛應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

在技術(shù)革新方面，需要電網(wǎng)、車企和科技公司等各方聯(lián)合攻關(guān)。例如，車企對電池儲能性能、電池管理系統(tǒng)等方面開展研究，提升電池的使用壽命和安全性；電網(wǎng)公司結(jié)合大數(shù)據(jù)、人工智能算法對如何提高虛擬電廠的負(fù)荷預(yù)測和調(diào)度能力進(jìn)行深入研究；涉及人工智能、區(qū)塊鏈、通信的科技公司可以聯(lián)手開發(fā)高可靠性的通信協(xié)議、安全認(rèn)證方式等，保障虛擬電廠運(yùn)行的安全性。

在政策制定方面，政策支持是虛擬電廠發(fā)展的關(guān)鍵。目前，國家能源集團(tuán)正牽頭制定虛擬電廠技術(shù)路線與標(biāo)準(zhǔn)、V2G接口規(guī)范，推動零碳園區(qū)、綠色算力、海量電動汽車規(guī)范化接入；還需要制定更為靈活的居民用電階梯電價(jià)體系，引入實(shí)時(shí)/尖峰電價(jià)，并設(shè)計(jì)針對電動汽車參與V2G的直接補(bǔ)償或稅收優(yōu)惠，從而增強(qiáng)公眾參與的意愿；同時(shí)，還有專家呼吁，應(yīng)探索將家庭智能家電，例如空調(diào)、熱水器等納入虛擬電廠“拼圖”，通過遠(yuǎn)程調(diào)控實(shí)現(xiàn)海量用戶聚合，通過柔性控制釋放海量可調(diào)負(fù)荷潛力，從而進(jìn)一步削減用戶側(cè)電費(fèi)，提升供電網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。

智慧零碳的完整拼圖

虛擬電廠與各種分布式資源的深度融合，正在描繪一幅激動人心的未來城市能源全景圖。

虛擬電廠與微電網(wǎng)社區(qū)相結(jié)合，推動社區(qū)級能源體系的智能化和自治化發(fā)展。社區(qū)、樓宇或園區(qū)將成為相對獨(dú)立的“子拼圖”，它們構(gòu)成的微電網(wǎng)社區(qū)通過在社區(qū)內(nèi)部部署分布式能源，例如屋頂光伏、小型風(fēng)電、用戶儲能、V2G充電樁等，使得這塊“拼圖”既能實(shí)現(xiàn)社區(qū)內(nèi)部的能源自給自足，能源生產(chǎn)與需求實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)匹配，進(jìn)而降低對外部電網(wǎng)的依賴；又能通過上級平臺與主網(wǎng)互動，實(shí)現(xiàn)能源互助與優(yōu)化交易；還能在極端天氣或電網(wǎng)故障時(shí)，實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)社區(qū)獨(dú)立運(yùn)行，保障社區(qū)基本能源供應(yīng)，提升城市能源系統(tǒng)的韌性。

虛擬電廠在零碳園區(qū)的應(yīng)用，將推動園區(qū)能源系統(tǒng)的全面綠色化和智能化。零碳園區(qū)通過虛擬電廠的協(xié)調(diào)，可以實(shí)現(xiàn)能源生產(chǎn)和使用的完全碳中和。在零碳園區(qū)內(nèi)部的太陽能、風(fēng)能、儲能、氫能等多能源形式將協(xié)同工作，虛擬電廠通過智能調(diào)度，實(shí)現(xiàn)能源的最優(yōu)配置；同時(shí)，園區(qū)內(nèi)的工業(yè)負(fù)荷、建筑負(fù)荷、交通負(fù)荷等可以通過虛擬電廠進(jìn)行靈活調(diào)節(jié)，提升能源利用效率；虛擬電廠還能實(shí)時(shí)監(jiān)測和優(yōu)化園區(qū)內(nèi)的碳排放，推動園區(qū)實(shí)現(xiàn)真正的零碳目標(biāo)，打造園區(qū)內(nèi)綠色能源閉環(huán)。

虛擬電廠與車網(wǎng)互動技術(shù)的結(jié)合，將徹底改變電力系統(tǒng)和城市交通的運(yùn)行模式。對于電力系統(tǒng)來說，當(dāng)億級數(shù)量的電動汽車上路，其聚合儲能潛力或?qū)⒌刃в跀?shù)十個(gè)大型抽蓄電站，這將引發(fā)電力系統(tǒng)發(fā)生深刻變革。電廠由集中式大電網(wǎng)的舊模式，將轉(zhuǎn)向巨型電廠+億萬“移動儲能拼塊”的柔性智能新體系，整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的韌性、效率將得到飛躍式提升。

同時(shí)，虛擬電廠通過靈活調(diào)配各類能源，能夠破解電網(wǎng)出現(xiàn)的波動性難題，從而能夠支撐高比例的可再生能源并入電網(wǎng)，降低綠色能源并網(wǎng)難度，助力深度脫碳。對于城市交通來說，虛擬電廠促進(jìn)綠電消納，直接提升電動汽車的“綠色純度”，是交通領(lǐng)域脫碳的關(guān)鍵一環(huán)。而且，未來電動汽車還能基于出行計(jì)劃、實(shí)時(shí)電價(jià)、電網(wǎng)需求、電池健康等，在AI智能算法調(diào)度的驅(qū)動下自動優(yōu)化充放電，最大化車主收益與電網(wǎng)價(jià)值。

從特斯拉Powerwall點(diǎn)亮家庭能源自主的星火，到虛擬電廠編織工業(yè)能源互聯(lián)網(wǎng)，分布式能源革命的拼圖游戲已然開場。電動汽車從“車輪”到“移動能量拼塊”的蛻變，標(biāo)志著交通與能源系統(tǒng)深度耦合的新紀(jì)元；虛擬電廠，作為這幅未來能源藍(lán)圖的“智慧拼圖大師”與“價(jià)值連接器”，運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、AI、區(qū)塊鏈等“黏合劑”與“規(guī)則”，將海量的電動汽車、儲能、光伏、柔性負(fù)荷等碎片化資源，精準(zhǔn)拼接成一個(gè)靈活、高效、自適應(yīng)的巨型智慧能源網(wǎng)絡(luò)。

然而，要完成這幅宏偉的零碳智慧能源全景圖，仍需各方“拼圖手”持續(xù)努力：統(tǒng)一技術(shù)接口、創(chuàng)新激勵機(jī)制、完善市場規(guī)則。隨著車網(wǎng)深度互動普及和虛擬電廠技術(shù)的迭代，我們將見證無數(shù)個(gè)智慧微電網(wǎng)社區(qū)、零碳園區(qū)拼塊完美融合，一個(gè)集中式與分布式協(xié)同互補(bǔ)、柔韌高效的新型電力系統(tǒng)終將成型。

（文章來源：《創(chuàng)意世界》2025年9月號）

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編校：苑寶平，審讀：郭麗

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