未来电力系统的安全稳定运行面临着诸多挑战。一是全球气候变暖引起的极端天气频发，从供给和需求两方面对电力系统造成冲击。二是“双碳”目标下能源转型和能源革命持续推进给电力系统带来了挑战。新型电力系统中可再生能源比例将大幅增加，系统中稳定电源占比下降，电网的调峰调频压力增大，整个系统的可观性、可测性和可控性都将大幅度降低。三是随着政策支持和产业发展，分布式电源正在成为电力系统中重要的一部分，大规模分布式电源并网也给电能质量造成挑战。在此背景下，电力系统的灵活性越来越重要，虚拟电厂注重综合能源服务的形式应运重生。
虚拟电厂参与电力市场兼具经济效益和社会效益，具有广阔的市场前景。虚拟电厂是个老概念，但未来虚拟电厂在先进数字技术和能源互联网的加持下可以实现电源的多能互补和负荷的灵活互动，为电网提供调峰调频、储能等辅助服务。在中长期市场中，虚拟电厂可与大用户直接交易获得收益。虚拟电厂可开展售电企业的业务，向发电企业购买发电权或向电力用户售电，实现能源资源优化管理。在实时市场中，虚拟电厂可通过现货交易、辅助服务交易和需求侧响应业务创造利润。虚拟电厂聚合了多种能源，可以在用电高峰期削减负荷以及在用电低谷期增加负荷，因此其在辅助服务市场具有独特优势，可进行调峰和调频服务交易。虚拟电厂参与需求侧响应的方式是根据合同要求按时按容量削减负荷从而保障电网的供需平衡。在提供需求响应和辅助服务业务中可通过价格补偿机制获得收益。
在现货交易市场中，虚拟电厂可以灵活地配置电能，利用峰谷电价差盈利，不仅具有较大的盈利空间还可实现电网运行供需优化。同时，从经济性来看，虚拟电厂为解决电网负荷提供了更优的选项。国家电网测算电力系统的削峰填谷虚拟电厂只需要目前火电厂八分之一的成本。
虚拟电厂的市场至少有三方面潜能。首先，随着将来可再生能源在系统中的占比逐步提高，电网的调峰调频需求增大。可再生能源占比的提高使电网“双高”、“双峰”的特点凸显，加之备用容量可能不足，导致电网备用容量缺口巨大。据估计，“十四五”期间电网的负荷最大日峰谷差率将达到36%，加剧电网调峰压力。其次，中国分布式发电装机量大，装机容量逐年增长。2021年分布式光伏发电并网装机容量为107.5GW，预计2030年国家电网经营区下的分布式电源装机将达到290GW。同时电动车、储能等用户侧可调节负荷资源也在逐年增长。虚拟电厂将拥有巨大的业务空间，成为能源领域的蓝海市场。第三，随着电能替代的进一步推进，全社会用电量持续攀升，用电尖峰负荷将持续提升，虚拟电厂平抑负荷的功能将发挥更大的作用。
除了市场的推动外，近来虚拟电厂逐渐得到了政策支持，为虚拟电厂的蓬勃发展创造了比较好的政策环境。今后，随着电力市场改革的持续推进，将推动新能源逐步参与市场交易，电力系统对于调峰调频此类辅助服务的需求将大大增加，虚拟电厂作为市场参与者可通过电力交易和提供辅助服务获得收益。同时，《“十四五”现代能源体系规划》等多个政策文件均提出将开展各类资源聚合的虚拟电厂示范。在市场驱动和政策支持下，虚拟电厂有望实现跨越式增长。
然而，虚拟电厂发展面临的挑战。随着信息通信技术、智能调度算法技术、智能计量技术等技术的发展，虚拟电厂的技术也日渐成熟。虚拟电厂的发展阶段通常分为邀约型阶段、市场化阶段和跨空间自主调度型阶段。国外虚拟电厂已进入商业化阶段，国内稍微滞后，但也逐步向市场化过渡。由于项目基本上是试点示范，市场参与度非常低。但是，开展项目的地方越来越多，上海、江苏、河北等地也已开始虚拟电厂的试点建设和运行。当前中国的虚拟电厂建设具有以下几个特点：
一是，需尽快着手虚拟电厂的发展蓝图绘制，做好顶层设计工作。出台国家层面的专项政策和指导性文件，积极鼓励省级层面的专项政策出台。政府牵头构建虚拟电厂建设的标准体系，明确虚拟电厂的定义、范围、发展规划、实施策略，完善虚拟电厂参与电力市场交易的各项规则，为虚拟电厂的建设提供政策支撑和依据。
（作者系嘉庚创新实验室研究员，厦门大学中国能源政策研究院院长）