虚拟电厂（VPP）是由分布式能源资源（DER）组成的网络，这些资源被整合在一起，以发电并响应需求。
分布式能源资源包括太阳能板、电池、电动汽车以及其他能够发电、储电或用电的设备。
虚拟电厂可用于平衡电网、整合可再生能源并降低用电高峰需求。它们还可以降低能源成本以及电网服务的支付费用。
经过近二十年的停滞之后，美国的电力需求正在飙升，这主要受电动汽车、数据中心以及气候变暖背景下空调使用量增长的推动。然而，在该国，以煤炭、煤炭、天然气或核能发电的传统发电厂的退役速度快于新建速度。新增供应大多来自风电场和太阳能电场，而其发电量会随天气变化而波动。新增供应主要来自风能和太阳能发电场，其输出功率随天气而变化。
这使电力公司不得不寻求新的方式来平衡供需。它们正在考虑的一种选择是虚拟电厂。
这些并非在单一地点发电的大型设施，而是由电力生产者、消费者和储能者组成的集合体（统称为分布式能源资源），电网管理者可根据需要调用这些资源。
其中一些来源（例如电池）可以输送储存的电力。其他来源可能是大型电力消费者，例如工厂，其所有者已同意在需求高峰时减少用电，从而为其他用户释放能源。与新建发电厂相比，虚拟电力来源通常选址和建设速度更快，运营起来也可能更清洁、成本更低。
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日益重要的资源
虚拟电厂并非新生事物。美国能源部估计，目前已有30至60吉瓦的虚拟电厂投入运营。1吉瓦即10亿瓦，大致相当于250万块太阳能光伏板或一座大型核反应堆的发电量。
这些虚拟电厂大多是工业用户，他们已同意在供需紧张时减少用电。但随着越来越多的家庭和小型企业安装屋顶太阳能板、电池和电动汽车，这些能源用户不仅可以成为消费者，还可以成为向电网供电的供应商。
例如，户主可以在阳光充足时利用屋顶太阳能为电池充电，并在傍晚需求高、电价有时飙升时将电力回馈电网。
随着智能恒温器和热水器、屋顶太阳能板及电池使更多用户能够参与其中，美国能源部估计，虚拟电厂的规模可能到2030年增长至三倍。这一规模大致可覆盖美国为满足日益增长的需求并替代退役的老旧发电厂所需新增容量的一半。这种增长有助于降低新建风电场、太阳能电场和燃气电站的成本。
此外，由于虚拟电厂位于电力消耗地附近，它们将减轻老旧输电系统的负担，而这些系统一直难以增建新线路。难以增建新线路。
电力用户的新角色
虚拟电厂打破了电力生产者与消费者之间的传统角色划分。传统发电厂在中心地点发电，再通过输电线路将电力输送给用户。要使电网正常运行，供需必须始终保持精确平衡。
用户需求通常被视为随天气波动、但在一天之中遵循相当可预测规律的既定因素。为满足这一需求，电网运营商会调度多种基荷电源（如煤炭和核电厂，这些电源持续运行），以及更具灵活性的电源（如天然气和水电，它们可以根据需要迅速调节输出功率）。
风电场和太阳能电场的输出功率在白天会上下波动，因此其他电源必须更灵活地运行，以保持供需平衡。尽管如此，其基本理念仍是由大型设施为数百万被动用户供电。
虚拟电厂颠覆了这一模式，它认识到用户可以控制自身的用电需求。工业用户长期以来一直设法灵活调整其运营，在电力供应紧张时限制用电，以换取激励措施或优惠电价。
如今，能够与电网通信的恒温器和热水器也可以让家庭调节其用电需求。例如，智能电热水器大多可以在电力充足且价格低廉时加热水，并在电力稀缺时限制用电。
在佛蒙特州，Green Mountain Power公司正在向其用户提供激励措施，鼓励他们安装电池，以便在电网最需要时将电力回馈电网。在得克萨斯州（我居住的地方），2021年的致命停电事件2021年的致命停电事件凸显了加强我们这一孤立电网的重要性。目前，当地的公用事业公司正在使用特斯拉Powerwall，帮助将家庭转变为虚拟电源。南澳大利亚州计划将5万户家庭与太阳能和电池相连，以建成该国规模最大的虚拟电厂。
虚拟电力，现实挑战
虚拟电厂并非万能良方。许多用户不愿让渡哪怕是暂时的恒温器控制权，或在为电动汽车充电时遭遇延迟。一些消费者还担心智能电表的安全性与隐私问题。这些新兴项目能吸引多少用户报名，以及运营商能在多大程度上有效调节供需，仍有待观察。
在企业端同样存在挑战。管理数百万用户远比管理几十座发电厂困难得多。虚拟电厂运营商可以通过奖励用户，让其以协调一致的方式灵活调整供需，从而克服这一挑战。
随着经济体增长带来的电力需求上升，以及电动汽车和取暖设备替代化石燃料，对可再生资源的依赖也在增加，电网管理者将需要尽可能多的灵活性，以平衡风能和太阳能发电的波动输出。虚拟电厂有助于将电力行业重塑为更加灵活、高效且能够积极响应不断变化的条件与用户需求的行业。
