5G網(wǎng)絡(luò)基站藏著一個虛擬電廠
寧若楊
2025年02月25日 01:37
胡繼業(yè) 韓亦舜
《光明日報》（ 2025年01月09日 16版） 電能是工業(yè)的動力和命脈。它從“實”中來，要到“實”中去。可虛擬電廠又是怎么回事呢？
要想說清這個問題，先要從新能源系統(tǒng)說起。
新能源體系建設(shè)是一場全方位的能源革命。一方面，以風(fēng)能發(fā)電、光伏發(fā)電為代表的新能源具有很強的可再生特性，不僅可以減少對化石能源的依賴，提高能源自主性；還可為廣大欠發(fā)達地區(qū)、低收入人群提供普惠可及的能源，讓更多人享受到新能源帶來的生活便利和社會福祉，有助于縮小地區(qū)發(fā)展差距。但另一方面，新能源的一些特性，如波動性、間歇性和不可控性，給電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行帶來了新難題，如電網(wǎng)的供需平衡問題、能源存儲和調(diào)度問題等。這些問題不僅影響了新能源的高效利用，也對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性提出了更高要求，成為保障國家能源安全的新挑戰(zhàn)。
完善新能源消納和調(diào)控政策措施是構(gòu)建新型能源體系的重要組成部分，旨在提升電力系統(tǒng)對新能源的消納能力，確保新能源大規(guī)模發(fā)展的同時保持合理利用水平，降低對電網(wǎng)運行安全的挑戰(zhàn)。正是在這種情況下，虛擬電廠應(yīng)運而生。它被公認(rèn)為能源領(lǐng)域的新質(zhì)生產(chǎn)力，在促進新能源消納和調(diào)控方面的作用正逐漸顯現(xiàn)。
虛擬電廠不需要大額投資建設(shè)一座新的物理上的電廠，而是利用先進的信息通信和控制技術(shù)，將分布式電源（如自用小型發(fā)電裝置）、各類可調(diào)負(fù)荷（電網(wǎng)中所有具備調(diào)節(jié)能力的用戶和設(shè)備的電功率總和）和儲能裝置（如電池）等聚合成可控集合體，成為一個虛擬的能源供應(yīng)和消納單元。我們可以將虛擬電廠想象為一個“網(wǎng)約車平臺”，在這里，它將多個乘客（能源需求）和司機（能源供應(yīng)）的信息集中起來，智能匹配，以提高車輛（電力資源）的使用效率。傳統(tǒng)的火電廠和水力發(fā)電設(shè)施往往集中在一地建設(shè)，虛擬電廠則通過互聯(lián)網(wǎng)，對分散在多地的電源、儲能和負(fù)荷聚集起來形成合力，“集中力量辦大事”，解決各地能源供需的失衡問題。
進一步研究發(fā)現(xiàn)，在我國的通信行業(yè)中就隱藏著一座“發(fā)電能力”比三峽大壩還要大的潛在虛擬電廠——5G網(wǎng)絡(luò)基站中的電池資源。
5G網(wǎng)絡(luò)基站具備了建設(shè)虛擬電廠所需的主要條件：
首先，規(guī)模大。我國的5G網(wǎng)絡(luò)憑借世界領(lǐng)先的技術(shù)快速發(fā)展，在工業(yè)和民用領(lǐng)域取得了顯著成果。根據(jù)工信部截至2024年9月的數(shù)據(jù)，我國目前5G基站總數(shù)為408.9萬座，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模全球最大。以每個5G基站平均負(fù)荷10千瓦功率計算，僅中國鐵塔股份有限公司持有的230萬座5G基站的潛在可調(diào)負(fù)荷，總計將可達2300萬千瓦，與三峽大壩的裝機總量2250萬千瓦量級相同。
其次，可調(diào)節(jié)。由于考慮電力中斷時需要應(yīng)急通信，每個5G基站均已配備了備用電池，可以在一定時間段內(nèi)按需使用備用電池供電，對外呈現(xiàn)的是電網(wǎng)負(fù)荷變小，可起到發(fā)電能力增大的近似效果。
??最后，投資低。根據(jù)國家電網(wǎng)有限公司的測算，預(yù)計2025年全社會用電功率為15.7億千瓦，從可調(diào)負(fù)荷需求看，按照在全國構(gòu)建不少于最大負(fù)荷5%的可調(diào)節(jié)負(fù)荷資源庫，需構(gòu)建可調(diào)負(fù)荷資源庫約7850萬千瓦。為滿足這個調(diào)節(jié)能力，需要4000億元火電投資，在滿足相同調(diào)節(jié)能力的要求下，通過建設(shè)、運營、激勵等環(huán)節(jié)構(gòu)建虛擬電廠的投資成本約為傳統(tǒng)火電廠的12%。如前所述，由于基站內(nèi)的備電資源已經(jīng)建成，無須額外投資購買電池，可以節(jié)省購買電池組的高額費用。經(jīng)粗略測算，5G基站方案下構(gòu)建的虛擬電廠建設(shè)成本，僅為同樣規(guī)模傳統(tǒng)火電方案建設(shè)成本的1%，可謂是低成本撬動大收益。
??筆者認(rèn)為，這座虛擬電廠一旦建成，將給我們帶來一系列的好處：
??一是這些5G基站作為電網(wǎng)的用電大戶，如果能在發(fā)電與用電供需不平衡時控制自身電池組放充電，調(diào)節(jié)電網(wǎng)負(fù)荷，將大大減輕對電網(wǎng)的調(diào)節(jié)壓力，保障電網(wǎng)安全平穩(wěn)運行。
??二是通過虛擬電廠優(yōu)化電力資源配置和利用效率，可以降低電力交易成本，讓普通百姓在享受穩(wěn)定可靠用電服務(wù)的同時，降低用電支出。
??三是由于5G的技術(shù)特性，其能耗是4G網(wǎng)絡(luò)的10倍左右，大量高能耗的5G基站產(chǎn)生的高額電費也是困擾電信運營商的一個難題。建設(shè)虛擬電廠將顯著降低運營商的電費支出，進而降低百姓使用先進通信網(wǎng)絡(luò)的成本，為未來6G技術(shù)的發(fā)展和推廣積累寶貴的經(jīng)驗。
??總之，如果建設(shè)基于5G基站的虛擬電廠，將這座隱藏的寶藏挖掘利用好，無須大規(guī)模投資又可以利國利民，將成為新能源消納和調(diào)控的典范，為新能源體系建設(shè)做出貢獻。
??由此可見，類似通信這種可以利用自身備電資源的行業(yè)，能通過類似云業(yè)務(wù)的發(fā)展模式，首先在行業(yè)內(nèi)部實現(xiàn)虛擬電廠的運行和完善，然后逐步向其他行業(yè)快速復(fù)制和推廣。這種模式不僅可以提高相關(guān)行業(yè)的能源效率，還能為全社會的能源管理提供新的解決方案。
??目前，基于5G基站方案構(gòu)建的虛擬電廠在一些省市已經(jīng)實際參與到電網(wǎng)負(fù)荷調(diào)節(jié)中，并取得了良好的效果。
??例如2024年夏季，上海經(jīng)歷了罕見的持續(xù)高溫天氣，高溫橙色預(yù)警頻發(fā)，最高用電負(fù)荷首次突破4000萬千瓦整數(shù)關(guān)口。基于少量5G基站構(gòu)建的虛擬電廠，以4萬千瓦的負(fù)荷成功參與需求側(cè)響應(yīng)，在用電高峰時段啟動備電電池，滿足自身用電需求以降低對電網(wǎng)的壓力，相當(dāng)于瞬間啟動了一座每小時需要16噸燃煤的中型火電站，卻沒有產(chǎn)生任何空氣污染和碳排放。
??而在夜間用電低谷期，風(fēng)電等新能源可能處在發(fā)電高峰期，發(fā)電量往往超出電網(wǎng)的消納能力，如果不能充分利用，不僅浪費了清潔能源，過多的發(fā)電量還可能導(dǎo)致電網(wǎng)頻率和電壓的波動，威脅電網(wǎng)的安全。這時，可以啟動虛擬電廠為基站內(nèi)的備電電池充電，把消納不掉的新能源電量儲存起來，提高新能源利用效率的同時，助力電網(wǎng)安全運行。
??據(jù)不完全統(tǒng)計，如果將上海地區(qū)的5G基站全部組織起來，由其組成的虛擬電廠響應(yīng)負(fù)荷將達80萬到90萬千瓦，相當(dāng)于一座大型火電場的發(fā)電能力，能夠為近百萬戶家庭提供清潔的生活用電。隨著各行各業(yè)更多類似的可調(diào)負(fù)荷，如配備儲能設(shè)施的充電樁等被納入虛擬電廠，將形成一個調(diào)節(jié)能力更強大的虛擬電廠資源池。
??與此同時，虛擬電廠作為能源行業(yè)新質(zhì)生產(chǎn)力的典型應(yīng)用，對于國家能源安全也具有重要的現(xiàn)實意義。能源安全不僅關(guān)系到經(jīng)濟的穩(wěn)定和發(fā)展，還涉及人民生活水平的提高和社會的長治久安。虛擬電廠在無須大量投資的前提下，通過技術(shù)創(chuàng)新、政策支持和市場機制的完善，通過“削峰填谷”等措施可以有效應(yīng)對新能源的波動性、間歇性等特點，實現(xiàn)能源的綠色低碳轉(zhuǎn)型，保障能源供應(yīng)的穩(wěn)定性和可靠性。同時，通過新能源穩(wěn)定可靠的供應(yīng)，逐步降低對進口化石能源的依賴，可以有力提高我國的能源獨立性。
??因此，作為一種新型的電力資源管理和運營模式，虛擬電廠對促進國家能源安全具有重要意義，是保障國家能源安全的重要手段。
??（作者：胡繼業(yè) 韓亦舜，分別系清華大學(xué)博士生，清華大學(xué)數(shù)據(jù)科學(xué)研究院教授）