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隨著可再生能源的普及和智慧電網技術的進步，虛擬電廠的概念日益受到重視。虛擬電廠透過整合和最佳化分散式能源資源，實現電網的靈活排程和穩定運營，不僅可以快速響應突發事件，減少對傳統峰值發電廠的依賴，還能增強電網的彈性，提高整體能效，在保障電力系統的穩定性和可靠性的同時減少對環境的汙染。作為該領域的領先企業，AutoGrid憑藉先進的整合平臺與大量企業達成合作，在積累豐富經驗的同時助力美國清潔能源轉型。（首圖來自圖蟲創意）
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Part 1 公司簡介
1.1 公司概述
AutoGrid是一家美國清潔能源技術公司，由前斯坦福大學智慧電網研究室負責人阿米特·納拉揚（Amit Narayan）於2011年創立。公司依託其創新性軟體解決方案，致力於透過大資料與人工智慧技術的融合應用，對能源供需進行精細化管理，以此推動可再生能源的廣泛採納與進步。作為能源轉型領域的領航者，AutoGrid持續挖掘分散式能源資源（DERs）的潛力，旨在構建一個智慧化、清潔化以及高度靈活的電網架構。
透過其軟體平臺，AutoGrid在全球17個國家管理著超過6,000兆瓦的虛擬電廠（Virtual Power Plant, 簡稱VPP）。這些虛擬電廠包括從電動汽車、家庭儲能或太陽能電池板到校園或工業場所的微電網，以及公用事業規模的儲能和可再生能源農場。AutoGrid的技術直接作用於應對氣候變化，透過管理和部署電池、電動汽車和靈活負載的額外未開發容量，為依賴化石燃料的峰值發電廠提供了一種可持續的替代方案。
AutoGrid獲得了多項行業認可，包括2015年度紅鯡魚（RedHerring）北美百強企業獎、世界經濟論壇技術先鋒獎和2016年度彭博新能源先鋒獎。其客戶涵蓋眾多知名企業，包括德國意昂集團（E.ON）、博納維爾電力管理局（Bonneville Power Administration）、佛羅里達光與電力公司（Florida Power & Light）、南加州愛迪生公司（Southern California Edison）、艾奈可能源公司（Eneco）、波特蘭通用電氣（Portland General Electric）、CPS Energy、新罕布什爾州電力合作社（New Hampshire Electric Cooperative）、NextEra Energy以及軟體公司CLEAResult。
1.2 創始人介紹
AutoGrid的創始人兼執行長阿米特·納拉揚（Amit Narayan）曾擔任斯坦福大學智慧電網研究室的負責人一職。他致力於電力系統建模和模擬的研究，並領導了電網建模、最佳化和控制及電力市場相關的跨學科專案。
當他年幼的兒子在一次交通堵塞中因為擔憂汽車尾氣會耗盡空氣而哭泣時，阿米特·納拉揚深受觸動。這激發了他對於人類活動對地球影響的深刻思考，並促使他決心尋找改善陳舊且低效電力網路的方法。他產生了創立AutoGrid的念頭，目標是透過軟體、資料科學和人工智慧技術來革新電力分配方式，從而提高現有電網的效率並減少碳排放。儘管他在微晶片設計領域有著深厚的專業背景，但對於電力系統卻是個新手。然而，他對這一領域的熱情以及將其他領域技術應用於電力系統的構想得到了斯坦福大學導師的支援，斯坦福大學還為他提供了一個研究平臺。
納拉揚的概念吸引了美國能源部的關注，並獲得500萬美元的資助，這也成為了AutoGrid誕生的基礎。隨著公司的成長，AutoGrid的技術引起了全球能源巨頭施耐德電氣的興趣，後者不僅成為AutoGrid的早期投資者，也成為其重要客戶。
2022年底，AutoGrid成為了施耐德電氣的獨立子公司，但保留了公司的品牌獨立性和創新能力，同時受益於施耐德在全球範圍內的資源支援。2023年底，AutoGrid又被Uplight所收購，施耐德電氣對合並後的公司持續投資，助力AutoGrid實現目標。
1.3 發展歷程
2011年，AutoGrid成立於美國加州的Redwood City。
2012年，AutoGrid開發了重要產品AutoGrid DROMS™，該平臺利用先進的資料分析和人工智慧技術，最佳化需求響應計劃，使電力公司能夠更好地管理分散式能源。
2015年，施耐德電氣開始與AutoGrid展開長期合作，以提高自身在電網管理、電氣化和去碳化三方面的能力。
2016年，AutoGrid推出了AutoGrid Flex 3.0，該產品成為行業首個用於需求響應（DR）管理、分散式能源管理和虛擬發電廠的全面靈活性管理解決方案。AutoGrid Flex 3.0將AutoGrid 的三個靈活性管理應用程式（AutoGrid DROMS™、AutoGrid DERMS™ 和 Auto Grid VPP™）整合到一個統一的應用程式套件中，為能源服務提供商提供全面的分散式能源資源靈活性管理解決方案。
2020年，AutoGrid與施耐德電氣宣佈推出一套完全整合的高階配電管理系統（ADMS）源資源管理系統（DERMS）。
2022年，AutoGrid被施耐德電氣收購。
2023年底，AutoGrid又被Uplight 收購，施耐德電氣繼續投資於合併後的公司。
在此發展過程中，據Crunchbase統計，AutoGrid經歷過十餘次融資活動。根據所得的公開資訊，AutoGrid的融資金額不少於1.6億美元。
資料來源：Crunchbase
Part 2 商業模式
2.1 市場背景：虛擬電廠市場正顯著增長
在美國，電力網路正處於一個重要的轉型期。隨著各州和公用事業公司紛紛設立氣候目標，能源格局正從傳統的化石燃料轉向可再生能源。在這種轉變過程中，為所有使用者提供既經濟又可靠的電力供應變得尤為重要，同時也面臨著前所未有的挑戰。分散式能源資源的應用正在重新定義電力的生產、分配和消費模式。
預計在未來幾十年裡，峰值電力需求將以前所未有的速度增長。美國能源監管機構對夏季和冬季的電力系統可靠性表達了關切。許多按照夏季峰值負荷設計的州和地區，尚未有足夠的能力面對譬如2021年德克薩斯州停電所帶來的冬季峰值事件。此外，那些制定了去碳化目標的區域市場，在可再生能源發電比例上升的同時，面臨著維持電網可靠性的挑戰。
（資料來源：AutoGrid官網）
與傳統的集中式發電相比，虛擬電廠能以較低的成本與較小的碳足跡解決上述可靠性問題。虛擬電廠的資產（如太陽能板、儲能裝置、電動車電池等）通常分佈在不同的地理位置，並且由多個第三方所有者擁有和維護。這些資產的所有者負責選址安裝、裝置架設和與電網的連線。虛擬電廠組織者透過支付一定的費用，獲得對這些資產的訪問和控制，從而將這些分散式能源整合並整合為一個統一管理的虛擬發電廠。這種方法能更有效地利用分散式能源資源，提高能源利用率，並有助於增強電網的靈活性和可靠性。
在此背景下，全球虛擬電廠（Virtual Power Plant，簡稱VPP）市場正在經歷顯著增長。據市場研究諮詢公司Grand View Research研究資料，2023年全球虛擬電廠市場規模估計為41.3億美元，預計到2024年將達到50.1億美元。從2024年到2030年，該市場預計將以22.2%的複合年增長率增長，到2030年該市場規模有望達到166.5億美元。
根據諮詢公司Guidehouse Insights的評價體系，全球虛擬電廠市場第一梯度的參與者包括AutoGrid、Enbala和Kiwi Power，第二梯隊的公司數量相對較多，其中較有競爭力的包括Centrica、Limejump、ABB和Siemens等公司。這些公司透過提供先進的軟體平臺和整合系統，不斷增強虛擬電廠的功能和可擴充套件性，從而最佳化分散式能源資源的管理。
（資料來源：美國能源局，Guidehouse Insights）
2.2 客戶型別
AutoGrid的目標客群主要為企業級客戶，這些企業客戶使用AutoGrid的平臺來管理和最佳化他們的能源資源，提高電網的效率和可靠性。AutoGrid的客戶主要分為兩大類：購電單位和合作夥伴，主要涵蓋型別如表2所示。
（資料來源：作者根據官網資料整理）
（資料來源：美國能源局）
對於購電方（即公共事業公司、獨立系統運營商和電力批發市場）而言，以下特點共同構成了虛擬電廠對購電方的吸引力，使其成為了一種高效且可靠的能源採購選擇：1）熟悉的採購模式：虛擬電廠採用的採購模型與傳統的購電協議（PPAs）相似，這意味著購電方可以依賴於他們熟悉且信任的合同框架；2）激勵一致的定價策略：購電方與虛擬電廠之間的激勵機制是一致的，因為支付是基於實際表現，可確保雙方利益趨向一致；3）快速交付兆瓦容量：虛擬電廠能夠迅速部署並上線新的產能，這對於需要快速增加發電能力的購電方來說非常有利；4）可擴充套件的容量配置：虛擬電廠可根據需求靈活地調整總裝機容量，無論是擴大還是縮減規模，都可以更好地匹配購電方的需求變化；5）無需評估和簽約眾多分散式能源資源供應商：購電方無需花費大量時間和資源去評估並分別與每一個分散式能源資源供應商簽訂合約，虛擬電廠在此充當了一個整合的角色，簡化了這一過程。
對於合作伙伴（原始裝置製造商、微電網開發商、電車運營商、光伏廠商等）而言，可以透過AutoGrid的產品和服務來提升自身能源效率、降低成本或者滿足特定的能源需求，以下原因促使這些公司願意尋求與AutoGrid的合作：1）改善硬體銷售的單位經濟效益，透過專案激勵支付；2）為合作伙伴提供額外收入；3）無需建立複雜的內部電網服務團隊；4）可以簡化或繞過公用事業合同流程。
2.3 業務板塊
2.3.1 需求響應
需求響應（Demand Response, 簡稱DR）是電力系統中一個重要概念，指的是當電力市場價格顯著升高或系統安全可靠性面臨風險時，使用者根據價格訊號或激勵措施有意識地改變其用電行為，透過減少或增加用電來促進電力供需平衡和保障電網穩定執行的一種短期行為。需求響應可以透過分時電價、即時電價等價格機制，或者直接補償等激勵措施來實施。
AutoGrid開發了一個先進的需求響應管理系統DROMS™，能夠幫助能源公司和公用事業公司透過一個整合平臺來管理和最佳化他們的需求響應計劃。該平臺能夠處理複雜的業務邏輯，提供準確的負荷預測，並且能透過及時的客戶通知來提高客戶參與度和計劃的整體效果。此外，它還支援隨著需求響應計劃的增長而快速擴充套件。
資料來源：作者據公開資料整理
透過上述表格可以看出，當使用了高階DRMS後，能源專案的年度總成本略有下降，而年度總效益則有了顯著提升，特別是可靠負荷削減、避免發電容量成本、避免輸配電容量成本以及輔助效益方面均有增長。同時，淨效益/客戶也從55美元增加到136美元，總淨效益也從1,097,799美元增加到了2,726,721美元。這些資料顯示出高階DRMS對於提升專案效益有著明顯的作用。
2.3.2 虛擬電廠
虛擬電廠是在需求響應概念上發展起來的一種較為高階的能源管理形態。AutoGrid所研發的Flex™平臺，將多種分散式能源資源，如太陽能光伏、電池儲能、電動汽車以及需求響應程式整合在一起，形成一個可排程的整合平臺。藉助先進的預測控制演算法，Autogrid的虛擬電廠能夠最佳化分散式能源資源的管理和排程，從而平衡供需、降低峰值負荷並改善整體電網效能。
Autogrid還提供端到端的服務，包括專案管理、系統設計、安裝、維護和支援，確保可靠的容量交付。此外，Autogrid支援開放標準和多種API介面，確保與各種裝置和系統的互操作性，從而最大限度地整合分散式能源資源。透過全面的諮詢服務和運營支援，Autogrid確保了虛擬電廠專案的成功實施和最大化的投資回報，幫助能源供應商在提高效率的同時增強客戶參與度，減少了客戶流失率。
2.3.3 經典用例
2014年1月，AutoGrid與南加州愛迪生公司啟動了一個專案，部署需求響應最佳化和管理系統（DROMS）。南加州愛迪生公司是美國最大的電力公司之一，服務於加利福尼亞州中部、沿海和南部地區約1400萬人口，覆蓋面積達5萬平方英里。在與南加州愛迪生公司的專案中，電動汽車是需求響應資源的一部分，且專案涉及允許使用者從多個供應商中選擇裝置，這在當時，在全球範圍內尚屬首次。
要將電動汽車作為電網資源加以利用，必須協調多個複雜要素，涉及專案設計、車輛特性、駕駛員的偏好與習慣以及充電站本身。為了管理來自不同充電點運營商的電動汽車充電裝置（EVSE），一個無關供應商的統一平臺必不可少。相較於專有通訊系統可能導致的專案延遲和成本增加，依賴開放標準如OpenADR 2.0b和開放充電點協議（OCPP），可以提供更加簡化的途徑。
（資料來源：《White Paper-EV Fleet Management Value Stacking for VPP》）
透過AutoGrid平臺，該專案的車主輕鬆實現了需求響應充電方式。工作場所充電器使用OpenADR標準，家庭則使用SEP 2.0標準與DROMS通訊。如果車主在需求響應事件發生時減少或暫停充電，則可以以低於正常的價格為其車輛充電，客戶也可以選擇在需求響應事件期間繼續充電並支付常規費率。該專案支援了超過200名汽車客戶和16類電動汽車充電器。
Part 3 優勢與挑戰
3.1 優勢：虛擬電廠的環保經濟性
相比傳統的化石燃料發電廠，虛擬電廠提供的服務更為環保、經濟。近年來，分散式能源資源的數量顯著增加，這些資源包括使用者側的屋頂太陽能光伏板、儲能電池以及越來越多的電動車充電系統，諸如空調和智慧恆溫器之類的裝置也增加了配電網層面的需求靈活性。隨著分散式能源資源的普及、停電事件的增多以及對間歇性可再生能源利用的加深，虛擬電廠已成為去碳化電網的核心部分。虛擬電廠不僅能透過替代峰值發電廠來改善空氣質量並減少溫室氣體排放，還能在提升系統可靠性的同時為使用者節省開支。
以美國為例，傳統的化石燃料峰值發電廠大多集中在中低收入社群附近，這對周邊地區的空氣質量產生了巨大影響。這些峰值發電廠往往一年中僅在用電最高峰的250個小時內使用。
透過轉向虛擬電廠，可以退役這些汙染嚴重且成本高昂的峰值發電廠。分散式能源資源，例如居民安裝的太陽能光伏板或企業投資建設的現場儲能系統，通常是預先出資安裝的，也就是說，這些分散式能源資源在其生命週期的早期就已完成了資本支出。因此，利用這些分散式能源資源不僅無需追加大額投資，還能透過發電自用或售電、參與需求響應等方式回收成本併產生收益，從而有效地替代傳統的峰值發電廠。
3.2 挑戰：專案部署阻礙眾多
儘管美國能源部已證明了虛擬電廠的重要性，業界多方參與者也正攜手推進虛擬電廠的應用，然而虛擬電廠的實際部署進展卻較預期緩慢。其部署面臨的障礙眾多，包括但不限於以下幾點：
缺乏補償機制：對虛擬電廠提供的可靠性服務以及其所能延遲或避免的基礎設施成本，目前尚缺乏相應的補償機制。
陳舊的電力規劃流程：傳統的公用事業電力規劃流程是基於集中式資源設計的，如核電站及近年來的大型太陽能電站，並不適用於包含戶用計量表後（Behind-The-Meter，簡稱BTM）供電、負荷及儲能裝置在內的分散式能源資源 。
缺乏通用通訊標準：各類分散式能源資源之間缺乏統一的通訊標準，有時會導致供應商鎖定的問題。
分散式能源資源整合存在挑戰：儘管聯邦能源管理委員會發布的第2222號法令允許規模小至100千瓦的混合分散式能源資源聚合體進入發電市場，但由於各區域普遍存在的延遲情況，在很多地區，很多規模達標的分散式能源仍未與電網整合。
Part 4 未來展望
2023年底，AutoGrid被Uplight收購。AutoGrid執行長Ruben Llanes表示：“能源公司越來越尋求一種涵蓋靈活性管理全範圍的解決方案，從電網規模的電池到人們家中的裝置。透過強強聯合，我們正在為這些能源公司、生態系統合作伙伴以及能源客戶創造真正世界級的體驗。這一切都由我們共同的使命和全球專業知識驅動。”
同時，美國電力網路正在經歷一場深刻的變革，虛擬電網的發展預計將沿著技術創新與政策完善的雙重軌道前進。隨著分散式能源資源的迅速增長及其在能源系統中的重要性日益凸顯，虛擬電廠將成為整合這些資源的關鍵平臺。儘管聯邦能源管理委員會發布的第2222號法令已為小至100千瓦的混合分散式能源資源聚合進入發電市場鋪平了道路，但仍需克服各區域存在的整合延誤問題。未來，透過持續的政策支援（如光伏行業補貼等）和技術進步，美國將進一步強化其虛擬電網生態系統，提升電網的靈活性和效率，同時推動更廣泛的清潔能源轉型。
對於中國而言，我國同樣有大規模的分散式光伏安裝基礎，但電力市場運營商高度集中，電價較低且平穩，因此在市場層面，虛擬電廠的生存空間相對較小。透過2024年9月中國能源報釋出的《虛擬電廠力爭盈利模式多元化》一文可見，我國的虛擬電廠主要收益也來源於需求響應和少量的調峰補貼，其中需求響應方面盈利微薄，獲取調峰補償的調峰市場也並非每日開市，因此虛擬電廠運營商整體運營效益較低。未來，能否透過增加收入來源，提高虛擬電廠盈利能力；或是能否將虛擬電廠納入全國統一電力市場體系建設規劃，將在很大程度上決定我國虛擬電廠的發展前景。
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