什么是虚拟电厂，它如何减少碳排放？
虚拟电厂（VPP）是由分布式能源资源（如屋顶太阳能板、风力涡轮机、电池储能系统以及柔性负荷（例如智能恒温器或电动汽车充电桩））组成的网络，这些资源通过中央软件系统协调运作，如同一个单一发电厂。与建造一座大型化石燃料电厂不同，虚拟电厂将众多小型、通常为可再生能源的发电单元整合在一起。通过这种方式，它能够调整用电时间（需求响应）、储存多余的可再生能源，并在电价最高时将其回售给电网。这直接减少了对燃煤或燃气电厂的运行需求，从而降低碳排放。
澳大利亚大本迪戈市的一项研究模拟了一个以社区为核心的虚拟电厂（VPP），该电厂整合了太阳能、风能和电池储能系统。通过采用强化学习算法优化能源供应与市场交易，该虚拟电厂在十年内将城市的碳排放量降低了50%至70%。同时，当地电价也从每千瓦时0.15至0.30澳元降至仅0.05澳元[2]。这是一个虚拟电厂同时带来环境与经济效益的真实案例。
实践中的减排效果：证据表明了什么？
多项研究证实，虚拟电厂（VPP）能够减少排放，但减排效果取决于其设计方式及遵循的市场规则。2024年在中国雄安新区开展的一项研究采用双层博弈方法，协调了包含风电、光伏和火电机组的虚拟电厂。该策略在最大化利润的同时，实现了碳排放最小化并保障了客户满意度。结果表明，与各资源独立运行相比，虚拟电厂可降低碳排放并提升可再生能源利用率[1]。
另一项2025年的研究对比了中国某地区的三种虚拟电厂：供电型（以发电机组为主）、负荷型（以灵活用电用户为主）以及混合型（两者兼具）。通过采用新的评估框架，混合型虚拟电厂在整体减排效果上表现最佳，优于其他两种类型[3]。这表明，将发电、储能与需求侧灵活性相结合，是实现减排效果最优的设计方案。
一项2025年的独立研究明确将碳排放成本纳入虚拟电厂（VPP）的调度模型。当VPP以同时最小化运营成本和环境成本为目标进行优化时，可控（化石燃料）发电机的出力进一步减少，从而降低了整体环境成本[4]。这表明，当市场对碳进行合理定价时，VPP会通过进一步减少化石燃料的使用来作出响应。
那么问题来了：虚拟电厂何时减排效果会打折扣？
证据还表明，虚拟电厂（VPP）并不会自动减少排放——它们需要合理的市场设计和内部策略。2022年一项关于竞价策略的研究发现，当VPP参与碳电融合市场（即交易碳信用额度的市场）时，能够减少排放并改善环境质量。但当同一VPP在不考虑碳信用额度的情况下运行时，其减排效果则较弱[5]。换言之，如果电力市场不对低碳电力给予激励，VPP可能会优先考虑利润而非减排。
另一个关键因素是可再生能源发电的不确定性。2024年在雄安开展的一项研究指出，风电和光伏出力的波动性会影响虚拟电厂实现其排放目标的能力。该研究采用的双层博弈方法引入了区间估计来处理这种不确定性，但这增加了复杂性[1]。因此，虚拟电厂的减排效果并非必然——它依赖于精准的预测、智能的协调以及重视碳减排的市场规则。
关于这些来源
该回答基于5篇经同行评审的研究——发表于2022年至2025年间，其中3篇为2024年及以后发表，1篇发表于Q1期刊——这些研究是从5篇通过质量筛选的研究中选出的最相关成果，而该筛选过程则源自从超过5亿篇论文数据库中检索到的47篇文献。
本文引用的文献
基于双层博弈方法的虚拟电厂协调运行策略
针对中国雄安新区虚拟电厂（VPP）的双层博弈方法，在实现利润最大化的同时，最小化碳排放并促进可再生能源利用，通过试点区域的案例研究验证了其有效性。
澳大利亚某城市以虚拟电厂为核心的社区可再生能源转型案例研究
澳大利亚大本迪戈市的一个社区型虚拟电厂（VPP），通过强化学习算法，在10年内将碳排放量降低了50%至70%，并将电价从0.15–0.30澳元/千瓦时降至0.05澳元/千瓦时。
统一电力市场下虚拟电厂碳减排价值评估框架
一项2025年发布的虚拟电厂（VPP）碳减排评估框架发现，混合型虚拟电厂（整合发电、负荷与储能）的减排效果最佳，优于仅含电源或仅含负荷的虚拟电厂。
考虑碳排放成本的电力市场机制下虚拟电厂的优化与调度
包含碳排放成本的虚拟电厂（VPP）最优调度模型进一步减少了可控（化石燃料）发电机的出力，从而降低了环境成本，仿真结果验证了这一点。
一种基于虚拟电厂社会福利的智能竞价策略，考虑碳交易因素
与未考虑碳信用的模型相比，在碳整合日前电力市场中，虚拟电厂（VPP）的战略竞价模型在纳入碳信用后减少了排放并改善了环境质量。