与欧洲侧重于分布式电源不同，美国虚拟电厂业务起源于需求响应。在联盟政府出台了一系列鼓励政策的基础上，各个州也在推出不同的需求响应机制，这些机制包括激励型和市场价格驱动型，主要由监管部门和公共事业公司管理。第三方虚拟电厂公司则组织用户参与项目，同时也推出多种用户定制化服务和用户可选解决方案，协助客户增强能源使用效率和获得额外收益。目前，美国需求响应资源主要以工业负荷、居民负荷以及用户侧储能为主。
美国虚拟电厂业务起源于需求响应。20 世纪 70 年代，随着中央空调在美国逐步普及，炎热夏季里电力负荷急剧增加，尖峰负荷问题频现，在此背景下，美国的需求响应模式应运而生。2000 年，美国能源部提出需求侧管理计划，其涵盖电力服务的规划、实施以及监测等一系列活动，其核心目的在于引导消费者调整电力消费的水平与模式。2005 年，《能源政策法案》第 1252 (d) 节明确要求，能源部（DOE）需出具一份关于电力市场中需求响应优势的报告，并给出推动需求响应计划成功落地的行动建议。2006 年 2 月，能源效率和可再生能源办公室（OE）依令发布了该报告。2007 年，《能源独立与安全法案》进一步规定，委员会要对全国需求响应的潜力展开评估，拟定全国需求响应行动计划，同时与能源部携手制定落实全国行动计划的具体提案。如此层层推进，为美国虚拟电厂业务的后续发展筑牢根基。
此后，美国联邦能源监管委员会（FERC）陆续颁布多项指令，积极鼓励可调负荷资源以及分布式电源融入批发市场。2007 年 2 月，FERC发布的第 890 号指令准许非发电资源涉足特定辅助服务领域，为能源市场多元化发展开辟了新路径。2008 年 10 月出台的 719 号指令，即批发市场竞争最终规则，大力推动需求侧资源进军市场，明确指示系统运营商认可负荷资源在提供部分辅助服务时，与其他资源出价具备同等效力，同时还允许聚合商以零售客户代表的身份，聚合资源参与批发市场竞价。2011 年 3 月发布的 745 号指令规则聚焦批发市场中聚合商参与的补偿事宜，着重强调，当确认资源既能有效平衡供需又兼具成本效益时，应给予其等同于能源市场价格的报酬。2020 年 9 月 17 日颁布的 2222 号指令进一步助力分布式能源资源（DERs）深度融入电力市场。通过破除一系列阻碍分布式能源资源与传统发电资源在区域电网运营商主导的容量、能源及辅助服务市场中公平角逐的壁垒，让分布式资源能够借助聚合手段，与传统资源并肩参与区域性批发市场，推动美国能源产业迈向全新发展阶段。
近年来，美国出台的《通货膨胀削减法案》推行了一系列举措。其中，针对虚拟电厂可纳入的资源，如电动汽车、智能家电等，予以鼓励购买的政策引导，促使分布式可调资源的规模持续壮大，为虚拟电厂的大规模广泛部署筑牢根基。与此同时，美国能源局最新发布的报告指出，2030 年若能将虚拟电厂的规模增加两倍，达成 80 - 160GW 的部署目标，将会极大提升美国电网对快速电气化进程的承载能力，每年还可削减高达 100 亿美元的电网运营成本，实现经济效益与供电效能的双丰收。此外，近期美国能源局负荷项目办公室积极谋划，设立专项扶持资金，用于虚拟电厂的研究探索、试点实践以及项目建设等各个关键环节，力求以更为经济高效的方式，满足电网在负荷峰谷期的运行需求，进而规避建设成本高昂的峰值发电厂。
（2）美国地区虚拟电厂行业发展现状
在需求响应市场颇为活跃的加州地区，推出了多样化的需求响应计划，这些计划大体可归为两类：其一为以电力价格为基础的需求响应机制，其二是激励型需求响应机制。就前一种机制而言，主要由加州独立系统运营商（California Independent System Operator，简称 CAISO）—— 加州主要的电力公用事业监管机构，负责对相关活动进行监管。在此机制下，需求响应代理商、分布式能源聚合商以及储能运营商，均可依据价格信号，在现货市场或者辅助服务市场参与投标，借此调整负荷或电力出力。而后一种需求响应机制，则主要由政府部门或公共事业委员会负责设计与监管。例如，加州能源局推出需求侧电网支持项目，在电力供应极度紧张的时段，参与者每削减 1kWh 的用电负荷，便能获得 2 美元的奖励。类似地，加州公用事业委员会（CPUC）设立了紧急负荷削减项目（ELRP），在每年 5 月至 10 月的夏季用电高峰期，借助三大公共事业公司（PG&E、SCE 和 SDGE）予以推行，用户削减负荷也能得到响应地奖励。但参与者只能在上述两个项目中择其一参加。
此外，三家公共事业公司也制定了一系列举措，助力平衡电网供需关系，诸如容量竞标计划（CBP）和基本可中断计划（BIP）等等。而第三方聚合商则负责整合需求侧资源，参与公共事业公司及监管部门推出的各类项目。居民用户、商业用户、农业和工业用户，均可自主选择参与由公用事业公司、社区选择聚合商、聚合商或需求响应提供商所提供的需求响应项目，来收获经济奖励，以及削减自身的能源费用支出。
在其他地区，同样有着类似的政策与举措。以新英格兰独立系统运营商（ISO-NE）为例，其推出了主动需求容量资源项目（ADCR）以及被动（高峰时段）需求响应项目（PDR）。主动需求容量资源项目（ADCR）于每年夏季和冬季期间推行，系统运营商会提前 30 分钟向参与方发出通知，参与方依照事先约定削减负荷用电量。后续，基于年度远期容量拍卖价格以及申报的负荷削减能力，参与组织每月每千瓦将获取相应的容量支付；并且，依据实时小时能源现行价格，针对实际响应以及测试环节中相较于基准用电量所削减的电量，参与组织还能收获对应的能量报酬。至于被动（高峰时段）需求响应项目（PDR），其核心在于激励需求侧持久降低负荷用电量。因而，加入该项目的参与者，将依据远期容量市场价格，得到凭借能效提升项目以及涵盖可再生能源的分布式发电所达成的永久性负荷削减量所对应的奖励。
在政策的有力引导与监管部门的严格把控下，各地的需求响应容量呈现出稳步上扬趋势。以得克萨斯州为例，据得克萨斯州电力可靠性委员会（ERCOT）的统计数据显示，十年来，该州的需求响应容量近乎实现倍增，2010 年时为 2GW，到了 2020 年已然攀升至 4GW。同样，依据佛罗里达州公共服务委员会（FPSC）所公布的数据，该州目前的需求响应容量已然突破 1.8GW 大关，其中大部分容量的增长得益于商业和工业领域消费者对需求响应计划的积极参与。
（3）美国地区虚拟电厂行业市场规模
依据 Fortune Business Insights 提供的数据，2022 年美国虚拟电厂市场规模已攀升至 4.9317 亿美元。在科技进步的浪潮下，可再生技术日新月异，分布式发电灵活性增强，使得个人和企业拥有自主发电的能力，有效削减了对传统集中式电源的依赖。尤其在美国，电网稳定性与灵活性的诉求愈发迫切，成为推动虚拟电厂蓬勃发展的强劲动力。随着间歇性可再生能源在能源版图中的占比不断扩大，电网运营商在维持电网平稳运行、保障供电可靠性方面遭遇重重挑战。此时，虚拟电厂凭借其对分布式能源资源的高效聚合管理能力，精准平衡实时电力供需、全方位提供辅助服务，为筑牢电网稳定性防线以及优化可再生资源利用率贡献卓越力量，为市场发展注入源源不断的活力。值得一提的是，伴随美国车网互动（V2G）技术以及家用电池储能设施的日益普及，虚拟电厂与分布式能源的协同发展之路愈发宽广，虚拟电厂和分布式能源的未来发展潜力巨大。因此，预计到2030年，美国虚拟电厂市场规模有望实现 7 倍的增长。
数据来源于www.fortunebusinesssinsights.com
与欧洲虚拟电厂相似，美国虚拟电厂公司类型也大致可以分为四类：
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第一类是独立虚拟电厂运营商，这些运营商不隶属任何大型能源公司，主要通过聚合负荷资源参与公共事业公司需求响应项目或者电力市场，为客户提供软件技术服务。典型案例公司有CPower和OhmConnect。
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第二类是大型能源公司，包括跨国、地区企业。虚拟电厂项目作为这些公司一类单独的业务，也是主要聚合负荷资源，参与公共事业公司需求响应项目或者电力市场。如Enel。
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第三类是新型电力系统参与者，他们自身拥有光伏或者储能等分布式资源，通过虚拟电厂的聚合，来提供电网服务并为用户创造经济价值。如特斯拉和SunPower。
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第四类是智能化电气化大型公司，这些公司拥有帮助企业进行智能化电气化数字化改造的硬件设备和软件解决方案。多数公司作为技术服务商仅为售电公司或者公共事业公司提供需求响应软件平台，部分公司自己聚合资源，参与电网服务和提升客户的能源使用效率，来增加额外收益。典型案例公司有Eaton。
下面是一些具有代表性公司的详细介绍：
（1）CPower
CPower成立于2000年，是美国最早一批专注于提供需求响应服务的虚拟电厂公司，其虚拟电厂平台将客户的分布式资源连接到能源市场，并以单一主体参加电网服务（如参与应急容量需求响应、向电网出售多余能源以及向电网提供辅助服务）。通过全天候调度中心，Cpower确保用户设备的负荷性能和合规性，并跟踪和衡量付款。目前，Cpower为27,000多个资源的2,500多个客户提供服务，并在美国能源市场和公用事业公司的60多个项目中管理约6.7GW的分布式资源容量。
图片来源于CPower公司官网，https://cpowerenergy.com/
CPower已经有多个实操案例：比如帮助Metal Technologies钢铁厂参与了多个需求响应和电网服务项目，在宾夕法尼亚-新泽西-马里兰电力市场（PJM）的容量市场、经济负荷响应和同步储备项目中发挥作用。此外，Cpower对弗吉尼亚州多个城市的市政负荷进行运营优化控制，聚合后参与PJM需求响应项目，帮助市政减少了财政支出和能源消耗。
OhmConnect是一家针对住宅负荷的虚拟电厂公司，其聚合分散的居民负荷形成虚拟电厂，再参与公共事业公司或者监管机构的需求响应项目。OhmConnect的盈利方式为两部分，一是向公共事业部门承诺每年的电能减少，这些事业单位向OhmConnect支付相应量的费用；二是在电力市场中以供给侧身份进行交易，交易可获得每千瓦4分到1美元的价格。用户通过app收到不同时段需求响应的通知，并进行用电行为改变，公司将部分收益返还给减少用电的用户。
2024年5月，Renew Home与OhmConnect和谷歌的Nest Renew合作，推出了美国最大的住宅虚拟发电厂之一。项目预计将数百万客户聚集在一起，以提高电网稳定性并降低家庭能源成本。目前，Renew Home管理着近3GW的电能使用，并计划到2030年将其扩大到50GW。据美国能源部（DOE）预测，这一增长预计将占虚拟电厂发展总体增长的约四分之一。
特斯拉也在积极布局虚拟电厂业务，其虚拟电厂项目利用分散的能源存储系统，如旗下品牌Powerwall家用电池，来提供电网服务。截至2024年第三季度，特斯拉已经安装了超过750,000个Powerwall，其中100,000个Powerwall参与了虚拟电厂项目。这些虚拟电厂在全球范围内运营，为当地电网提供支持，并在能源使用高峰期间平衡供需。
在加州，特斯拉打造的虚拟电厂与公共事业公司PG&E 达成深度合作，在电网面临供电压力、亟需电力支持的时候，虚拟电厂能够贡献出电池组中所储存的电能，Powerwall 用户每贡献 1 千瓦时的电量，能获得 2 美元的补偿，目前虚拟电厂已经能够稳定输出超过 125 MW 的电能。此外，特斯拉与软件技术公司EnergyHub合作在东北地区建立虚拟电厂。通过该项目，符合条件的特斯拉 Powerwall用户可以通过特斯拉应用程序直接加入EnergyHub的 ConnectedSolutions 虚拟电厂项目，在电网需要时为电网提供支持。
美国在虚拟电厂领域对需求侧资源开发已取得显著进展，其需求响应机制多样化，既有激励性措施，也有市场价格导向型策略。随着我国新能源装机容量的持续增长，电力系统的安全稳定运行将面临新的挑战。为此，我国不仅要对需求响应的电能量调整给予补贴支持，更应着力构建常态化的容量市场，确保在用电高峰期电网具备充足的调节资源。同时，进一步创新需求响应激励机制，例如结合季前备用、日前优先和日内响应等多种需求响应模式。此外，随着电力市场的日益成熟，价格信号在平衡供需中的作用愈发重要。可以允许负荷资源调整享有与其他发电资源同等的市场价格，以充分体现需求响应的价值，进一步激发市场需求响应的潜力。
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