福島核事故暴露出大規(guī)模集中式電力供給的脆弱性，日本由此下決心建設(shè)新一代電力系統(tǒng)和能源綜合管理，以實(shí)現(xiàn)電力需求側(cè)管理的智慧化向以可再生能源、蓄能為代表的小規(guī)模分布式能源體系轉(zhuǎn)型。但分布式電源如何動(dòng)態(tài)優(yōu)化組合、如何保證供需的實(shí)時(shí)平衡成為這一轉(zhuǎn)型的難題。

在能源互聯(lián)網(wǎng)的大背景下，需求響應(yīng)(DR)和虛擬電廠(VPP)成為日本電力市場(chǎng)的新寵，二者不僅可以降低系統(tǒng)基本負(fù)荷和峰值負(fù)荷，彌補(bǔ)因核電大量關(guān)閉帶來的電力缺口，而且在負(fù)荷側(cè)增加了電源多能集成的互補(bǔ)性，降低了火電調(diào)峰需求，提高了可再生能源的利用。同時(shí)，促使電網(wǎng)根據(jù)不同類型電源輸出特性實(shí)現(xiàn)優(yōu)化配置，推動(dòng)電網(wǎng)智能化提升。因此，DR和VPP成為當(dāng)前日本分布式能源互聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)創(chuàng)新的一大亮點(diǎn)。

電力市場(chǎng)新變化

隨著大規(guī)?？稍偕茉唇尤腚娋W(wǎng)，以及智慧能源技術(shù)快速發(fā)展，近幾年來，推廣實(shí)施DR和VPP技術(shù)的新商業(yè)模式在日本不斷涌現(xiàn)。DR和VPP的興起源于日本電力市場(chǎng)環(huán)境出現(xiàn)的五個(gè)新變化。

第一是自由化。2016年4月，日本電力零售市場(chǎng)實(shí)現(xiàn)了全面自由化，多元化市場(chǎng)主體紛紛加入電力市場(chǎng)競(jìng)爭大軍。截至今年3月，新成立的售電公司超過500多家，售電占比已達(dá)13%，電力公司簽約換手率突破16.2%。而且，電力用戶不僅可以自主選擇售電公司，還能直接參與需求響應(yīng)和虛擬電廠的市場(chǎng)交易中，電力供需平衡不再僅依靠發(fā)電側(cè)的“用多少發(fā)多少”，轉(zhuǎn)而通過供應(yīng)和需求兩側(cè)的市場(chǎng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，自由化是日本電力市場(chǎng)變革的起點(diǎn)。

第二是脫碳化。為完成巴黎協(xié)定國家自主減排目標(biāo)，日本一方面從電力供給側(cè)入手，大力發(fā)展以光伏發(fā)電為主的可再生能源以彌補(bǔ)核電缺口和替代化石能源，但由于可再生能源發(fā)電本身的缺陷，仍難以保障電力的穩(wěn)定供應(yīng);另一方面，從電力需求側(cè)管理入手，除依靠傳統(tǒng)的節(jié)能措施外，深度挖掘用戶側(cè)的分布式能源潛力，這已成為日本實(shí)現(xiàn)脫碳化目標(biāo)的一條新路徑。

第三是分散化。相較依靠大規(guī)?；痣?、核電等為中心的傳統(tǒng)集中式電力系統(tǒng)，日本正在構(gòu)建以光伏、風(fēng)電等小規(guī)模分布式電源以及結(jié)合儲(chǔ)能技術(shù)的新型分散化電力系統(tǒng)，終端用戶不僅僅是電力的消費(fèi)者，同時(shí)又是電力的“生產(chǎn)者”。

第四是數(shù)字化。信息技術(shù)與能源產(chǎn)業(yè)的深度融合促進(jìn)了電力數(shù)字化的發(fā)展，不僅可以遠(yuǎn)程調(diào)控用戶側(cè)發(fā)電、蓄能和用電設(shè)備，而且能將大量散落的小規(guī)模電源聚合起來，形成強(qiáng)大的用戶側(cè)發(fā)電資源，配電系統(tǒng)由傳統(tǒng)的單向潮流向滿足供需平衡的雙向潮流轉(zhuǎn)變。

第五是人口過少過疏化。據(jù)預(yù)測(cè)，到2050年日本總?cè)丝趯⑾陆?0%，到2100年將下降一半，電力需求在未來的10年預(yù)計(jì)將會(huì)減少10%左右，電力產(chǎn)業(yè)的規(guī)模經(jīng)濟(jì)性將遭到巨大挑戰(zhàn)。

需求管理新模式

面對(duì)電力市場(chǎng)的新變化，DR和VPP作為需求側(cè)管理的重要模式異軍突起。傳統(tǒng)的DR從電力需求側(cè)管理中進(jìn)化而來，以價(jià)格誘導(dǎo)和行政指令為主，主要包括分時(shí)電價(jià)、尖峰電價(jià)和可中斷負(fù)荷電價(jià)等方式，并通過下達(dá)指令，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷削減，但很難做到快速響應(yīng)。而在電網(wǎng)智能化的背景下，新型DR完全實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)調(diào)控。電力供應(yīng)緊張時(shí)，自動(dòng)向用戶發(fā)出削減負(fù)荷的需求響應(yīng)信號(hào)，電力用戶自動(dòng)接收信號(hào)，通過能量管理系統(tǒng)控制調(diào)整用電，并對(duì)需求響應(yīng)結(jié)果自動(dòng)報(bào)告。

VPP既是分布式能源也是能源互聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新應(yīng)用。從電力供應(yīng)角度看，VPP利用互聯(lián)網(wǎng)和能源管理技術(shù)將用戶擁有的分散式小規(guī)模電源集成優(yōu)化，進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和利用，像電廠一樣供應(yīng)電力;從電力消費(fèi)角度看，通過聚合控制用戶儲(chǔ)能裝置，實(shí)現(xiàn)消納可再生能源富余電力，保障電力供需平衡。據(jù)推算，到2030年日本分布式發(fā)電設(shè)備裝機(jī)容量能夠達(dá)到2591萬kW，相當(dāng)于25座百萬千瓦級(jí)煤電機(jī)組;若10%的儲(chǔ)能設(shè)備參與電網(wǎng)調(diào)節(jié)，規(guī)模將達(dá)到1320萬kW，相當(dāng)于26座百萬千瓦級(jí)煤電機(jī)組的調(diào)節(jié)能力。

VPP與RD既有重疊，又有差異。VPP重點(diǎn)在增加供給，會(huì)產(chǎn)生逆向潮流，而DR重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)削減負(fù)荷，不會(huì)發(fā)生潮流逆向。因此，是否會(huì)造成電力系統(tǒng)產(chǎn)生逆向潮流是二者最主要的區(qū)別。

日本將狹義上的VPP定義為直接并網(wǎng)的可再生能源發(fā)電設(shè)備和儲(chǔ)能裝置，而廣義上的VPP還包括用戶側(cè)的新型DR，但傳統(tǒng)DR則不包含在其中。廣義的VPP涉及的分布式“電源”主要包括發(fā)電設(shè)備、儲(chǔ)能設(shè)備以及各種節(jié)電設(shè)備。

上世紀(jì)70年代，日本開始大力推行電力需求側(cè)管理(DSM)。從1973年到2014年，GDP增加了2.4倍，但工業(yè)能耗卻減少了10%，節(jié)能水平達(dá)到世界之最。進(jìn)入90年代，日本著手DR技術(shù)研究，但真正開始實(shí)施是在2011年東日本大地震之后。

新型DR技術(shù)近幾年開始興起，2014年6月，日本第4次能源基本計(jì)劃提出：為推動(dòng)用戶側(cè)有效開展節(jié)電，隨著電力改革穩(wěn)步推進(jìn)，要積極創(chuàng)造條件引進(jìn)新型“需求響應(yīng)”模式，通過用戶側(cè)需求管理，維持發(fā)電容量的合理規(guī)模，實(shí)現(xiàn)電力穩(wěn)定供給。2016年日本政府制定的“日本再興戰(zhàn)略”提出到2030年要實(shí)現(xiàn)需求響應(yīng)占總電力需求6%的目標(biāo)。2016年日本電力公司的需求響應(yīng)容量約為10.7GW，其中78%負(fù)荷得到釋放。伴隨DR響應(yīng)電量(電源Ⅰ-b)在批發(fā)市場(chǎng)上市交易，2017年被稱為日本的“DR元年”。2017年12月，日本電源Ⅰ'通過競(jìng)價(jià)實(shí)現(xiàn)對(duì)電力用戶側(cè)負(fù)荷資源統(tǒng)一調(diào)控，全年完成133萬kW的響應(yīng)量，其中DR達(dá)到95.8萬kW，價(jià)值約合36億日元。

2015年6月，“日本再興戰(zhàn)略”明確提出推廣VPP的政策。2016年4月，“能源革新戰(zhàn)略”制定了從2016年到2020年的政府補(bǔ)貼規(guī)劃，大力支持企業(yè)開展VPP技術(shù)研發(fā)，重點(diǎn)任務(wù)之一是驗(yàn)證50MW以上虛擬電廠技術(shù)的可靠性，計(jì)劃到2020年實(shí)現(xiàn)VPP經(jīng)濟(jì)自主。2018年7月出臺(tái)的第5次能源基本計(jì)劃，繼續(xù)明確了加快低成本儲(chǔ)能電池、V2G(VehicletoGrid)、電轉(zhuǎn)氣(P2G)等技術(shù)推廣，加強(qiáng)低功率廣域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(LPWA)和M2M、P2P的技術(shù)研發(fā)，以進(jìn)一步推動(dòng)電源的低碳化。2016年日本有7個(gè)示范項(xiàng)目獲得總計(jì)26.5億日元的補(bǔ)助，2017年有6個(gè)示范項(xiàng)目得到總計(jì)60多億日元補(bǔ)助。

運(yùn)行機(jī)制市場(chǎng)化

完善市場(chǎng)機(jī)制是DR和VPP規(guī)?；l(fā)展的關(guān)鍵。

2015年11月，日本首相安倍晉三指示要在2017年創(chuàng)建“負(fù)瓦特市場(chǎng)”，以提高民眾節(jié)電的積極性。傳統(tǒng)發(fā)電廠發(fā)出的電能被稱為“正瓦特”，而節(jié)電產(chǎn)生的電能則被稱為“負(fù)瓦特”，電網(wǎng)的負(fù)荷平衡可通過電源供給“正瓦特”或削減負(fù)荷的“負(fù)瓦特”實(shí)現(xiàn)。“負(fù)瓦特市場(chǎng)”參與各方可以通過市場(chǎng)共同分享利益。

負(fù)荷集成商通過聚合調(diào)控分散式電源獲取市場(chǎng)利益，企業(yè)通過自身的儲(chǔ)能裝置、備用電源和電動(dòng)汽車等向負(fù)荷集成商提供電能而獲益，通信和IT公司通過提供電力控制技術(shù)以及相關(guān)數(shù)據(jù)分析等獲得商機(jī)，個(gè)人電力用戶則可通過提供屋頂光伏、儲(chǔ)能裝置和電動(dòng)汽車向負(fù)荷集成商提供電能。由此可見，市場(chǎng)主體之間有效合作機(jī)制的建立，才能保證所有參與者的合理收益，使參與者保持長期參與的積極性，確保市場(chǎng)的穩(wěn)定性和價(jià)值實(shí)現(xiàn)。

“日本再興戰(zhàn)略(2016)”提出，到2030年，負(fù)瓦特交易量要實(shí)現(xiàn)與美國相同水平，達(dá)到最大電力需求的6%。日本最大電力需求峰值約為160GW，按6%計(jì)算則為10GW，相當(dāng)于10座百萬千瓦級(jí)煤電機(jī)組，潛力巨大。

2017年4月，日本負(fù)瓦特市場(chǎng)正式啟動(dòng)，目前按交易主體和目的可以分為兩大類，第一類是電力零售企業(yè)，主要目的是調(diào)控用戶側(cè)節(jié)電量與計(jì)劃發(fā)電量的匹配;第二類是輸配電企業(yè)，目的是通過增減負(fù)荷保障供需平衡。

日本電力市場(chǎng)實(shí)行自由化之前，電價(jià)完全按成本核算，電價(jià)不僅包括電能本身的價(jià)值、還包括保障電力供給所必須的電力容量價(jià)值，以及調(diào)節(jié)電力供需平衡和維持電能質(zhì)量的調(diào)峰容量價(jià)值。負(fù)瓦特市場(chǎng)使得減少負(fù)荷電力需求與電源發(fā)送電力具有相同價(jià)值。于是，電力市場(chǎng)設(shè)計(jì)開始重新評(píng)估市場(chǎng)各方的利益和價(jià)值。

經(jīng)過幾輪電改，日本逐步建立起了基于期貨市場(chǎng)、日前市場(chǎng)、小時(shí)前市場(chǎng)、現(xiàn)貨市場(chǎng)等DR和VPP參與的市場(chǎng)運(yùn)營機(jī)制，今后還將陸續(xù)建立和形成基荷市場(chǎng)、容量市場(chǎng)、非化石價(jià)值市場(chǎng)、輔助服務(wù)市場(chǎng)等新的電力市場(chǎng)機(jī)制。從今年5月起FIT綠色證書將在非化石價(jià)值市場(chǎng)交易，2019年該市場(chǎng)還將向所有非化石能源開放;為促進(jìn)新電力公司參與基荷電源交易競(jìng)爭，日本計(jì)劃2019年創(chuàng)建基荷電能市場(chǎng);競(jìng)爭性電力市場(chǎng)還要求建立電力容量和調(diào)節(jié)容量的市場(chǎng)機(jī)制，2020年日本將啟動(dòng)容量市場(chǎng)，并創(chuàng)設(shè)需求調(diào)節(jié)市場(chǎng)。市場(chǎng)機(jī)制的完善使DR和VPP在不同市場(chǎng)環(huán)境下形成調(diào)度和競(jìng)價(jià)，更具有廣泛的適用性，但也必須注意市場(chǎng)價(jià)格和響應(yīng)速度是影響其發(fā)展的關(guān)鍵。

綜上所述，DR和VPP商業(yè)模式不僅是收集分散的電能、控制負(fù)荷量，還可以參與系統(tǒng)調(diào)度，提供調(diào)峰、調(diào)頻輔助服務(wù)等，從而在促進(jìn)可再生能源大規(guī)模發(fā)展的同時(shí)提升電力系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力和可靠性。隨著分布式能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，未來發(fā)電、容量、調(diào)峰三大價(jià)值將形成獨(dú)立市場(chǎng)體系，日本電力市場(chǎng)將進(jìn)入以DR和VPP為代表的電力供需耦合新時(shí)代。