隨著大規(guī)模可再生能源接入電網(wǎng)以及智慧能源技術(shù)日新月異的發(fā)展，近幾年來，推廣實(shí)施DR和VPP技術(shù)的新商業(yè)模式在日本百花齊放，DR和VPP的興起源于日本電力市場環(huán)境出現(xiàn)的新變化，這些變化的主要特征大體可以概括為“5個(gè)D”。

第一個(gè)是自由化（Deregulation）。

2016年4月日本電力零售市場實(shí)現(xiàn)了全面自由化，多元化市場主體紛紛加入電力市場競爭大軍。

截至2018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%。電力用戶不僅可以自主選擇售電公司，而且還能直接參與到DR和VPP的市場交易中，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)的市場進(jìn)行調(diào)節(jié)，自由化是日本電力市場變革的起點(diǎn)。

第二個(gè)是脫碳化（De-carbonization）。

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)電本身所具有的間歇性和波動(dòng)性，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，除了依靠傳統(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。

第三個(gè)是分散化（Decentralization）。

相較依靠大規(guī)模火電、核電等為中心的傳統(tǒng)集中式電力系統(tǒng)而言，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”。

第四個(gè)是數(shù)字化（Digitalization）。

互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和AI技術(shù)加速了信息通訊與能源產(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。

第五個(gè)是人口過少過疏化（De-population）。

據(jù)預(yù)測到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)性遭到前所未有的挑戰(zhàn)。

面對電力市場的新變化，DR和VPP作為需求側(cè)管理的重要模式異軍突起。所謂“需求響應(yīng)”是指電力用戶針對DR實(shí)施機(jī)構(gòu)發(fā)布的價(jià)格信號或激勵(lì)機(jī)制做出響應(yīng)，主動(dòng)改變自身用電行為，目前主要分為價(jià)格誘導(dǎo)型和激勵(lì)協(xié)議型兩種類型。

傳統(tǒng)DR源于美國，是從電力需求側(cè)管理中進(jìn)化而來，以價(jià)格誘導(dǎo)和行政指令為主，主要包括我們所熟悉的分時(shí)電價(jià)、尖峰電價(jià)和可中斷負(fù)荷電價(jià)等方式。

傳統(tǒng)DR一般通過下達(dá)指令，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷的削減，但往往很難做到快速響應(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，在電力供應(yīng)緊張時(shí)，自動(dòng)向用戶發(fā)出削減負(fù)荷的DR信號，家庭或企業(yè)等電力用戶自動(dòng)接收DR信號，通過自己的能量管理系統(tǒng)控制調(diào)整用電，并對DR結(jié)果自動(dòng)進(jìn)行報(bào)告。

新型DR能夠?qū)崿F(xiàn)迅速、高效和精準(zhǔn)的電力實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)控，能有效解決電力供給側(cè)可再生能源發(fā)電出力帶來的巨大不確定性。

虛擬電廠的概念源自德國，從某種意義上來說，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)角度來看，VPP利用互聯(lián)網(wǎng)和能源管理技術(shù)將企業(yè)和家庭所擁有的分散式小規(guī)模電源集成優(yōu)化，進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和利用，如同電廠一樣提供電力供給；從電力消費(fèi)角度來說，VPP通過對用戶儲能裝置的聚合控制，能夠?qū)崿F(xiàn)消納可再生能源富余電力，保障電力供需平衡。

日本用戶側(cè)分布式電源規(guī)模和潛力巨大，如表1所示。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座百萬千瓦級煤電機(jī)組；若有10%的儲能設(shè)備參與電網(wǎng)調(diào)節(jié)，其規(guī)模將達(dá)到1320萬kW，相當(dāng)于26座百萬千瓦級煤電機(jī)組的調(diào)節(jié)能力。

VPP實(shí)質(zhì)上更是電力需求側(cè)管理的創(chuàng)新模式。VPP與DR既有重疊，又有區(qū)別。VPP重點(diǎn)在于增加供給，會(huì)產(chǎn)生逆向潮流；DR則重點(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VPP和DR兩者最主要的區(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。VPP（DR）涉及的分布式“電源”主要包括如下幾類：

（1）發(fā)電設(shè)備

家庭包括屋頂光伏、燃料電池、微型熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)等，企業(yè)則包括自備發(fā)電機(jī)、熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)、可再生能源發(fā)電設(shè)備等；

（2）儲能設(shè)備

家庭包含家用蓄電池、車載蓄電池、電子熱水器等；企業(yè)包括固定式蓄電池、車載蓄電池、冷藏冷凍倉庫、熱泵、蓄熱空調(diào)、電子熱水機(jī)等；

（3）節(jié)電設(shè)備

家庭包括空調(diào)和照明設(shè)備等，企業(yè)包括空調(diào)、通風(fēng)設(shè)備、風(fēng)扇、壓縮機(jī)、冷卻器、水泵等。日本推廣VPP（DR）的重點(diǎn)集中在住宅、辦公大樓、工廠、商業(yè)設(shè)施、公共事業(yè)和電動(dòng)汽車等六大領(lǐng)域，以“光伏+儲能”為主要形式，表2列舉了日本VPP（DR）商業(yè)模式的主要業(yè)務(wù)特色。

早在上世紀(jì)70年代，日本就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。90年代，日本開始著手DR技術(shù)的研究，但真正開始實(shí)施DR是在2011年東日本大地震之后。

2011年至2014年日本在橫濱、豐田、京阪奈學(xué)研、北九州建立了四個(gè)智慧能源城市示范工程，測試了傳統(tǒng)DR的技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性，其中最大成果便是制定了OpenADR 2.0b、ECHONET Lite等技術(shù)規(guī)范和相關(guān)接口標(biāo)準(zhǔn)。

新型DR技術(shù)則在近幾年才開始興起，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)DR占總電力需求6%的目標(biāo)。2016年日本電力公司的DR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（JEPX）上市交易，2017年被稱為日本的“DR元年”，開創(chuàng)了日本電力市場的先河。2017年12月，日本電源Ⅰ'通過競價(jià)實(shí)現(xiàn)對電力用戶側(cè)負(fù)荷資源進(jìn)行統(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，日本政府出臺的“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”提出了推動(dòng)VPP技術(shù)發(fā)展的示范工程建設(shè)計(jì)劃，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月出臺的第5次能源基本計(jì)劃，進(jìn)一步明確了加快低成本儲能電池、V2G（Vehicle to Grid）、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，其中V2G是利用車載電池充放電滿足系統(tǒng)電力需求的一項(xiàng)技術(shù)，是VPP最具市場前景的技術(shù)之一。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。

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”參與各方可以通過市場共同分享利益。負(fù)荷集成商通過聚合調(diào)控分散式電源獲取市場利益，企業(yè)通過自身擁有的儲能裝置、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座百萬千瓦級煤電機(jī)組，由此可見潛力巨大。2017年4月，負(fù)瓦特市場正式啟動(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。對輸配電企業(yè)來說，按調(diào)節(jié)電源的功能和作用可以分為三種：

電源Ⅰ：預(yù)備調(diào)節(jié)電源（其中電源Ⅰ-a為可調(diào)頻的電力供需平衡電源；電源Ⅰ-b為不可調(diào)頻的電力供需平衡電源；電源Ⅰ'則為冬夏兩季高峰用調(diào)節(jié)電源）；

電源Ⅱ：可并網(wǎng)的調(diào)節(jié)電源；

電源Ⅲ：不可并網(wǎng)的調(diào)節(jié)電源。

日本電力市場實(shí)行自由化之前，電價(jià)完全按照成本核算。按照成本核算的電價(jià)不僅包括電能本身的價(jià)值（kWh）、還包括保障電力供給所必須的電力容量價(jià)值（kW）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（±kW(h)）。負(fù)瓦特市場使得減少負(fù)荷電力需求與電源發(fā)送電力具有相同價(jià)值，于是，電力市場設(shè)計(jì)開始重新評估市場各方的利益和價(jià)值。

日本經(jīng)過幾輪電改之后，逐步建立起了基于期貨市場、日前市場、小時(shí)前市場、現(xiàn)貨市場等DR和VPP參與的市場運(yùn)營機(jī)制，今后幾年還將陸續(xù)建立和形成基荷市場、容量市場、非化石價(jià)值市場、輔助服務(wù)市場等新的電力市場機(jī)制。

從2018年5月起FIT綠色證書將在非化石價(jià)值市場交易，2019年該市場還將向所有非化石能源開放；為了促進(jìn)新電力公司參與基荷電源交易的競爭，日本計(jì)劃2019年創(chuàng)建基荷電能市場；競爭性電力市場還要求建立電力容量和調(diào)節(jié)容量的市場機(jī)制，2020年日本將啟動(dòng)容量市場，并創(chuàng)設(shè)需求調(diào)節(jié)市場。市場機(jī)制的完善使DR和VPP在不同市場環(huán)境下形成調(diào)度和競價(jià)，從而更具有廣泛的適用性，但也必須注意到市場價(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（kWh）、容量（kW）、調(diào)峰（±kW(h)）三大價(jià)值將形成獨(dú)立市場體系，日本電力市場將進(jìn)入以DR和VPP為代表的電力供需耦合新時(shí)代。

文 |國際清潔能源論壇（澳門）副理事長兼秘書長、中國經(jīng)濟(jì)社會(huì)理事會(huì)理事、武漢新能源研究院研究員 周杰