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日本将狭义上的VPP定义为直接并网的可再生能源发电设备和储能装置,而广义上的VPP还包括用户侧的新型DR,但传统DR则不包含在其中。VPP(DR)涉及的分布式“电源”主要包括如下几类:
(1)发电设备
家庭包括屋顶光伏、燃料电池、微型热电联产系统等,企业则包括自备发电机、热电联产系统、可再生能源发电设备等;
(2)储能设备
家庭包含家用蓄电池、车载蓄电池、电子热水器等;企业包括固定式蓄电池、车载蓄电池、冷藏冷冻仓库、热泵、蓄热空调、电子热水机等;
(3)节电设备
家庭包括空调和照明设备等,企业包括空调、通风设备、风扇、压缩机、冷却器、水泵等。日本推广VPP(DR)的重点集中在住宅、办公大楼、工厂、商业设施、公共事业和电动汽车等六大领域,以“光伏+储能”为主要形式,表2列举了日本VPP(DR)商业模式的主要业务特色。
早在上世纪70年代,日本就大力推行电力需求侧管理(DSM),从1973年到2014年,GDP增加了2.4倍,但工业能耗却减少了10%,节能水平达到世界之最。90年代,日本开始着手DR技术的研究,但真正开始实施DR是在2011年东日本大地震之后。
2011年至2014年日本在横滨、丰田、京阪奈学研、北九州建立了四个智慧能源城市示范工程,测试了传统DR的技术性和经济性,其中最大成果便是制定了OpenADR 2.0b、ECHONET Lite等技术规范和相关接口标准。
新型DR技术则在近几年才开始兴起,2014年6月,日本第4次能源基本计划提出:为推动用户侧有效开展节电,随着电力改革稳步推进,要积极创造条件引进新型“需求响应”模式,通过用户侧需求管理,维持发电容量的合理规模,实现电力稳定供给。
2016年日本政府制定的“日本再兴战略”提出到2030年要实现DR占总电力需求6%的目标。2016年日本电力公司的DR容量约为10.7GW,其中78%负荷得到释放。伴随DR响应电量(电源Ⅰ-b)在批发市场(JEPX)上市交易,2017年被称为日本的“DR元年”,开创了日本电力市场的先河。2017年12月,日本电源Ⅰ'通过竞价实现对电力用户侧负荷资源进行统一调控,全年完成133万kW的响应量,其中DR达到95.8万kW,价值约合36亿日元。
2015年6月,日本政府出台的“日本再兴战略”明确提出推广VPP的政策。2016年4月,“能源革新战略”提出了推动VPP技术发展的示范工程建设计划,制定了从2016年到2020年的政府补贴规划,大力支持企业开展VPP技术研发,重点任务之一是验证50MW以上虚拟电厂技术的可靠性,计划到2020年实现VPP经济自主。2018年7月出台的第5次能源基本计划,进一步明确了加快低成本储能电池、V2G(Vehicle to Grid)、电转气(P2G)等技术推广,加强低功率广域网络技术(LPWA)和M2M、P2P的技术研发,以进一步推动电源的低碳化,其中V2G是利用车载电池充放电满足系统电力需求的一项技术,是VPP最具市场前景的技术之一。2016年日本有7个示范项目获得总计26.5亿日元的补助,2017年有6个示范项目得到总计60多亿日元补助。
3运行机制市场化
完善市场机制是DR和VPP规模化发展的关键。2015年11月,安倍首相指示要在2017年创建“负瓦特市场”,以提高民众节电的积极性。
传统发电厂发出的电能被称为“正瓦特”,而节电产生的电能则被称为“负瓦特”,电网的负荷平衡可通过电源供给“正瓦特”或削减负荷的“负瓦特”实现。“负瓦特市场”参与各方可以通过市场共同分享利益。负荷集成商通过聚合调控分散式电源获取市场利益,企业通过自身拥有的储能装置、备用电源和电动汽车等向负荷集成商提供电能而获益,通信和IT公司通过提供电力控制技术以及相关数据分析等获得商机,个人电力用户则可通过提供屋顶光伏、储能装置和电动汽车向负荷集成商提供电能。
由此可见,市场主体之间有效合作机制的建立,才能保证所有参与者的合理收益,使参与者保持长期参与的积极性,确保市场的稳定性和价值实现。
“日本再兴战略(2016)”提出到2030年负瓦特交易量要实现与美国相同水平,达到最大电力需求的6%。日本最大电力需求峰值约为160GW,按6%计算则为10GW,相当于10座百万千瓦级煤电机组,由此可见潜力巨大。2017年4月,负瓦特市场正式启动,目前按交易主体和目的可以分为两大类,第一类是电力零售企业,主要目的是调控用户侧节电量与计划发电量的匹配;第二类是输配电企业,目的是通过增减负荷保障供需平衡。对输配电企业来说,按调节电源的功能和作用可以分为三种:
电源Ⅰ:预备调节电源(其中电源Ⅰ-a为可调频的电力供需平衡电源;电源Ⅰ-b为不可调频的电力供需平衡电源;电源Ⅰ'则为冬夏两季高峰用调节电源);
电源Ⅱ:可并网的调节电源;
电源Ⅲ:不可并网的调节电源。
日本电力市场实行自由化之前,电价完全按照成本核算。按照成本核算的电价不仅包括电能本身的价值(kWh)、还包括保障电力供给所必须的电力容量价值(kW)以及调节电力供需平衡和维持电能质量的调峰容量价值(±kW(h))。负瓦特市场使得减少负荷电力需求与电源发送电力具有相同价值,于是,电力市场设计开始重新评估市场各方的利益和价值。
日本经过几轮电改之后,逐步建立起了基于期货市场、日前市场、小时前市场、现货市场等DR和VPP参与的市场运营机制,今后几年还将陆续建立和形成基荷市场、容量市场、非化石价值市场、辅助服务市场等新的电力市场机制。
从2018年5月起FIT绿色证书将在非化石价值市场交易,2019年该市场还将向所有非化石能源开放;为了促进新电力公司参与基荷电源交易的竞争,日本计划2019年创建基荷电能市场;竞争性电力市场还要求建立电力容量和调节容量的市场机制,2020年日本将启动容量市场,并创设需求调节市场。市场机制的完善使DR和VPP在不同市场环境下形成调度和竞价,从而更具有广泛的适用性,但也必须注意到市场价格和响应速度是影响其发展的关键。
综上所述,DR和VPP商业模式不仅仅是收集分散的电能、控制负荷量,还可以参与系统调度,提供调峰、调频辅助服务等,从而促进可再生能源大规模发展的同时提升电力系统的调节能力和可靠性。随着分布式能源互联网的发展,未来发电(kWh)、容量(kW)、调峰(±kW(h))三大价值将形成独立市场体系,日本电力市场将进入以DR和VPP为代表的电力供需耦合新时代。
文 |国际清洁能源论坛(澳门)副理事长兼秘书长、中国经济社会理事会理事、武汉新能源研究院研究员 周杰
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