中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：虛擬電廠作為一種新型的電力管理模式，通過(guò)聚合分布式能源、儲(chǔ)能系統(tǒng)和可控負(fù)荷等資源，能夠有效提升電力系統(tǒng)的靈活性和可再生能源的消納能力，為落實(shí)雙碳目標(biāo)要求，提高電網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)能力提供有效支撐。
歐美發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)建立起成熟的政策框架和體制機(jī)制，采取了多種措施來(lái)推動(dòng)虛擬電廠的發(fā)展，并逐步形成了基于當(dāng)?shù)啬茉促Y源稟賦和市場(chǎng)需求的虛擬電廠體系和運(yùn)營(yíng)模式。
1.各國(guó)因地制宜發(fā)展特色虛擬電廠
歐洲是虛擬電廠技術(shù)發(fā)展較早且成熟的地區(qū)之一，主要通過(guò)聚合分布式發(fā)電資源進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理，以確保電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。
在歐洲商業(yè)化的虛擬電廠領(lǐng)域，虛擬電廠通常由獨(dú)立第三方運(yùn)營(yíng)商、發(fā)電廠以及 TSO(Independent System Operator，TSO) 合作運(yùn)營(yíng)。
德國(guó)結(jié)合自身可再生能源發(fā)展需求，重點(diǎn)解決新增分布式電源并網(wǎng)和市場(chǎng)交易問(wèn)題。
英國(guó)將靈活電力市場(chǎng)機(jī)制納入能源戰(zhàn)略，重點(diǎn)解決市場(chǎng)交易和平衡服務(wù)的機(jī)制障礙問(wèn)題。
法國(guó)明確虛擬電廠參與市場(chǎng)的門檻和機(jī)制，引導(dǎo)技術(shù)發(fā)展方向，確保虛擬電廠發(fā)展符合電網(wǎng)需求。
美國(guó)是虛擬電廠發(fā)展較早的國(guó)家之一，在虛擬電廠建設(shè)、法律法規(guī)、試點(diǎn)案例等方面均有較為深入的探索。主要聚合分布式發(fā)電、儲(chǔ)能系統(tǒng)、可控負(fù)荷等資源，以聚焦可控負(fù)荷的需求響應(yīng)為主，靈活調(diào)節(jié)電網(wǎng)負(fù)荷、支持電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻需求。需求響應(yīng)參與總量占美國(guó)電力市場(chǎng)總高峰負(fù)荷的比例達(dá)到 6%-7%。由于電網(wǎng)體系獨(dú)立且運(yùn)營(yíng)商高度分散，由東部互聯(lián)電網(wǎng)、西部互聯(lián)電網(wǎng)以及德克薩斯電網(wǎng)這三大電力互連系統(tǒng)組成，基本彼此獨(dú)立運(yùn)行，且相互之間的電力傳輸有限，其電力市場(chǎng)既有批發(fā)也有零售，與終端用戶的互動(dòng)更為緊密，這種分散的市場(chǎng)結(jié)構(gòu)使虛擬電廠的多樣化發(fā)展成為可能。
2.明確法律框架
為虛擬電廠發(fā)展提供保障
法律框架是虛擬電廠發(fā)展的重要保障。
德國(guó)發(fā)布了《虛擬電廠技術(shù)指南》，規(guī)定了虛擬電廠的技術(shù)要求和運(yùn)營(yíng)規(guī)則，為虛擬電廠的發(fā)展提供了制度保障?！犊稍偕茉捶ā芬?guī)定超過(guò)100千瓦的可再生能源必須參與電力市場(chǎng)以及補(bǔ)貼鼓勵(lì)中型需求響應(yīng)資源聚合虛擬電廠，以推動(dòng)商業(yè)化。
美國(guó)自1992年起先后制定了《能源政策法》、《能源獨(dú)立與安全法》《美國(guó)復(fù)蘇與再投資法案》等一系列支持響應(yīng)發(fā)展的法規(guī)政策，為需求響應(yīng)資源
參與電能批發(fā)市場(chǎng)、輔助服務(wù)市場(chǎng)、容量交易等提供了法律基礎(chǔ)和政策環(huán)境。
3.多層級(jí)平衡機(jī)制
提升電力市場(chǎng)效率
德國(guó)電力市場(chǎng)的平衡機(jī)制是保障電力系統(tǒng)供需平衡的重要工具。
平衡機(jī)制，是基于“平衡基團(tuán)”(Balancing Group) 的概念，采用了分層次管理與逐級(jí)平衡的策略，通過(guò)嚴(yán)格預(yù)測(cè)和偏差費(fèi)用結(jié)算，提高了電力市場(chǎng)的供需平衡效率。
電力市場(chǎng)平衡機(jī)制中主要參與方關(guān)系圖
德國(guó)電力市場(chǎng)中的發(fā)電企業(yè)和用戶會(huì)被分配到特定的“平衡基團(tuán)”，由一個(gè)平衡責(zé)任方 (Balancing Responsible Parties，BRP) 管理。BRP 必須對(duì)第二天每15分鐘的電網(wǎng)接入和退出進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)，確保平衡組內(nèi)總發(fā)電量 + 總外購(gòu)電量 = 總用電量，如果出現(xiàn)偏差，平衡責(zé)任方需支付相應(yīng)的偏差費(fèi)用。
現(xiàn)已有24個(gè)歐洲國(guó)家實(shí)行了平衡基團(tuán)機(jī)制，組成了國(guó)際電網(wǎng)控制合作組織，并按照“平衡基團(tuán)內(nèi)平衡→輸電網(wǎng)控制區(qū)內(nèi)平衡→國(guó)內(nèi)跨區(qū)域平衡→歐洲電網(wǎng)控制合作組織 (International Green Climate Change Cooperation，IGCC) 成員國(guó)內(nèi)平衡”的層級(jí)體系，實(shí)現(xiàn)跨國(guó)電力資源調(diào)度。當(dāng)某一層級(jí)無(wú)法實(shí)現(xiàn)平衡時(shí)，可以調(diào)用上一級(jí)資源。
4.制定統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和通信協(xié)議
實(shí)現(xiàn)設(shè)備互聯(lián)互通
技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化是虛擬電廠高效運(yùn)作的關(guān)鍵，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備和系統(tǒng)間的互聯(lián)互通，顯著提升響應(yīng)的精確性和速度。
采用OpenADR (Open Automated Demand Response)或OCPP(Open Charge Point Protocol) 等標(biāo)準(zhǔn)，用戶授權(quán)后即可讓空調(diào)、充電樁等設(shè)備參與響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)和運(yùn)營(yíng)商的遠(yuǎn)程協(xié)調(diào)。
這種通信協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化確保了不同品牌、不同類型的設(shè)備之間的兼容性，并保障了電網(wǎng)與充電負(fù)載的實(shí)時(shí)調(diào)度。
此外，通信協(xié)議的安全性同樣重要，需要安全的加密技術(shù)保護(hù)用戶隱私和數(shù)據(jù)安全。例如，美國(guó)的電力服務(wù)公司 SCE 和 PG&E 在響應(yīng)的通信過(guò)程中廣泛使用了 AES-256(Advanced Encryption Standard) 加密標(biāo)準(zhǔn)，確保用戶的隱私得到有效保護(hù)，并防止數(shù)據(jù)泄露或網(wǎng)絡(luò)攻擊。
5.推廣智能設(shè)備與控制技術(shù)
提升能效與需求響應(yīng)便捷性
智能設(shè)備的廣泛應(yīng)用提高了電力系統(tǒng)的需求響應(yīng)速度和能效管理精度。
例如，智能電表和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與調(diào)節(jié)功能，使用戶能主動(dòng)調(diào)整能源使用。歐盟通過(guò)能源系統(tǒng)數(shù)字化行動(dòng)計(jì)劃，能物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和儀表的推廣，支持采用智能家電。目前歐盟51%的家庭和中小企業(yè)配備了智能電表。
智能控制技術(shù)讓用戶參與響應(yīng)更便捷，在空調(diào)負(fù)荷和電動(dòng)汽車充電管理方面提供有力支持。
通過(guò)智能恒溫器和手機(jī)APP，用戶可以遠(yuǎn)程控制空調(diào)的運(yùn)行，并根據(jù)電價(jià)信號(hào)和響應(yīng)事件調(diào)整用電設(shè)置。例如，美國(guó)加州的Smart AC計(jì)劃和英國(guó)的 Octopus Energy允許用戶選擇偏好溫度和響應(yīng)條件，系統(tǒng)自動(dòng)在合適的時(shí)段控制空調(diào)負(fù)載。這些措施大大提升了用戶參與需求響應(yīng)的便捷性。
許多電動(dòng)汽車充電項(xiàng)目也提供手機(jī)應(yīng)用控制功能，允許用戶設(shè)定車輛的充電時(shí)間。例如，美國(guó) PG&E 為電動(dòng)汽車車主提供了智能手機(jī)APP服務(wù)，用戶可以通過(guò)智能手機(jī)APP遠(yuǎn)程設(shè)置車輛充電時(shí)間，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)在電價(jià)較低的時(shí)段充電，確保用戶以最具經(jīng)濟(jì)效益的方式完成充電。
6.多元化商業(yè)模式與激勵(lì)措施
推動(dòng)虛擬電廠發(fā)展
虛擬電廠的發(fā)展離不開(kāi)豐富的商業(yè)模式和有效的補(bǔ)貼激勵(lì)措施。
不同國(guó)家通過(guò)多樣化的運(yùn)營(yíng)模式和激勵(lì)政策，降低了用戶參與門檻，提高了虛擬電廠的普及率。多樣化的商業(yè)模式和激勵(lì)措施是虛擬電廠發(fā)展的重要驅(qū)動(dòng)力。
如基于社區(qū) ( 用戶 ) 的商業(yè)模式、發(fā)電企業(yè)模式、基于電網(wǎng)公司的平臺(tái)模式 ( 英國(guó)特有 )、發(fā)電商 + 售電商混合型、“電網(wǎng)發(fā)起采購(gòu)”的模式 ( 法國(guó)特有 )、第三方運(yùn)營(yíng)的混合型模式、售電企業(yè)運(yùn)營(yíng)的混合模式等。
美國(guó)建立了固定費(fèi)率補(bǔ)償和市場(chǎng)交易機(jī)制相結(jié)合的需求響應(yīng)補(bǔ)貼機(jī)制，對(duì)于是否具備競(jìng)爭(zhēng)市場(chǎng)機(jī)制的系統(tǒng)設(shè)定了不同的策略。美國(guó)能源部提供30億美元聯(lián)邦貸款，支持虛擬電廠推廣，同時(shí)向用戶提供充電樁安裝補(bǔ)貼和智能控制設(shè)備獎(jiǎng)勵(lì)計(jì)劃 ( 如 Smart AC 項(xiàng)目 )。
這些政策不僅降低了用戶參與的經(jīng)濟(jì)成本，還擴(kuò)大了響應(yīng)用戶的覆蓋范圍。
另外，各國(guó)針對(duì)不同的需求響應(yīng)項(xiàng)目，分別設(shè)置了相關(guān)注冊(cè)獎(jiǎng)勵(lì)和設(shè)備補(bǔ)貼。在充電樁運(yùn)營(yíng)方面，電力公司通常負(fù)責(zé)支付基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)費(fèi)用，而用戶則承擔(dān)設(shè)備的安裝和維護(hù)。
美國(guó)Charge Ready項(xiàng)目為弱勢(shì)社區(qū)和企業(yè)提供高達(dá) 50% 的充電樁折扣，EV Charging項(xiàng)目最高可獲得2萬(wàn)5美元的安裝補(bǔ)貼。這種政策支持旨在減少電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施的初期投資成本，鼓勵(lì)更多用戶安裝和使用電動(dòng)汽車充電設(shè)施。Smart AC 項(xiàng)目為首次參與響應(yīng)的用戶提供免費(fèi)的智能控制設(shè)備安裝，同時(shí)提供一次性注冊(cè)獎(jiǎng)勵(lì) ( 如 75 美元 )，這不僅減少了用戶參與的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)門檻，還幫助電力公司擴(kuò)大響應(yīng)用戶的覆蓋范圍。
7.電價(jià)激勵(lì)與響應(yīng)獎(jiǎng)勵(lì)優(yōu)化用戶行為
提升電網(wǎng)效率
電價(jià)激勵(lì)和響應(yīng)獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制是引導(dǎo)用戶合理用電、緩解電網(wǎng)高峰負(fù)荷壓力的有效手段。
尖峰電價(jià)引導(dǎo)負(fù)荷轉(zhuǎn)移，可緩解高峰時(shí)段壓力。特別是對(duì)于空調(diào)，在高峰時(shí)段實(shí)施尖峰定價(jià) ( 通常為常規(guī)電價(jià)的2到5倍) 可有效引導(dǎo)用戶在高峰時(shí)段減少用電，通過(guò)分時(shí)電價(jià)引導(dǎo)用戶改變用電行為，促使用戶在高峰時(shí)段預(yù)冷或減少使用空調(diào)，從而有效降低電網(wǎng)負(fù)荷壓力。
響應(yīng)獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制吸引用戶參與響應(yīng)計(jì)劃。空調(diào)用戶在參與響應(yīng)后，根據(jù)響應(yīng)次數(shù)、時(shí)長(zhǎng)及減少的電量獲取賬單折扣或直接獎(jiǎng)勵(lì)，每次響應(yīng)可獲得1至5美元的獎(jiǎng)勵(lì)。在Charge Ready項(xiàng)目中，用戶須參加響應(yīng)計(jì)劃，并在特定時(shí)段 ( 如下午4點(diǎn)到晚上9 點(diǎn)的高峰時(shí)段 ) 調(diào)整其充電行為，參與者不僅可獲得2美元/千瓦時(shí)的響應(yīng)補(bǔ)貼，還幫助電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)供需平衡，為電力系統(tǒng)提供調(diào)峰資源。
各國(guó)基于自身的能源資源稟賦和市場(chǎng)需求，采取了多種措施來(lái)推動(dòng)虛擬電廠的發(fā)展。在不同層面對(duì)我國(guó)虛擬電廠建設(shè)提供了一定的借鑒意義，然而，這些經(jīng)驗(yàn)往往是在當(dāng)?shù)仉娏κ袌?chǎng)相對(duì)成熟、資源相對(duì)豐富的背景下形成的，一些條件在國(guó)內(nèi)尚未完全具備，因此應(yīng)結(jié)合我國(guó)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。
