文 | 湯雨 趙榮美 王進(jìn)
全球能源轉(zhuǎn)型，新能源特別是風(fēng)電和光伏，將承擔(dān)歷史大任。在“雙碳”目標(biāo)刺激下，全球新能源發(fā)展高歌猛進(jìn)，但在中國(guó)已面臨一系列剛性約束（見(jiàn)電力大戰(zhàn)⑨：新能突飛猛進(jìn)，未來(lái)天空無(wú)限？）。
新能源發(fā)展全民動(dòng)員，各地跑馬圈地，大批項(xiàng)目在火熱中開發(fā)建設(shè)，若干年后會(huì)不會(huì)出現(xiàn)批量的“爛尾曬太陽(yáng)項(xiàng)目”，并拖累一些巨頭企業(yè)？
如果新能源發(fā)展的剛性約束能有效突破，新能源產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展才有保證，“爛尾”現(xiàn)象或不會(huì)出現(xiàn)。
在當(dāng)前能源安全形勢(shì)極其嚴(yán)峻的歐洲，俄羅斯天然氣供應(yīng)中斷，冬季供暖難度激增，能源及電力價(jià)格暴漲，風(fēng)電及光伏滲透率在中國(guó)兩倍以上的基礎(chǔ)上加速提升，不僅沒(méi)有出現(xiàn)規(guī)?；摹皸夛L(fēng)棄光”，也沒(méi)有隨意的“拉閘限電”。不久前，歐洲還通過(guò)法令并宣布，到2030年，可再生能源電力將占終端能源45%，風(fēng)電光伏投資一路狂奔。
應(yīng)對(duì)越來(lái)越高比例的新能源消納和越來(lái)越嚴(yán)峻的電力安全保障，歐洲底氣何在？其經(jīng)驗(yàn)是否值得我們借鑒？
歐盟制定基本法案
對(duì)能源轉(zhuǎn)型、可再生能源及零碳目標(biāo)，歐盟各國(guó)形成了比較一致的共識(shí)，而這樣的共識(shí)已通過(guò)立法固定下來(lái)。
經(jīng)過(guò)不斷更新和修訂，2019年，歐盟通過(guò)了《清潔能源法案》（即Clean Energy Package，簡(jiǎn)稱CEP ），其中包含八個(gè)經(jīng)過(guò)立法流程的法律或法令，以及一系列非立法性的倡議和措施，這是歐洲能源轉(zhuǎn)型的基本法。
八個(gè)法律包括以下：
（一）《建筑物能效法》（Energy Performance of Buildings Directive，EU2018/844）。在歐洲，建筑物消耗能源占比達(dá)40%，碳排放占比達(dá)36%，所以提高建筑物能效非常重要?！督ㄖ锬苄Хā穼?duì)2010年版進(jìn)行了大量更新和補(bǔ)充，特別概括了建筑行業(yè)節(jié)能提效及應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)的相關(guān)措施和辦法。
（二）《可再生能源法》（Renewable Energy Directive，2018/2001/EU）。為追求可再生能源全球領(lǐng)先，歐盟制定了雄心勃勃的強(qiáng)制性目標(biāo)，于 2018年12月正式實(shí)施。
（三）《能源效率法》（Directive on Energy Efficiency 2018/2002/EU）。能源效率是基本法的關(guān)鍵目標(biāo)，其中，節(jié)能既能降低碳排放，又幫助用戶省錢，而且最容易實(shí)現(xiàn)。《能源效率法》設(shè)定了強(qiáng)制性目標(biāo)，到2030年能效提高至少32.5%，并于2018年12月起實(shí)施。
（四）《能源與氣候行動(dòng)監(jiān)管法》（Regulation on the Governance of the Energy Union and Climate Action 2018/1999/EU）。這一法律從2018年12月開始實(shí)施，力求從根本上推動(dòng)歐洲能源體系轉(zhuǎn)型，建立一個(gè)高效能源體系和監(jiān)管體制。為此，要求歐盟各國(guó)制定2021-2030年十年期的《國(guó)家能源與氣候計(jì)劃》（National Energy and Climate Plans，即NECP）。各國(guó)NECP規(guī)劃了在能源體系五個(gè)維度（5 Dimensions）應(yīng)該實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，以及到2050年的遠(yuǎn)景目標(biāo)。
這里五個(gè)維度包括：
一是安全、團(tuán)結(jié)與信任（Security, solidarity and trust）。由于歐洲能源資源相對(duì)分散，需要各國(guó)合作與團(tuán)結(jié)確保能源安全；
二是一體化的能源市場(chǎng)（A fully integrated internal energy market）。允許各類能源能夠通過(guò)合適的基礎(chǔ)設(shè)施自由輸送，而不受任何技術(shù)、規(guī)則與體制限制；
三是能源效率（Energy efficiency）。提高能源效率將有助于降低能源進(jìn)口的依賴度、減少排放、增加就業(yè)機(jī)會(huì)并促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)；
四是氣候行動(dòng)與經(jīng)濟(jì)低碳化（Climate action, decarbonizing the economy）。歐盟希望盡快推動(dòng)《巴黎氣候協(xié)定》并保持在可再生能源行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)力；
五是研究、創(chuàng)新與競(jìng)爭(zhēng)力（Research, innovation and competitiveness）。大力支持低碳與清潔能源技術(shù)突破，優(yōu)先支持研發(fā)與創(chuàng)新以推動(dòng)能源轉(zhuǎn)型及提升產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。
（五）《電力市場(chǎng)設(shè)計(jì)法案》（Electricity market design）。包括四個(gè)法令，其中兩個(gè)關(guān)于電力的新法令、一個(gè)關(guān)于風(fēng)險(xiǎn)準(zhǔn)備的法令以及一個(gè)增強(qiáng)ACER（Agency for the Cooperation of Energy Regulators，即能源監(jiān)管合作組織）監(jiān)管職能的法令。這四個(gè)法令旨在建立一個(gè)現(xiàn)代化的歐盟電力市場(chǎng)機(jī)制，以適應(yīng)新形勢(shì)下的工商業(yè)需求、更靈活、市場(chǎng)導(dǎo)向、以及更高比例的新能源并網(wǎng)消納。
以上八條法律或法令的立法過(guò)程，都經(jīng)歷了同樣的流程：由歐洲委員會(huì)提議，到歐盟內(nèi)部機(jī)構(gòu)之間討論溝通與協(xié)商，形成政治上的協(xié)議后，得到歐洲議會(huì)同意，最后經(jīng)過(guò)歐盟最高權(quán)力機(jī)構(gòu)即歐洲理事會(huì)的批準(zhǔn)，正式頒布并實(shí)施。
非立法性的倡議及措施包括：
煤炭地區(qū)轉(zhuǎn)型（coal regions in transition）倡議；
清潔能源支持歐洲各島嶼（clean energy for EU islands）倡議;
識(shí)別并支持歐洲脆弱群體用能（energy poverty）措施等。
基本法案不僅確定了能源轉(zhuǎn)型目標(biāo)、路徑、時(shí)間節(jié)點(diǎn)，而且設(shè)計(jì)了轉(zhuǎn)型、效率及市場(chǎng)機(jī)制中的各種規(guī)范，不存在個(gè)別國(guó)家或企業(yè)集團(tuán)有法不依、違法不追、不查或不罰的法律土壤，將電力市場(chǎng)中“店大欺客、客大欺店”的現(xiàn)象消弭于萌芽。
為配合CEP，歐洲互聯(lián)電網(wǎng)（即ENTSO-E）在電力管制、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防、區(qū)域協(xié)調(diào)中心、泛歐資源評(píng)估及網(wǎng)絡(luò)代碼等方面更新了相關(guān)規(guī)范并在TSO體系內(nèi)貫徹。
歐洲配網(wǎng)組織（The EU DOS Entity），雖然根據(jù)歐洲電力監(jiān)管法規(guī)（Electricity Regulation），2019年才開始籌備，2022年正式開始運(yùn)作，現(xiàn)有906家會(huì)員，也在提升輸電網(wǎng)系統(tǒng)（TSO）與配電網(wǎng)系統(tǒng)（DSO）的合作與協(xié)調(diào)、提高運(yùn)行效率、促進(jìn)可再生能源、分布式能源及儲(chǔ)能與配網(wǎng)系統(tǒng)融合、推動(dòng)配網(wǎng)范圍內(nèi)電力市場(chǎng)并提高需求側(cè)靈活性、推進(jìn)配網(wǎng)系統(tǒng)的數(shù)字化升級(jí)，包括智能系統(tǒng)、智能電表、數(shù)據(jù)管理、網(wǎng)絡(luò)安全及數(shù)據(jù)保護(hù)等方面做出明確規(guī)范，以支持CEP在配網(wǎng)體系貫徹實(shí)施。
各國(guó)配合修訂法規(guī)
歐洲能源轉(zhuǎn)型的基本法即CEP實(shí)施過(guò)程中，歐盟各國(guó)是如何配合的？以歐盟國(guó)家中的表率德國(guó)為例。
德國(guó)將碳中和目標(biāo)提前到2045年，可再生能源發(fā)展需要更激進(jìn)的政策支持。2020年，德國(guó)可再生能源占發(fā)電量占50.9%（248.82TWh），其中，風(fēng)光發(fā)電量達(dá)37.2%（183.27TWh）。2045年可再生能源發(fā)電量計(jì)劃增至 899TWh，占比近80%，其中風(fēng)光將占主導(dǎo)地位。
在配合歐盟CEP，并支撐德國(guó)能源轉(zhuǎn)型的過(guò)程中，德國(guó)三大法律起了基礎(chǔ)作用。
一是《可再生能源法》。從2000年頒布到現(xiàn)在，幾乎每三年修訂一次，旨在引導(dǎo)可再生能源健康發(fā)展，快速提升可再生能源比例。
二是《能源經(jīng)濟(jì)法》。1998年，德國(guó)啟動(dòng)了電力市場(chǎng)化改革，推動(dòng)電力市場(chǎng)自由化，修訂《能源產(chǎn)業(yè)法修訂案》，將垂直一體化電力系統(tǒng)中的發(fā)電、輸電、配電和售電嚴(yán)格拆分，讓TSO、DSO獨(dú)立出來(lái)，為電力市場(chǎng)參與者提供了公平的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境。
三是《溫室氣體排放交易法》。2004年7月正式頒布，增加了燃煤電廠發(fā)電成本。
考慮絕大多數(shù)的可再生能源都直接接入配電網(wǎng)即DSO，因此德國(guó)對(duì)配電網(wǎng)的擴(kuò)建、升級(jí)改造要求很高，相應(yīng)的投資主要集中在配電系統(tǒng)。為推動(dòng)分布式自平衡為主的電力系統(tǒng)，德國(guó)又修訂了《加速電網(wǎng)擴(kuò)建法》、《聯(lián)邦需求規(guī)劃法》和《電網(wǎng)擴(kuò)建法》等法令，為德國(guó)電網(wǎng)特別是配網(wǎng)的加速建設(shè)、技術(shù)升級(jí)及協(xié)調(diào)發(fā)展夯實(shí)基礎(chǔ)。
特別需要注意的是，《電網(wǎng)加速擴(kuò)建法》經(jīng)修訂，2021年10月1日正式生效，規(guī)定100千瓦以上規(guī)模的電廠和所有DSO均有義務(wù)參與再調(diào)度，使得參與再調(diào)度的整體容量有了大幅提升，有助于實(shí)現(xiàn)電力市場(chǎng)平衡并增加電力系統(tǒng)的安全性。
積極創(chuàng)新電力模式
在歐洲能源轉(zhuǎn)型的整體法律框架及各國(guó)全力配合下，歐洲各國(guó)在提高能效、發(fā)展可再生能源、建設(shè)能源一體化市場(chǎng)體系、鼓勵(lì)技術(shù)創(chuàng)新、增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力、增加相互合作及保障能源安全等方面“八仙過(guò)海各顯神通”，發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)和特長(zhǎng)，進(jìn)行了各種模式創(chuàng)新。
以德國(guó)為例，電網(wǎng)平衡結(jié)算單元（下稱平衡基團(tuán)）與虛擬電廠孿生模式，是其電力市場(chǎng)的基礎(chǔ)，并在一些開放型的電力市場(chǎng)國(guó)家廣泛應(yīng)用，包括英國(guó)和美國(guó)等。
平衡基團(tuán)系統(tǒng)包括平衡單元和平衡單元管理人（或責(zé)任方），平衡單元管理人協(xié)調(diào)市場(chǎng)參與者，包括電力生產(chǎn)者、電力供應(yīng)商、TSO和DSO等，力求電力在平衡單元內(nèi)實(shí)現(xiàn)自平衡。
德國(guó)電網(wǎng)接入法令對(duì)平衡基團(tuán)進(jìn)行了規(guī)定。一個(gè)調(diào)度區(qū)域大約有100至200個(gè)平衡基團(tuán)。原則上，每個(gè)電力用戶唯一地分配給與其電力供應(yīng)商對(duì)應(yīng)的平衡基團(tuán)，如果電力用戶更換其電力供應(yīng)商，其所屬的平衡基團(tuán)將隨之更換。
一個(gè)電力供應(yīng)商可以從屬于多個(gè)平衡基團(tuán)，或者作為平衡基團(tuán)管理人管理多個(gè)平衡基團(tuán)。一般而言，規(guī)模較大的電力供應(yīng)商都會(huì)在每個(gè)調(diào)度區(qū)域加入或管理一個(gè)平衡基團(tuán)，這樣在每個(gè)調(diào)度區(qū)域都有供電資格并參與售電競(jìng)爭(zhēng)。
平衡基團(tuán)管理人可以是電力供應(yīng)商、電力生產(chǎn)商、大型用電戶或其他市場(chǎng)參與者，必須是電力交易所會(huì)員，并與TSO簽訂合約。
平衡基團(tuán)管理人需要準(zhǔn)確地彌補(bǔ)在其平衡基團(tuán)隨時(shí)出現(xiàn)的發(fā)電和負(fù)荷之間的偏差，這就需要管理人精準(zhǔn)地預(yù)測(cè)平衡單元內(nèi)所有用戶負(fù)荷及其變化，并在電力交易所通過(guò)各種電力交易來(lái)滿足這些負(fù)荷及其變化。電力生產(chǎn)者，作為電力賣方，需要履行其發(fā)電及交易義務(wù)，將足額的電力按時(shí)送到電網(wǎng)中；而TSO則需承擔(dān)彌補(bǔ)平衡基團(tuán)中發(fā)電量和用電量之間實(shí)際偏差的輸送及調(diào)度責(zé)任。
德國(guó)四大TSO中約有2700多個(gè)平衡基團(tuán)，德國(guó)電力市場(chǎng)以平衡基團(tuán)為基礎(chǔ)，平衡基團(tuán)管理人確保平衡單元內(nèi)發(fā)電量、外購(gòu)電量與用電量相匹配，因此，平衡基團(tuán)首先追求在單元內(nèi)實(shí)現(xiàn)供求平衡，偏差優(yōu)先在調(diào)度區(qū)內(nèi)解決；如果調(diào)度區(qū)內(nèi)還不能實(shí)現(xiàn)，就進(jìn)行跨區(qū)平衡，再到歐洲電網(wǎng)體系內(nèi)進(jìn)行平衡。
2700多個(gè)平衡基團(tuán)如何各自維持并實(shí)現(xiàn)單元內(nèi)電力供求平衡？虛擬電力（VPP）則提供了迄今為止最適合的解決方案。
虛擬電廠大有作為
虛擬電廠聚合分布式能源并集中調(diào)度，為電網(wǎng)和電力市場(chǎng)提供靈活性服務(wù)，大大提升電力系統(tǒng)靈活性。
單獨(dú)分散的中小型電力資源，雖然具有靈活性的潛力，但由于規(guī)模不大、分布分散、發(fā)電波動(dòng)性大，難以直接提供系統(tǒng)服務(wù)，而虛擬電廠通過(guò)電力聚合商，將獨(dú)立的分布式電源組合起來(lái)，通過(guò)先進(jìn)的信息技術(shù)系統(tǒng)，準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)、監(jiān)控和優(yōu)化來(lái)調(diào)度系統(tǒng)內(nèi)的各種發(fā)電、儲(chǔ)能、放電及靈活用能以滿足單元內(nèi)的電力需求，實(shí)現(xiàn)電力動(dòng)態(tài)平衡。分布式電源通過(guò)電力聚合商參與電力市場(chǎng)交易，并提供靈活性服務(wù)。
據(jù)估計(jì)，德國(guó)現(xiàn)有電力聚合及靈活性市場(chǎng)規(guī)模約為75GW，到2030 年將翻倍。
這里，聚合的分布式電源以中小型為主，大致包括：
（一）分布式發(fā)電機(jī)組，如熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組、沼氣電廠、水電、風(fēng)電和光伏等可調(diào)度電源；
（二）需求側(cè)響應(yīng)，即來(lái)自電力用戶需求側(cè)的靈活響應(yīng)；
（三）已經(jīng)接入了DSO或與電力用戶相聯(lián)的各類儲(chǔ)能，如電池、飛輪等。
如何運(yùn)營(yíng)虛擬電廠？
一是獨(dú)立電力聚合商運(yùn)營(yíng)模式。例如，2009年設(shè)立的Next Kraftwerke（NEXT），是歐洲規(guī)模最大的虛擬電廠之一，聚合了超過(guò)1萬(wàn)臺(tái)各類發(fā)電機(jī)組，聯(lián)網(wǎng)容量超過(guò)9000MW。NEXT通過(guò)其功能齊全的控制系統(tǒng)與智能算法，利用發(fā)電廠運(yùn)行、天氣、市場(chǎng)價(jià)格、電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)等大數(shù)據(jù)，與各電源、TSO、DSO、電力用戶、電力交易所等參與方無(wú)縫聯(lián)結(jié)，并實(shí)時(shí)交互數(shù)據(jù)和信息，讓風(fēng)電與光伏等發(fā)電和電力用戶更加靈活，參與方對(duì)價(jià)格信號(hào)響應(yīng)更快，在促進(jìn)市場(chǎng)平衡的過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)參與方利益最優(yōu)化。
二是中大型發(fā)電企業(yè)運(yùn)營(yíng)模式。發(fā)電企業(yè)可以將其發(fā)電資源、負(fù)荷用戶及發(fā)電機(jī)組聚合到虛擬電廠當(dāng)中。例如，德國(guó)有五家主要的能源電力公司及約900家由市政所有的市級(jí)電力公司，他們擁有自己的發(fā)電資源。
在虛擬電廠運(yùn)營(yíng)中，可按最優(yōu)化安排并出售其發(fā)電量及靈活性；優(yōu)化利用其所有發(fā)電機(jī)組、用戶的工業(yè)負(fù)荷、水泵、熱電聯(lián)產(chǎn)和儲(chǔ)能設(shè)施，通過(guò)大數(shù)據(jù)及信息化手段，遠(yuǎn)程管理發(fā)電及其他能源資源，最大化其利益并參與平衡服務(wù)。
在需求側(cè)負(fù)荷方面，虛擬電廠可將生產(chǎn)綠氫的電解水工廠納入其調(diào)控，鼓勵(lì)電解水工廠利用富余的可再生能源生產(chǎn)綠氫，通過(guò)快速調(diào)節(jié)綠氫產(chǎn)能提供靈活性，綠氫支持高耗能生產(chǎn)過(guò)程脫碳，并提供季節(jié)性平衡和市場(chǎng)平衡服務(wù)，增加額外收入。
虛擬電廠還可側(cè)重家庭的靈活性，為家庭安裝智能電表，鼓勵(lì)家庭在可再生能源發(fā)電較多的時(shí)段用電，有助于調(diào)節(jié)需求響應(yīng)，調(diào)整負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)削峰填谷，改善平衡基團(tuán)以及局部電網(wǎng)平衡狀況。
三是分布式發(fā)電商運(yùn)營(yíng)模式。分布式電源發(fā)電企業(yè)，可以將其發(fā)電資源聚合進(jìn)入虛擬電廠。分布式能源在靈活性方面具有一定的潛力，家庭電池儲(chǔ)能設(shè)施、熱泵、電動(dòng)汽車等分布式能源供應(yīng)商通過(guò)聚合其客戶及平衡基團(tuán)內(nèi)的分布式能源資源，推出虛擬電廠服務(wù)。
例如，作為一家家用電池供應(yīng)商，Sonnen集合其風(fēng)電、光伏及儲(chǔ)能等客戶組建會(huì)員制，通過(guò)區(qū)塊鏈技術(shù)與智慧化軟件實(shí)現(xiàn)智能聯(lián)結(jié)，形成虛擬能源池，會(huì)員富余的電力可輸送到虛擬的能源池，能源池隨時(shí)輸出電力滿足平衡需求。按照規(guī)則與合同，會(huì)員既可獲得一定量的免費(fèi)電量，還可獲得一定的收入。另外，熱泵在德國(guó)也變成靈活性資源，可以參與虛擬電廠，預(yù)計(jì)將快速增長(zhǎng)。
平衡單元的電力動(dòng)態(tài)平衡對(duì)虛擬電廠的依賴性越來(lái)越高，而虛擬電廠在平衡基團(tuán)運(yùn)營(yíng)中大有作為，最顯“用武之地”。當(dāng)前，很多虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商和平衡基團(tuán)之間是合作關(guān)系，不少平衡基團(tuán)管理人也運(yùn)營(yíng)虛擬電廠。
虛擬電廠經(jīng)營(yíng)環(huán)境
在德國(guó)，虛擬電廠大有可為，也大有作為，但虛擬電廠的生存和發(fā)展需要合適的經(jīng)營(yíng)環(huán)境。
（一）法律制度環(huán)境
在傳統(tǒng)垂直一體化供電體系中，虛擬電廠大都只是概念，難以實(shí)質(zhì)性落地。在《電力大戰(zhàn)⑤：歐洲分拆制度，“三公”市場(chǎng)之核心？》中，我們介紹了歐盟《第三組能源法案》，其核心和基礎(chǔ)就是分拆（unbundling）制度。
根據(jù)《第三組能源法案》，德國(guó)修訂了《能源經(jīng)濟(jì)法》，將TSO和DSO獨(dú)立于發(fā)電、交易和供應(yīng)等其他電力市場(chǎng)主體，規(guī)模較小DSO須為發(fā)售電設(shè)立完全獨(dú)立賬戶。法律的強(qiáng)制效應(yīng)使得德國(guó)大部分電力可以在電力批發(fā)市場(chǎng)進(jìn)行公平、公正和公開交易，平等競(jìng)爭(zhēng)的市場(chǎng)環(huán)境對(duì)新參與者（如以各種模式運(yùn)營(yíng)的虛擬電廠）的生存和發(fā)展至關(guān)重要。
德國(guó)《可再生能源法》推出了可再生能源在電力市場(chǎng)直接銷售與固定上網(wǎng)電價(jià)并存的可選替代方案，也就是說(shuō)，可再生能源可以在批發(fā)市場(chǎng)直接售電，以獲取可能的市場(chǎng)溢價(jià)。之后的修正案直接規(guī)定，所有100kW以上的新增可再生能源都必須直接進(jìn)入市場(chǎng)銷售，并增加沼氣發(fā)電，均能享有容量靈活性補(bǔ)貼。
《可再生能源法》的修訂鼓勵(lì)了100kW以上的大中型規(guī)模的可再生能源接入虛擬電廠，大大增加了虛擬電廠的容量規(guī)模，增強(qiáng)了虛擬電廠平衡服務(wù)能力，虛擬電廠在維護(hù)電力市場(chǎng)平衡中發(fā)揮越來(lái)越關(guān)鍵的作用。歸因于直接銷售以及靈活性補(bǔ)貼條款，參與虛擬電廠的各類能源，特別是可再生能源，可以實(shí)現(xiàn)更多的收益。
另外，相關(guān)的法令法規(guī)也要求TSO及DSO在采購(gòu)輔助服務(wù)時(shí)，對(duì)虛擬電廠及需求側(cè)響應(yīng)的電力聚合商不得有任何歧視，為虛擬電廠發(fā)展提供了更大的自由和空間。另外，虛擬電廠或電力聚合商可以將來(lái)自多個(gè)平衡基團(tuán)的發(fā)電資源和靈活性捆綁在一起，活躍于電力批發(fā)和電力平衡市場(chǎng)，既降低交易成本，又?jǐn)U大聚合規(guī)模，并提高盈利水平。
（二）電力市場(chǎng)機(jī)制
電力市場(chǎng)的首要目標(biāo)是安全、經(jīng)濟(jì)、動(dòng)態(tài)地保證發(fā)電與負(fù)荷之間的平衡。
電力交易產(chǎn)品體系：電力交易所主要有期貨、日前現(xiàn)貨和日間現(xiàn)貨三個(gè)電力產(chǎn)品。
期貨交易可以延長(zhǎng)到實(shí)際交割前二三年，主要用于對(duì)沖電價(jià)波動(dòng)太大的風(fēng)險(xiǎn)。短期交易占據(jù)電力交易量的絕大部分，主要在歐洲電力交易所（EPEX）現(xiàn)貨市場(chǎng)進(jìn)行。短期交易包括日前市場(chǎng)和日間市場(chǎng)，日前市場(chǎng)要求在中午12:00前對(duì)次日給定的某一小時(shí)電量進(jìn)行報(bào)價(jià)，一旦出價(jià)交易成功，發(fā)電商就應(yīng)啟動(dòng)發(fā)電，并在當(dāng)日14:30前將發(fā)電計(jì)劃提交給對(duì)應(yīng)的TSO。
日前市場(chǎng)導(dǎo)致的偏差可通過(guò)日間市場(chǎng)進(jìn)行彌補(bǔ)。當(dāng)前，15分鐘前的出價(jià)和1小時(shí)前的出價(jià)可以交易到交割前5分鐘。日間交易通過(guò)連續(xù)報(bào)價(jià)模式，交易系統(tǒng)自動(dòng)匹配買家和賣家，完成交易。
德國(guó)日間交易模式于2018年在歐洲范圍推廣，成就了歐洲跨境日間交易（XBID）模式和一套統(tǒng)一的歐洲跨區(qū)域日間市場(chǎng)體系。隨著歐洲各國(guó)可再生能源發(fā)電比例不斷增加，日間市場(chǎng)越顯重要，大大有助于平衡基團(tuán)管理人（或責(zé)任方）更好地應(yīng)對(duì)負(fù)荷變化和可再生能源發(fā)電量預(yù)測(cè)偏差。
虛擬電廠主要活躍在日前和日間市場(chǎng)。日間市場(chǎng)交割期短，偏好短時(shí)間內(nèi)能迅速反應(yīng)的靈活性電源，而虛擬電廠的靈活性電源恰好符合日間市場(chǎng)的偏好。除了滿足日間市場(chǎng)需求外，虛擬電廠還可以為TSO提供電力平衡服務(wù)，以解決電力系統(tǒng)可能的即時(shí)失衡及其導(dǎo)致的頻率偏差。
電力平衡市場(chǎng)：德國(guó)于2010年起就建立了統(tǒng)一的電力平衡市場(chǎng)，由眾多的平衡服務(wù)提供商為TSO提供靈活性服務(wù)。
電力系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定可以通過(guò)頻率三次控制備用保證。一次控制備用通過(guò)頻率控制；二次控制備用通過(guò)自動(dòng)和手動(dòng)激活的頻率恢復(fù)；三次控制備用通過(guò)手動(dòng)控制，啟動(dòng)時(shí)間稍長(zhǎng)，以補(bǔ)充二次控制備用。三類控制備用的激活時(shí)間從30秒到15分鐘不等。
一次備用的最低投標(biāo)單位為1 MW，且對(duì)稱投標(biāo)，在正負(fù)兩個(gè)方向上提供相同的容量。一次控制備用的供應(yīng)商只獲得容量?jī)r(jià)格的收益，而二次和三次控制備用對(duì)正負(fù)備用分別詢價(jià)，最低投標(biāo)單位分別為5MW，并通過(guò)容量?jī)r(jià)格和平衡價(jià)格獲得收益，平衡能量的成本將轉(zhuǎn)嫁給引起啟動(dòng)備用的平衡基團(tuán)管理人（或責(zé)任方）。
在德國(guó)，每個(gè)發(fā)電廠和電力用戶都會(huì)被分配到相應(yīng)的平衡單元，由平衡基團(tuán)管理人保證平衡單元內(nèi)的總發(fā)電量及外購(gòu)電量與用電量之間的動(dòng)態(tài)平衡。每個(gè)管理人須以15分鐘為單位，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)單元內(nèi)第二天的電力供求，并向相應(yīng)的TSO提交各自的平衡計(jì)劃。TSO則根據(jù)各管理人的報(bào)告，負(fù)責(zé)調(diào)度區(qū)內(nèi)電力供應(yīng)和負(fù)荷之間的平衡，并每15分鐘為每個(gè)平衡單元進(jìn)行一次清算。
TSO實(shí)時(shí)監(jiān)控每個(gè)平衡單元預(yù)測(cè)與實(shí)際情況之間的偏差，并購(gòu)買平衡市場(chǎng)上的平衡服務(wù)解決各單元的實(shí)際偏差，費(fèi)用即平衡電量耗費(fèi)的成本，由各管理人承擔(dān)。為降低這一費(fèi)用，管理人可在日間市場(chǎng)購(gòu)電或售電以減少偏差。
由于市場(chǎng)的高度透明，發(fā)電企業(yè)將根據(jù)發(fā)電成本和預(yù)期價(jià)格，以成本最優(yōu)的組合確定其發(fā)電計(jì)劃。電力市場(chǎng)將根據(jù)電力市場(chǎng)競(jìng)價(jià)上網(wǎng)優(yōu)先順序，即按機(jī)組的發(fā)電邊際成本優(yōu)先排序進(jìn)行交易，而風(fēng)電及光伏等發(fā)電的邊際成本最低，總能夠在市場(chǎng)上優(yōu)先出清。
電力市場(chǎng)交易的大數(shù)據(jù)將實(shí)時(shí)同步到TSO，并由TSO進(jìn)行調(diào)度。電力交易后各平衡單元的實(shí)際供求差異，由TSO購(gòu)買平衡服務(wù)來(lái)解決。如果電網(wǎng)發(fā)生阻塞，TSO可進(jìn)行再調(diào)度，調(diào)整各類發(fā)電機(jī)組的發(fā)電量。
另外，為激勵(lì)各行各業(yè)提供靈活性，德國(guó)于2013年通過(guò)《可中斷負(fù)荷協(xié)議條例》，并進(jìn)一步修訂，允許TSO對(duì)可中斷負(fù)荷進(jìn)行招標(biāo)?？芍袛嘭?fù)荷既可以參與電力平衡市場(chǎng)，還可以參與TSO招標(biāo)，從接入高壓高載能工業(yè)負(fù)荷到接入6-60kV 中壓電網(wǎng)分布式能源以及聚合的小負(fù)荷都可參與投標(biāo)。
綜上，法律制度環(huán)境與電力市場(chǎng)機(jī)制促進(jìn)了德國(guó)虛擬電廠的蓬勃發(fā)展。
虛擬電廠保障了高可再生能源比例電力系統(tǒng)的安全。一方面，虛擬電廠通過(guò)聚合各類分布式能源，根據(jù)電價(jià)波動(dòng)調(diào)節(jié)電力供應(yīng)和需求，在平衡市場(chǎng)為TSO提供平衡服務(wù)，大大提升了電力系統(tǒng)的靈活性，并支持可再生能源提供靈活性服務(wù)，有助于解決再調(diào)度及電網(wǎng)阻塞問(wèn)題。另一方面，隨著可再生能源并網(wǎng)比例逐步提高，以小規(guī)模電源為主聚合的虛擬電廠也已啟動(dòng)，可以顯著優(yōu)化中低壓電網(wǎng)的電力平衡。
虛擬電廠在提升可再生能源消納空間的同時(shí)，還降低了電力基礎(chǔ)設(shè)施投入成本。虛擬電廠為可再生能源在電力市場(chǎng)直接銷售打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，并通過(guò)提供靈活性服務(wù)，促進(jìn)可再生能源更大規(guī)模更大比例的并網(wǎng)消納。同時(shí)，虛擬電廠的靈活性服務(wù)可以大大降低電力系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施投資，減少傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組的投入，避免由于用電峰值增加導(dǎo)致的電網(wǎng)擴(kuò)容。而且，虛擬電廠還為分布式能源投資人穩(wěn)定投資回報(bào)預(yù)期，增加額外收入。
當(dāng)然，德國(guó)虛擬電廠模式還在進(jìn)一步完善中，包括研究探討是否建立更加靈活的市場(chǎng)機(jī)制，以容納更多的可再生能源、電動(dòng)汽車電池和熱泵等小規(guī)模能源參與；是否創(chuàng)建獨(dú)立交易平臺(tái)，容納更小區(qū)域范圍的靈活性市場(chǎng)，并融合小規(guī)模能源和DSO為虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商提供更多的發(fā)展機(jī)會(huì)，允許小規(guī)模能源進(jìn)行投標(biāo)，給提供靈活性的小型用戶降低資費(fèi)，免除家用儲(chǔ)能提供靈活性的稅費(fèi)和過(guò)網(wǎng)費(fèi)等。
中國(guó)特色中國(guó)新能
截至2021年底，中國(guó)可再生能源裝機(jī)規(guī)模已突破11億千瓦，新能源發(fā)電量首次超過(guò)1萬(wàn)億千瓦時(shí)，水電、風(fēng)電、光伏、生物質(zhì)發(fā)電裝機(jī)均居世界第一，但風(fēng)光發(fā)電量占比還不到10%。
若干年前，中國(guó)一些電力專家認(rèn)為可再生能源占比超過(guò)10%，電網(wǎng)系統(tǒng)很大可能會(huì)崩潰。如今，德國(guó)可再生能源占發(fā)電量占比達(dá)50.9%，風(fēng)光發(fā)電量占比達(dá)37.2%，隨著虛擬電廠模式的進(jìn)一步改善，對(duì)德國(guó)電網(wǎng)未來(lái)融入60%以上的風(fēng)光發(fā)電有期待、亦有信心。
當(dāng)前，中國(guó)以整縣開發(fā)為主題的分布式光伏如火如荼，可再生能源大基地建設(shè)風(fēng)起云涌，各種模式的新能源項(xiàng)目遍地開花，未來(lái)將迎來(lái)高增長(zhǎng)大比例的風(fēng)光發(fā)電并網(wǎng)。
實(shí)際上，風(fēng)光發(fā)電的不確定性，曾一度導(dǎo)致中國(guó)“棄風(fēng)棄光”現(xiàn)象嚴(yán)重?？紤]風(fēng)光實(shí)際建成的裝機(jī)規(guī)模、并網(wǎng)比例、并網(wǎng)后的實(shí)際消納電量等數(shù)據(jù)，歷年來(lái)中國(guó)“棄風(fēng)棄光”的實(shí)際比例恐怕比公布的數(shù)據(jù)要高，且風(fēng)光發(fā)電并網(wǎng)導(dǎo)致的系統(tǒng)干擾和網(wǎng)絡(luò)可控性等問(wèn)題，也曾引起風(fēng)電場(chǎng)脫網(wǎng)事故。
中國(guó)特色下的中國(guó)新能源，能否像德國(guó)的新能源發(fā)展那樣，一路狂奔而不至于摔跤？
首先，中國(guó)需不需要一套關(guān)于支持可再生能源快速發(fā)展的新的法律體系？如歐盟的《第三組能源法案》和《清潔能源法案》。在現(xiàn)有能源電力相關(guān)法律框架下，各委辦部局相關(guān)部門頒發(fā)的從各自管轄權(quán)益出發(fā)的各類政策，是否有相當(dāng)?shù)闹萍s力和有效性？
其次，中國(guó)現(xiàn)有的電力體制及改革的目標(biāo)模式能否支撐大規(guī)模、高比例的風(fēng)光接入和消納，并保證電力供應(yīng)安全、用戶權(quán)益以及各市場(chǎng)主體的權(quán)益？
再次，中國(guó)現(xiàn)有并正在深化的電力市場(chǎng)，越過(guò)平衡基團(tuán)，大談并鼓勵(lì)虛擬電廠，并同時(shí)大規(guī)模建設(shè)特高壓線路和儲(chǔ)能設(shè)施，這是否是中國(guó)電力市場(chǎng)和平衡市場(chǎng)的最佳選擇？
再次，按照碳中和目標(biāo)的要求，到2060年，中國(guó)非化石能源占比要達(dá)到終端用能的80%，可再生能源將成為絕對(duì)主流。堅(jiān)持現(xiàn)有的中國(guó)特色新能源發(fā)展模式是否能有效支撐碳中和的目標(biāo)？
最后，如果全面學(xué)習(xí)全球比較公認(rèn)的德國(guó)經(jīng)驗(yàn)和歐洲電力模式，能源改革的目標(biāo)和路徑將面臨重大調(diào)整，中央企業(yè)的全國(guó)性電網(wǎng)資產(chǎn)，特別是配網(wǎng)資產(chǎn)，將不得不面臨分拆、社會(huì)化投資和經(jīng)營(yíng)。按照“四個(gè)革命一個(gè)合作”的能源安全新戰(zhàn)略，能源體制將不應(yīng)是修修補(bǔ)補(bǔ)式的補(bǔ)充與完善，而是徹徹底底的體制機(jī)制革命。如果雙碳目標(biāo)、能源安全和新能源發(fā)展構(gòu)成革命的源動(dòng)力，那么，這樣的革命誰(shuí)來(lái)推動(dòng)？如何推動(dòng)？
（本文經(jīng)作者授權(quán)發(fā)布，僅代表作者觀點(diǎn)。作者單位為國(guó)合洲際能源咨詢?cè)?。該機(jī)構(gòu)專注于石油、天然氣、煤炭、電力、可再生能源及氣候變化等相關(guān)領(lǐng)域的深度研究、評(píng)估和咨詢。）