隨著大規(guī)模可再生能源接入電網以及智慧能源技術日新月異的發(fā)展，近幾年來，推廣實施DR和VPP技術的新商業(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)境出現的新變化，這些變化的主要特征大體可以概括為“5個D”。

第一個是自由化（Deregulation）。

2016年4月日本電力零售市場實現了全面自由化，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)電側的“用多少發(fā)多少”，轉而通過供應和需求兩側的市場進行調節(jié)，自由化是日本電力市場變革的起點。

第二個是脫碳化（De-carbonization）。

為完成巴黎協定國家自主減排目標，日本一方面從電力供給側入手，大力發(fā)展以光伏發(fā)電為主的可再生能源以彌補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性，仍難以保障電力的穩(wěn)定供應；另一方面，從電力需求側管理入手，除了依靠傳統的節(jié)能措施外，深度挖掘用戶側的分布式能源潛力，這已成為日本實現脫碳化目標的一條新路徑。

第三個是分散化（Decentralization）。

相較依靠大規(guī)模火電、核電等為中心的傳統集中式電力系統而言，日本正在構建以光伏、風電等小規(guī)模分布式電源以及結合儲能技術的新型分散化電力系統，終端用戶不僅僅是電力的消費者，同時又是電力的“生產者”。

第四個是數字化（Digitalization）。

互聯網、大數據和AI技術加速了信息通訊與能源產業(yè)的深度融合，促進了電力數字化的發(fā)展，不僅可以遠程調控用戶側發(fā)電、蓄能和用電設備，而且能將大量散落的小規(guī)模電源聚合起來，形成強大的用戶側發(fā)電資源，配電系統由傳統的單向潮流向滿足供需平衡的雙向潮流轉變。

第五個是人口過少過疏化（De-population）。

據預測到2050年日本總人口將下降30%，到2100年將下降一半；電力需求在未來的10年預計將會減少10%左右，電力產業(yè)的規(guī)模經濟性遭到前所未有的挑戰(zhàn)。

面對電力市場的新變化，DR和VPP作為需求側管理的重要模式異軍突起。所謂“需求響應”是指電力用戶針對DR實施機構發(fā)布的價格信號或激勵機制做出響應，主動改變自身用電行為，目前主要分為價格誘導型和激勵協議型兩種類型。

傳統DR源于美國，是從電力需求側管理中進化而來，以價格誘導和行政指令為主，主要包括我們所熟悉的分時電價、尖峰電價和可中斷負荷電價等方式。

傳統DR一般通過下達指令，實現負荷的削減，但往往很難做到快速響應。而在電網智能化的背景下，新型DR完全實現了自動調控，在電力供應緊張時，自動向用戶發(fā)出削減負荷的DR信號，家庭或企業(yè)等電力用戶自動接收DR信號，通過自己的能量管理系統控制調整用電，并對DR結果自動進行報告。

新型DR能夠實現迅速、高效和精準的電力實時動態(tài)調控，能有效解決電力供給側可再生能源發(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網的創(chuàng)新應用。從電力供應角度來看，VPP利用互聯網和能源管理技術將企業(yè)和家庭所擁有的分散式小規(guī)模電源集成優(yōu)化，進行遠程控制和利用，如同電廠一樣提供電力供給；從電力消費角度來說，VPP通過對用戶儲能裝置的聚合控制，能夠實現消納可再生能源富余電力，保障電力供需平衡。

日本用戶側分布式電源規(guī)模和潛力巨大，如表1所示。據推算，到2030年日本分布式發(fā)電設備裝機容量能夠達到2591萬kW，相當于25座百萬千瓦級煤電機組；若有10%的儲能設備參與電網調節(jié)，其規(guī)模將達到1320萬kW，相當于26座百萬千瓦級煤電機組的調節(jié)能力。

VPP實質上更是電力需求側管理的創(chuàng)新模式。VPP與DR既有重疊，又有區(qū)別。VPP重點在于增加供給，會產生逆向潮流；DR則重點強調削減負荷，不會發(fā)生潮流逆向。因此，是否會造成電力系統產生逆向潮流是VPP和DR兩者最主要的區(qū)別。

日本將狹義上的VPP定義為直接并網的可再生能源發(fā)電設備和儲能裝置，而廣義上的VPP還包括用戶側的新型DR，但傳統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)電設備

家庭包括屋頂光伏、燃料電池、微型熱電聯產系統等，企業(yè)則包括自備發(fā)電機、熱電聯產系統、可再生能源發(fā)電設備等；

（2）儲能設備

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、電子熱水機等；

（3）節(jié)電設備

家庭包括空調和照明設備等，企業(yè)包括空調、通風設備、風扇、壓縮機、冷卻器、水泵等。日本推廣VPP（DR）的重點集中在住宅、辦公大樓、工廠、商業(yè)設施、公共事業(yè)和電動汽車等六大領域，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)務特色。

早在上世紀70年代，日本就大力推行電力需求側管理（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)能水平達到世界之最。90年代，日本開始著手DR技術的研究，但真正開始實施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、京阪奈學研、北九州建立了四個智慧能源城市示范工程，測試了傳統DR的技術性和經濟性，其中最大成果便是制定了OpenADR 2.0b、ECHONET Lite等技術規(guī)范和相關接口標準。

新型DR技術則在近幾年才開始興起，2014年6月，日本第4次能源基本計劃提出：為推動用戶側有效開展節(jié)電，隨著電力改革穩(wěn)步推進，要積極創(chuàng)造條件引進新型“需求響應”模式，通過用戶側需求管理，維持發(fā)電容量的合理規(guī)模，實現電力穩(wěn)定供給。

2016年日本政府制定的“日本再興戰(zhàn)略”提出到2030年要實現DR占總電力需求6%的目標。2016年日本電力公司的DR容量約為10.7GW，其中78%負荷得到釋放。伴隨DR響應電量（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'通過競價實現對電力用戶側負荷資源進行統一調控，全年完成133萬kW的響應量，其中DR達到95.8萬kW，價值約合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VPP技術發(fā)展的示范工程建設計劃，制定了從2016年到2020年的政府補貼規(guī)劃，大力支持企業(yè)開展VPP技術研發(fā)，重點任務之一是驗證50MW以上虛擬電廠技術的可靠性，計劃到2020年實現VPP經濟自主。2018年7月出臺的第5次能源基本計劃，進一步明確了加快低成本儲能電池、V2G（Vehicle to Grid）、電轉氣（P2G）等技術推廣，加強低功率廣域網絡技術(LPWA)和M2M、P2P的技術研發(fā)，以進一步推動電源的低碳化，其中V2G是利用車載電池充放電滿足系統電力需求的一項技術，是VPP最具市場前景的技術之一。2016年日本有7個示范項目獲得總計26.5億日元的補助，2017年有6個示范項目得到總計60多億日元補助。

傳統發(fā)電廠發(fā)出的電能被稱為“正瓦特”，而節(jié)電產生的電能則被稱為“負瓦特”，電網的負荷平衡可通過電源供給“正瓦特”或削減負荷的“負瓦特”實現。“負瓦特市場”參與各方可以通過市場共同分享利益。負荷集成商通過聚合調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、備用電源和電動汽車等向負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以及相關數據分析等獲得商機，個人電力用戶則可通過提供屋頂光伏、儲能裝置和電動汽車向負荷集成商提供電能。

由此可見，市場主體之間有效合作機制的建立，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)定性和價值實現。

“日本再興戰(zhàn)略（2016）”提出到2030年負瓦特交易量要實現與美國相同水平，達到最大電力需求的6%。日本最大電力需求峰值約為160GW，按6%計算則為10GW，相當于10座百萬千瓦級煤電機組，由此可見潛力巨大。2017年4月，負瓦特市場正式啟動，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)，主要目的是調控用戶側節(jié)電量與計劃發(fā)電量的匹配；第二類是輸配電企業(yè)，目的是通過增減負荷保障供需平衡。對輸配電企業(yè)來說，按調節(jié)電源的功能和作用可以分為三種：

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

電源Ⅱ：可并網的調節(jié)電源；

電源Ⅲ：不可并網的調節(jié)電源。

日本電力市場實行自由化之前，電價完全按照成本核算。按照成本核算的電價不僅包括電能本身的價值（kWh）、還包括保障電力供給所必須的電力容量價值（kW）以及調節(jié)電力供需平衡和維持電能質量的調峰容量價值（±kW(h)）。負瓦特市場使得減少負荷電力需求與電源發(fā)送電力具有相同價值，于是，電力市場設計開始重新評估市場各方的利益和價值。

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

從2018年5月起FIT綠色證書將在非化石價值市場交易，2019年該市場還將向所有非化石能源開放；為了促進新電力公司參與基荷電源交易的競爭，日本計劃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節(jié)容量的市場機制，2020年日本將啟動容量市場，并創(chuàng)設需求調節(jié)市場。市場機制的完善使DR和VPP在不同市場環(huán)境下形成調度和競價，從而更具有廣泛的適用性，但也必須注意到市場價格和響應速度是影響其發(fā)展的關鍵。

綜上所述，DR和VPP商業(yè)模式不僅僅是收集分散的電能、控制負荷量，還可以參與系統調度，提供調峰、調頻輔助服務等，從而促進可再生能源大規(guī)模發(fā)展的同時提升電力系統的調節(jié)能力和可靠性。隨著分布式能源互聯網的發(fā)展，未來發(fā)電（kWh）、容量（kW）、調峰（±kW(h)）三大價值將形成獨立市場體系，日本電力市場將進入以DR和VPP為代表的電力供需耦合新時代。

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