國(guó)際虛擬電廠建設(shè)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

各國(guó)基于自身的能源資源稟賦和市場(chǎng)需求，采取了多種措施來推動(dòng)虛擬電廠的發(fā)展。

1.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) [14]。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%[15]。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。《可再生能源法》規(guī) 定超過 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 [16]。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 [17]。

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 [18]。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)的通信過程中廣泛使用了 AES256(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 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 [19]。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[20]。

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 [21]，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。