德國虛擬電廠試驗

范珊珊

在能源互聯網的發源地德國，虛擬發電廠已經“落成”。或許未來需求側最好的商業模式就是虛擬發電廠。

當能源互聯網概念正在國內熱炒的時候，德國已經完成了一些“能源互聯網”的實驗項目。隨著棄核期限日益臨近，可再生能源特別是分布式能源比例的不斷提高，如何在原有的大電網中，高效的控制這些分散的小型“電廠”成為了近些年德國政府極力推動的一項研究。

也就是說，將成千上萬的分散小型可再生能源整合為一個巨大的類似傳統電廠的可靠能源網絡，不再是一個夢想，而是在逐步實現。

2008年，德國聯邦經濟和技術部啟動了“E-Energy”計劃，目標是建立一個能基本實現自我調控的智能化的電力系統，而其中信息和通信技術是實現此目的的關鍵。E-Energy同時也是德國綠色IT先鋒行動計劃的組成部分。綠色IT先鋒行動計劃總共投資1.4億歐元，包括智能發電、智能電網、智能消費和智能儲能四個方面。為了分別開發和測試智能電網不同的核心要素，德國聯邦經濟技術部通過技術競賽選擇了6個試點地區團體。

在以ICT技術為基礎的一個強大的“能源互聯網”中，各種形式的發電廠和電網運營商、工業和私人用戶，都找到了屬于自己一個全新的市場角色，一個全新的商業模式應運而生。

在這個全新的結構和功能的電力系統中，各種軟件、智能電表、儲能等新技術被應用其中。在高效的使用“不穩定”的可再生能源同時，更為關鍵的是實現了用戶側的管理。

在由“E-Energy”計劃支持的6個涉及能源互聯網項目中，位于德國中北部的哈茨山脈的可再生能源示范項目——RegModHarz項目，就是將新能源最大化利用的典型案例，而其中最引人注目的就是將這些分散的新能源發電設備進行虛擬集合、調配的技術，也就是我們所稱的“虛擬電廠”（Virtual Power Plant，VPP）。

沒有實體的電廠

顧名思義，“虛擬電廠”并不是具有實體存在的電廠形式，它打破了傳統電力系統中物理上發電廠之間、以及發電和用電側之間的界限。

在德國，隨著新能源接入特別是大規模的分散式光伏、風電發電系統的接入，毫無疑問給電網的穩定帶來了間歇性的沖擊，這樣也就對電網的調度方式提出了新的挑戰。同時，隨著智能電網技術的發展，電網調度機構甚至是私人用戶都可以通過網絡技術對電網運行情況進行監測和分析。虛擬電廠的作用就是將新加入的新能源系統與傳統的發電系統以及儲能系統等進行有效的整合，通過一個控制中心實現管理，從而有機的參與到電網運行中。

與此同時，虛擬電廠也不失為一種有效的響應需求側的手段。通過在用電側安裝一些裝置比如智能電表，從而設計出符合客戶特定用能需要并具有經濟性的電源組合，使得供需在發電和用電兩側達到平衡。

而德國聯邦經濟和技術部最終選擇RegModHarz項目作為“虛擬電廠”示范項目，是因為該地區可再生能源供電的比例超過德國平均2倍左右。在哈茨地區，總人口約為24萬人，因為地處山區，風電資源較好。不僅風機在此處較為普遍，抽水蓄能、太陽能、沼氣、生物質能以及電動車等都成為電力供應的一部分。在這個面積僅有2104平方公里的區域里，發電裝機總量約為200MW，此外主要有6家配電運營商、4家電力零售商以及1家輸電商。

首先，虛擬電廠與分散式電源進行通訊連接，而與原有的傳統大型發電場不同的是，新能源系統數據變化較快，安全、穩定性高的傳輸技術非常必要。所以在此項目中制定了統一的數據傳輸標準，使得虛擬電廠對于數據變化能夠快速反應。

在考慮發電端的同時，虛擬電廠同樣關注的是用電側的反應，在哈茨地區的試樣中，家庭用戶安裝了能源管理系統，被稱為“雙向能源管理系統”（簡稱BEMI）。

資料顯示，用戶安裝的能源管理系統每15分鐘儲存用戶用電數據，記錄用戶每天的用電習慣，并將這些數據通過網絡傳輸到虛擬電廠的數據庫中。同時，BEMI系統還可以通過無線控制開關的插座，當電價發生變動時，可以通過無線控制來調控用電時間和用電量。

此外，此項目還采用了動態電價，設置了9個登記的獎懲制度。零售商將電價信息傳送到市場交易平臺，用戶可以知曉某個時刻的電價等級以及電力來源。因而，培養用戶良好的用電習慣，通過價格的方式進行，可以讓對電價敏感的用戶根據電價的高低調整用電時段。為了保證用戶對于信息的獲取，在哈茨項目中還有一個專門的市場平臺，讓使用者可以較為便捷的獲取相關電力信息，對于當前的電力需求、價格以及天氣對于未來需求的影響等信息進行了集合。

其中，特別值得注意的是，虛擬電廠系統中，發電預測系統至關重要。對于售買雙方，對于電力批發市場價格、用電量、發電量信息的獲取都較為迫切。

這也就意味著，在能源互聯網的發源地德國，虛擬發電廠已經“落成”。電源的聚合，其實際能效和經濟效益均要高于單獨運行這些電源。

需求側管理的最優方式？

在整個電力需求側的產業鏈，有設備制造業、需求響應、電能交易、負荷互濟，節能服務，智能微電網運營等等。未來需求側最好的商業模式是虛擬發電廠。

哈茨項目開始的2008年，彼時可再生能源成本還遠遠高于傳統電力發電成本，必須依賴可再生能源補貼。而因為德國電力市場化改革的成果，以及可再生能源成本的下降，可再生能源進入電力批發市場，進行直接競價上網，成為了必然。

直接進行競價上網，意味著對于虛擬電廠來說，在批發市場中，要想盈利，必須考慮不同電力的特性，設置不同的銷售組合，以獲取盈利。據資料顯示，在哈茨項目執行的過去幾年間，項目方對于進入批發市場的商業模式進行模擬。而模擬的結果是，在彼時，如果缺乏補貼，可再生能源進入電力批發市場獲利可能性很小。

此外，在示范區當地，將可再生能源進行銷售也是另一種商業模式。隨著民眾對于可再生能源認同感增強，并且對于當地電源發展的認同與支持，虛擬電廠作為協調方，協調發電端和零售商以及最后到用戶端之間的交易。

在德國，越來越多的公司開始進入虛擬電廠領域。除了大公司西門子、博世等等聯合傳統電力巨頭想在通訊服務領域占得頭籌，更多的中小型企業也看中了虛擬電廠未來的發展前景，業務涉及能效管理、節能合約、充電設施服務等等。

在虛擬電廠未來的市場中，涌現出更多的服務商。而在整個系統中，那些為電廠運轉提供軟件、儲能設備、電網服務商等各種衍生而出的服務公司甚至咨詢公司，毫無疑問，更容易找到市場定位。

可再生能源大量接入引發了電網的波動，對于服務商而言，必須對當地電網足夠的了解，并且應該對未來可再生能源比例提高情形進行模擬。在RegModHarz項目項目中，項目方根據哈茨地區的電網情況設立一個新的模型，模仿當地分散電源的連接結構，對不同電壓等級的電網以及可再生能源比例的不同進行模擬，從而考察不同情境下電壓的變化。結果是如果哈茨地區2020年可再生能源比例達到38.5%，目前電網結構依然能夠承受。

與此同時，電網本身主動加強監測以及改變現有的電力管理方式。也就是說，利用虛擬電廠進行的需求側管理進行的是對電源端和負荷端以及電網本身三者之間的協調。需求側管理需基于多種類分布式能源協調互補、用戶主動參與的管理理念。一方面用戶需求側管理的發展方向是通過互聯網技術實現多種分布式能源整合互補，提高綜合能源使用效率，另一方面利用價格機制，提高用戶用電的自主性。

在德國，除了哈茨地區RegMod項目，E-Energy資助的其余5個項目，都是試圖通過先進的互聯網、通訊技術等，來進行電力需求側管理。比如庫克斯港的eTelligence項目，通過互聯網平臺實時發布電力供應與需求情況，以進行平衡。這是一個熱電聯產示范項目，當新能源富裕時，售電公司向大用戶發出電價變低的提醒，此時工業用戶可以開啟儲能設備。

這些在德國已經試驗的項目，以不同方式根據不同區域用能情況開展，雖然涉及區域較小，模擬情景更不相同，毫無疑問，他們都是試圖尋找互聯網與能源消費的融合點。而這一切最基礎也是最敏感的因素就是能源產品的價格。