福島核事故暴露出大規模集中式電力供給的脆弱性，日本由此下決心建設新一代電力系統和能源綜合管理，以實現電力需求側管理的智慧化向以可再生能源、蓄能為代表的小規模分布式能源體系轉型。但分布式電源如何動態優化組合、如何保證供需的實時平衡成為這一轉型的難題。

在能源互聯網的大背景下，需求響應(DR)和虛擬電廠(VPP)成為日本電力市場的新寵，二者不僅可以降低系統基本負荷和峰值負荷，彌補因核電大量關閉帶來的電力缺口，而且在負荷側增加了電源多能集成的互補性，降低了火電調峰需求，提高了可再生能源的利用。同時，促使電網根據不同類型電源輸出特性實現優化配置，推動電網智能化提升。因此，DR和VPP 成為當前日本分布式能源互聯網市場創新的一大亮點。

電力市場新變化

隨著大規模可再生能源接入電網，以及智慧能源技術快速發展，近幾年來，推廣實施DR和VPP技術的新商業模式在日本不斷涌現。DR和VPP的興起源于日本電力市場環境出現的五個新變化。

第一是自由化。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。截至今年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%。而且，電力用戶不僅可以自主選擇售電公司，還能直接參與需求響應和虛擬電廠的市場交易中，電力供需平衡不再僅依靠發電側的“用多少發多少”，轉而通過供應和需求兩側的市場進行調節，自由化是日本電力市場變革的起點。

第二是脫碳化。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，大力發展以光伏發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電本身的缺陷，仍難以保障電力的穩定供應;另一方面，從電力需求側管理入手，除依靠傳統的節能措施外，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。

第三是分散化。相較依靠大規模火電、核電等為中心的傳統集中式電力系統，日本正在構建以光伏、風電等小規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”。

第四是數字化。信息技術與能源產業的深度融合促進了電力數字化的發展，不僅可以遠程調控用戶側發電、蓄能和用電設備，而且能將大量散落的小規模電源聚合起來，形成強大的用戶側發電資源，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。

第五是人口過少過疏化。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，電力產業的規模經濟性將遭到巨大挑戰。

需求管理新模式

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。傳統的DR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，主要包括分時電價、尖峰電價和可中斷負荷電價等方式，并通過下達指令，實現負荷削減，但很難做到快速響應。而在電網智能化的背景下，新型DR完全實現了自動調控。電力供應緊張時，自動向用戶發出削減負荷的需求響應信號，電力用戶自動接收信號，通過能量管理系統控制調整用電，并對需求響應結果自動報告。

VPP既是分布式能源也是能源互聯網的創新應用。從電力供應角度看，VPP利用互聯網和能源管理技術將用戶擁有的分散式小規模電源集成優化，進行遠程控制和利用，像電廠一樣供應電力;從電力消費角度看，通過聚合控制用戶儲能裝置，實現消納可再生能源富余電力，保障電力供需平衡。據推算，到2030年日本分布式發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10%的儲能設備參與電網調節，規模將達到1320萬kW，相當于26座百萬千瓦級煤電機組的調節能力。

VPP與RD既有重疊，又有差異。VPP重點在增加供給，會產生逆向潮流，而DR重點強調削減負荷，不會發生潮流逆向。因此，是否會造成電力系統產生逆向潮流是二者最主要的區別。

日本將狹義上的VPP定義為直接并網的可再生能源發電設備和儲能裝置，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。廣義的VPP涉及的分布式“電源”主要包括發電設備、儲能設備以及各種節電設備。

上世紀70年代，日本開始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，但工業能耗卻減少了10%，節能水平達到世界之最。進入90年代，日本著手DR技術研究，但真正開始實施是在2011年東日本大地震之后。

新型DR技術近幾年開始興起，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電，隨著電力改革穩步推進，要積極創造條件引進新型“需求響應”模式，通過用戶側需求管理，維持發電容量的合理規模，實現電力穩定供給。2016年日本政府制定的“日本再興戰略”提出到2030年要實現需求響應占總電力需求6%的目標。2016年日本電力公司的需求響應容量約為10.7GW，其中78%負荷得到釋放。伴隨DR響應電量(電源Ⅰ-b)在批發市場上市交易，2017年被稱為日本的“DR元年”。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，“日本再興戰略”明確提出推廣VPP的政策。2016年4月，“能源革新戰略”制定了從2016年到2020年的政府補貼規劃，大力支持企業開展VPP技術研發，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，繼續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，以進一步推動電源的低碳化。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。

運行機制市場化

完善市場機制是DR和VPP規模化發展的關鍵。

2015年11月，日本首相安倍晉三指示要在2017年創建“負瓦特市場”，以提高民眾節電的積極性。傳統發電廠發出的電能被稱為“正瓦特”，而節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，企業通過自身的儲能裝置、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，確保市場的穩定性和價值實現。

“日本再興戰略(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，潛力巨大。

2017年4月，日本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，主要目的是調控用戶側節電量與計劃發電量的匹配;第二類是輸配電企業，目的是通過增減負荷保障供需平衡。

日本電力市場實行自由化之前，電價完全按成本核算，電價不僅包括電能本身的價值、還包括保障電力供給所必須的電力容量價值，以及調節電力供需平衡和維持電能質量的調峰容量價值。負瓦特市場使得減少負荷電力需求與電源發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。

經過幾輪電改，日本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，今后還將陸續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。從今年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;為促進新電力公司參與基荷電源交易競爭，日本計劃2019年創建基荷電能市場;競爭性電力市場還要求建立電力容量和調節容量的市場機制，2020年日本將啟動容量市場，并創設需求調節市場。市場機制的完善使DR和VPP在不同市場環境下形成調度和競價，更具有廣泛的適用性，但也必須注意市場價格和響應速度是影響其發展的關鍵。

綜上所述，DR和VPP商業模式不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，從而在促進可再生能源大規模發展的同時提升電力系統的調節能力和可靠性。隨著分布式能源互聯網的發展，未來發電、容量、調峰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。

(作者為國際清潔能源論壇(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)