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(wǎng)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。
2008年，德國聯(lián)邦經(jīng)濟和技術部啟動了“E-Energy”計劃，目標是建立一個能基本實現(xiàn)自我調(diào)控的智能化的電力系統(tǒng)，而其中信息和通信技術是實現(xiàn)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(fā)電、智能電網(wǎng)、智能消費和智能儲能四個方面。為了分別開發(fā)和測試智能電網(wǎng)不同的核心要素，德國聯(lián)邦經(jīng)濟技術部通過技術競賽選擇了6個試點項目。
在由“E-Energy”計劃支持的6個涉及能源互聯(lián)網(wǎng)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，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(fā)電設備進行虛擬集合、調(diào)配的技術，也就是我們所稱的“虛擬電廠”（VirtualPowerPlant,VPP）。
沒有實體的電站
“虛擬電廠”不是具有實體存在的電廠形式，它打破了傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中物理上發(fā)電廠之間、以及發(fā)電和用電側(cè)之間的界限。
德國聯(lián)邦經(jīng)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(qū)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(qū)，總?cè)丝诩s為24萬人，因為地處山區(qū)，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(zhì)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(qū)域里，發(fā)電裝機總量約為200兆瓦，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(tǒng)大型發(fā)電場不同的是，新能源系統(tǒng)數(shù)據(jù)變化較快，安全、穩(wěn)定性高的傳輸技術非常必要。所以在此項目中制定了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)傳輸標準，使得虛擬電廠對于數(shù)據(jù)變化能夠快速反應。
在考慮發(fā)電端的同時，虛擬電廠同樣關注的是用電側(cè)的反應，在哈茨地區(qū)的試樣中，家庭用戶安裝了能源管理系統(tǒng)，被稱為“雙向能源管理系統(tǒng)”（簡稱BEMI）。
資料顯示，用戶安裝的能源管理系統(tǒng)每15分鐘儲存用戶用電數(shù)據(jù)，記錄用戶每天的用電習慣，并將這些數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡傳輸?shù)教摂M電廠的數(shù)據(jù)庫中。同時，BEMI系統(tǒng)還可以通過無線控制開關的插座，當電價發(fā)生變動時，可以通過無線控制來調(diào)控用電時間和用電量。
此外，此項目還采用了動態(tài)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，以培養(yǎng)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(jù)電價的高低調(diào)整用電時段。
虛擬發(fā)電廠使新能源系統(tǒng)與傳統(tǒng)的發(fā)電系統(tǒng)以及儲能系統(tǒng)等進行有效的整合，通過一個控制中心實現(xiàn)管理，從而有機的參與到電網(wǎng)運行中。其實際能效和經(jīng)濟效益均要高于單獨運行這些電源。與此同時，虛擬電廠也不失為一種有效的響應需求側(cè)的手段。通過在用電側(cè)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(jīng)濟性的電源組合，使得供需在發(fā)電和用電兩側(cè)達到平衡。
需求側(cè)管理的最優(yōu)方式？
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(tǒng)電力發(fā)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(fā)市場，進行直接競價上網(wǎng)，成為了必然。
直接進行競價上網(wǎng)，意味著對于虛擬電廠來說，在批發(fā)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(jù)資料顯示，在哈茨項目執(zhí)行的過去幾年間，項目方對于進入批發(fā)市場的商業(yè)模式進行模擬。而模擬的結(jié)果是，在彼時，如果缺乏補貼，可再生能源進入電力批發(fā)市場獲利可能性很小。
此外，在示范區(qū)當?shù)?，將可再生能源進行銷售也是另一種商業(yè)模式。隨著民眾對于可再生能源認同感增強，虛擬電廠作為協(xié)調(diào)方，協(xié)調(diào)發(fā)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(lián)合傳統(tǒng)電力巨頭想在通訊服務領域占得頭籌，更多的中小型企業(yè)也看中了虛擬電廠未來的發(fā)展前景，業(yè)務涉及能效管理、節(jié)能合約、充電設施服務等等。
在虛擬電廠未來的市場中，涌現(xiàn)出更多的服務商。而在整個系統(tǒng)中，那些為電廠運轉(zhuǎn)提供軟件、儲能設備、電網(wǎng)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(fā)了電網(wǎng)的波動，對于服務商而言，必須對當?shù)仉娋W(wǎng)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項目中，項目方根據(jù)哈茨地區(qū)的電網(wǎng)情況設立一個新的模型，模仿當?shù)胤稚㈦娫吹倪B接結(jié)構(gòu)，對不同電壓等級的電網(wǎng)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(jié)果是如果哈茨地區(qū)2020年可再生能源比例達到38.5%，目前電網(wǎng)結(jié)構(gòu)依然能夠承受。
在德國，除了哈茨地區(qū)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(lián)網(wǎng)、通訊技術等，來進行電力需求側(cè)管理。
在德國已經(jīng)試驗的項目，以不同方式根據(jù)不同區(qū)域用能情況開展，雖然涉及區(qū)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(lián)網(wǎng)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(chǎn)品的價格。
