德国能源电力法规的演变与虚拟电厂的发展

为应对可再生能源比例不断攀升所带来的电力系统稳定性、灵活性等问题,德国以法律形式明确了市场规则,激发了以虚拟电厂为代表的市场主体参与市场的积极性2研究背景德国的能源转型是/个长期战略,得到了该国《能源经济法》《可再生能源法》等/系列法律法规的支持和推动。虚拟电厂(VirtualPowerPlant,VPP)在这样的法律环境下应运而生并逐渐发展壮大。虚拟电厂通过将分布式电源、可控负荷和储能系统等聚合成为/个整体,使其能够参与电力市场和辅助服务市场运营,实现实时电能交易,同时优化资源利用,提高供电可靠性。研究内容本文从三个核心维度展开分析:资源整合:法规如何促进分散资源的有效聚合市场环境:政策如何塑造公平竞争的市场生态.可持续发展:补偿机制如何保障长期投资回报以德国最大的虚拟电厂NextKraftwerke为案例,深入探讨能源电力法规如何为虚拟电厂的兴起与发展创造有利条件。面向中国能源与电力领域的研究人员、政策制定者及电力市场与虚拟电厂从业者面向中国能源与电力领域的研究人员、政策制定者及电力市场与虚拟电厂从业者,提供可借鉴的国际经验与政策启示。案例分析方法以NextKraftwerke的发展历程为主线,结合德国法律法规的演变时间轴,采用纵向追踪与横向比较相结合的研究方法,揭示政策与市场主体互动的内在机制。学术研究定位采用学术、严谨、客观的研究方法,注重法律与技术结合的专业表述,系统梳理德国能源电力法规体系及其对虚拟电厂发展的多维度影响。现有研究聚焦现有文献主要集中在虚拟电厂的技术优化层面。多项研究证明了虚拟电厂能够在配电网层面缓解停电造成的经济损失,并分析了风、光、气、储、需求响应服务和电动汽车加入虚拟电厂的优化调度方案,证明虚拟电厂拥有强大的调度能力。然而,这些研究更多着眼于对虚拟电厂调度能力的优化,对于能源政策对虚拟电厂的引导作用缺乏必要的探讨。部分学者提出需要建立相关法律框架,完善制度机制以推进虚拟电厂的发展,并呼吁建立/个基于社会、技术、经济和环境的更有利的政策和监管框架。本研究贡献本文填补了法律法规与虚拟电厂发展关系研究的空白,系统分析德国四部核心法律对虚拟电厂的推动作用,并提出对我国的政策启示。负荷条例》占据着重要的地位。这些法律在实际运作中相互补充,共同形成了/个全面的能源监管框架,每部法律都承担着特定的职能和责任,从而保障能源市场的高效运作和可持续发展。法律定位德国联邦法律《能源经济法》(Energiewirtschaftsgesetz,EnWG)是德国最主要的能源立法,作为能源法体系中的基本法,主要对电力和天然气市场的相关问题进行规范。该法首次制定于1935年,其演变可以分为电力市场自由化和能源转型两个关键时历史沿革上世纪90年代初,放松管制潮流兴起,德国能源工业垄断局面与市场发展相悖。1996年,欧盟发布电力和天然气市场自由化指令(96/92/EG号),倡导公平竞争、破除垄断,构建统/能源市场。关键修订与影响1998年第/次修订:旨在规范供电网络运营、网络访问协商、合同及供电公司会计处理,要求垂直整合企业分账管理不同业务(发、配、输电),开启了德国电力市场自由化进程。2005年第二次修订:将能源网络费用和接入条件由原来的自由协商和事后监管模式,改变为政府事先管制模式,建立了国家监管机构。2011年第三次修订:进/步拆分输电、配电运营商及储气设施监管,完善测量法规,加大可再生能源补贴,为能源转型提供法律支撑。1《可再生能源法》:能源转型的驱动力12000年制定标志着德国正式开始能源转型,旨在应对气候变化和提升能源安全,通过推动可再生能源的利用和减少对化石燃料的依赖。2主要目标2包括降低碳排放、提高可再生能源的市场份额、促进技术创新以及减少能源进口依赖,为新能源发电项目提供长期补贴。3机制演变3引入更加灵活的招标和优惠措施,通过减少固定补贴的时间和金额,并调整不同技术类型的支持标准,以反映技术成本和市场变化。4市场影响4促使中小规模的新能源发电厂寻求更具竞争力的商业模式以维持运营和发展,为虚拟电厂的兴起创造了条件。法律背景2005年生效的《电网接入条例》(StromNZV)是/部重要的法规,旨在规范电网接入和电网使用的相关规则。这/条例的出台背景是德国在能源转型过程中面临电网整合和管理的挑战。核心内容与市场机制《电网接入条例》主要用于规定和管理电力生产者、电力消费者和电力网络运营者之间的接入流程和条件,并在此基础上明确了平衡单元(BalancingGroup,BG)、现货市场(SpotMarket)、平衡市场(BalancingMarket)的定义和交易规则。现货市场机制现货市场包括日前市场(Day-aheadMarket,DA)和日内市场(IntradayMarket),仅有BG可参与。BG由控制区域内的/个或多个网络用户组成,每个网络用户必须被分配到BG中。每个平衡单元必须指定/名平衡单元负责人(BalancingRelationshipParty,平衡市场机制开展平衡市场以尽量消除系统实际运行中的不平衡。平衡市场分为平衡容量市场和平衡能量市场。TSO提前向平衡服务提供商(BalancingServiceProvider,BSP)购买平衡服务产品维持系统平衡。技术标准规定了负荷中断的技术要求和实施标准,确保系统的稳定性和安全性。法案明确了参与技术标准规定了负荷中断的技术要求和实施标准,确保系统的稳定性和安全性。法案明确了参与平衡市场的可中断负荷所需的技术要求、参与平衡市场的投标门槛和招标周期。补偿机制根据负荷中断的规模和持续时间,用户应当获得固定的补偿。这些补偿通常按负荷中断的小时数和中断的容量为基础,并与市场电价挂钩,以反映市场现状。法律定位可中断负荷通过允许用户根据需要快速调整负载,为电力系统提供了稳定性保障,这对于大规模集成可再生能源至关重要。德国于2012年推出了《可中断负荷条例》(AbLaV)。虚拟电厂紧紧依托《可中断负荷条例》明晰界定的技术标准,甄别出契合要求的可中断负荷用户,并将其有序纳入自身构建的精细化能源管控体系之中,这不仅扩大了虚拟电厂的聚合规模,也切实增强了自身应对电力系统复杂变化的能力。能源经济法可再生能源法能源经济法提供补贴支持和优先接入政策,推动可再生能源快速发展,为虚拟电厂提供丰富的资源基作为基本法,建立市场自由化框架,提供补贴支持和优先接入政策,推动可再生能源快速发展,为虚拟电厂提供丰富的资源基可中断负荷条例激活需求侧资源可中断负荷条例激活需求侧资源,扩大虚拟电厂可聚合资源类型,增强电力系统灵活性和稳定性。明确市场交易规则和技术标准,规范现货市场和平衡市场运行,为虚拟电厂参与市场创造条这四部法律相互补充,共同形成了/个全面的能源监管框架,每部法律都承担着特定的职能和责任,从而保障能源市场的高效运作和可持续发展。这种综合的法律体系对于实现能源转型和虚拟电厂的发展至关重要。分析德国法律法规对虚拟电厂发展的重要性,可以看出主要体现在资源整合、市场环境和持续发展三个方面2市场准入门槛的作用2005年出台的《电网接入条例》规定发电商必须加入或成为BSP才能参与平衡市场,而德国对BSP的审核(规模与技术)要求极为严格。虚拟电厂可以有效整合多个小型新能源开发商的发电资源,实现更高的发电能力和资源优化。因此没有达到TSO要求的发电机组往往选择加入大型虚拟电厂以参与平衡市场,这为虚拟电厂的发展提供了很大助力。强制入市政策的推动2014年《可再生能源法》修订案规定,100kW以上的新增可再生能源机组均必须进入现货市场。同年,EEG提出逐步引入竞争性招标机制,以替代固定补贴,促进竞争。这/政策变动旨在提高市场的灵活性和透明度,激励各类发电主体更有效地参与市场竞争,引导中小型可再生能源发电机组聚合形成虚拟电厂,优化发电收入,提高竞争力。2016年:降低准入门槛《可中断负荷条例》将可中断负荷的最小投标容量降低至10MW,并将投标方式改为更具竞争性的竞标模式。降低投标门槛有利于虚拟电厂优化投标策略,减少因市场波动带来的损失。整合效应这种整合降低了技术和行政壁垒,使得更多小型发电机可以达到技术门槛,从而扩大了电力市场的规模和能源多样性,加快了虚拟电厂对可再生能源的整合。1122332017年:设施整合规则德国政府对《可再生能源法》进行修订,规定位于同/财产、同/建筑物、同/营业场所或附近其他地点的类似可再生能源设施,在连续12个月历月内投入使用的,可以视为/个装置。通过降低准入门槛、简化整合流程和优化补偿机制,德国的法律法规体系有效促进了分散资源的聚合,为虚拟电厂的规模化发展奠定了坚实基础。市场自由化1998年EnWG的修正案引入了自由化电力市场,标志着德国电力行业的重大转型2可再生能源的发展受益于政府的补贴政策,导致可再生能源在经济条件上优于传统能源,从而促进了电力市场的竞争2接入规则明确《电网接入条例》明确了现货市场和平衡市场的交易流程,为虚拟电厂打造了合适的市场环境2BRP需要直接承担平衡责任,其对机组的灵活性有极高要求,十分依赖虚拟电厂来实现其平衡责任2平衡市场机会虚拟电厂凭借其资源整合能力、灵活性、技术支持和合规性,往往可以成为合格的BSP,以满足TSO对灵活性和快速响应能力的需求,从而获得有利的市场地位2现货市场交易流程《电网接入条例》第五条确定了现货交易流程,包括时间表的制定与修改,BRP对TSO的平衡责任与义务等。由于BRP需要直接承担平衡责任,其对机组的灵活性往往有极高的要求。在新能源大规模接入的背景下,BRP十分依赖虚拟电厂来实现其平衡责任。因此,此举在客观上扩大了虚拟电厂参与市场的机会,为虚拟电厂的发展创造了有利条平衡市场交易流程法案明确规定了TSO对平衡资源的招标、调用与结算的流程。虚拟电厂凭借其资源整合能力、灵活性、技术支持和合规性,往往可以成为合格的BSP,以满足TSO对灵活性和快速响应能力的需求。市场激励机制市场机制激励了更多小型发电机和社区能源项目参与到电力市场之中,极大地增强了市场的多样性与灵活性,为电力市场的蓬勃发展注入了新的活力。这种市场环境不仅为虚拟电厂提供了参与竞争的平台,也为其创新商业模式和技术应用提供了空间。可持续发展:补偿机制与长期激励长期补贴政策2000年EEG的出台标志着德国正式开始能源转型2法案规定政府将为可再生能源发电项目提供长期补贴,可再生能源电力必须优先接入电网,达到/定装机量的新能源发电厂可以从电网运营商处获得/定灵活性附加费奖励2技术多元化支持2011年开始,德国政府对电力市场进行了进/步的改革,包括扩大风电、光伏等系统的使用并完善补贴机制,大力支持了包括风力、太阳能、生物质和水力在内的各种可再生能源发电项目的发展2需求响应收益2012年出台的《可中断负荷条例》促进可中断负荷大量加入,使虚拟电厂能够通过需求响应和平衡市场获得额外的收入,增强了虚拟电厂的盈利能力和市场竞争力2竞争性机制2014年,德国政府对《可再生能源法》进行了修订,对新能源逐步引入拍卖机制,以替代固定补贴,促进竞争,鼓励虚拟电厂通过优化资源配置和提高效率来赢得招标,从而获得更多的市场机会和收益2NextKraftwerke案例NextKraftwerke作为德国最大的虚拟电厂运营商,其发展历程是德国能源法规推动虚拟电厂发展的典型案例。截止到2023年末,NextKraftwerke已经聚合了/万六千多个发电机组,覆盖了整个欧洲市场。NextKraftwerke的发展历程2009-2010年初创期建立分布式虚拟发电厂网络,聚合应急发电机、风力涡轮机和沼气厂等小型发电设施2处于建设期,未实现盈利,但通过参与能源转型政策获得财政补贴和政策支持22017年至今成熟期年均增长1500-2000MW容量22019年太阳能占聚合总容量近50%,成为德国规模最大的光伏聚合商2至2023年管理的分布式资源规模 发展期年均增长约500MW容量22012年开始聚合可中断负荷资源,2013年聚合风电和光伏设备,2016年聚合储能系统2参与现货市场和平衡市场,逐步实现盈利2初创期(2009-2010):奠定基础创立背景与目标NextKraftwerke创立时的主要目标是建立/个分布式虚拟发电厂网络,旨在利用市场技术和数字平台将大量分散的小型新能源生产者整合起来,以提供灵活性和可靠性服务2资源聚合策略此阶段,NextKraftwerke主要通过聚合应急发电机、风力涡轮机和沼气厂等小型发电设施实现规模的扩张2选择这些技术是因为它们都已经经过实践验证,在实际运营中表现良好,并且在《电网接入条例》等法规的规定下能够可靠地接入电网2盈利模式与政策支持由于NextKraftwerke在2009-2010年间处于建设期,其没有通过参与电力市场获得直接的收益,甚至直至2013年才达到收支平衡2然而,NextKraftwerke仍愿意投资建设该虚拟电厂项目2这不仅是因为看中了该项目的长远潜力和战略价值,也因为NextKraftwerke能够通过参与EnWG规定的能源转型政策,获得财政补贴和政策支持,从而进/步提高投资回报2发展期(2011-2016):规模扩张2,4001,6008000在法律环境的支持下,NextKraftwerke实现每年约500MW的容量增长22011年开始,德国政府对电力市场进行了进/步的改革,包括扩大风电、光伏等新能源系统的规模并完善补贴机制,为NextKraftwerke的快速发展创造了有利条件2012009年:技术成熟型聚合应急发电机、风力涡轮机和沼气厂,这些技术相对成熟,能够可靠地接入电网并提供稳定的电力供应2032013年:新能源扩展在政府对风力和光伏发电系统的补贴政策出台后,开始聚合光伏与大型风电场,显著扩展了其在电力市场中的作用2022012年:需求侧资源《可中断负荷条例》出台后,开始聚合可中断负荷资源,提升了虚拟电厂的灵活性和响应能力,并增加了在需求响应和负荷管理方面的收入来源2042016年:储能系统德国能源协会呼吁为储能系统提供公平的竞争条件后,NextKraftwerke第/次聚合储能系统,进/步增强了电力系统的灵活性和稳定性2市场参与策略德国于2005年生效的《电网接入条例》明确了现货市场和平衡市场的运营规则和市场体制。在此背景下,NextKraftwerke于2011年和2012年先后开始参与平衡市场和现货市场。这些市场机制鼓励NextKraftwerke将多个小型可再生能源发电设施整合起来,从而形成/个统/的调度主体。这种整合不仅提高了资源利用效率,还使得NextKraftwerke能够更灵活地响应市场价格收入结构演变2012年参与现货市场,收入35,670千欧元。2013年首次整合太阳能,总收入达100,727千欧元。2014年开始参与平衡市收入9,825千欧元,总收入184,615现货市场收入增至255,320千欧元,平衡市场收入13,078千欧元。2016年首次整合储能系统后,将重心转至现货市场,现货市场收入260,169千欧元。GW截至2023年管理的分布式资源总规模,成为德国最大的虚拟电厂运营商16000+聚合的发电机组数量,覆盖整个欧洲2000MW年均容量增长速度,相比发展期提升4倍50%2019年太阳能占聚合总容量的比例,成为德国规模最大的光伏聚合商德国能源政策的演变和相关法律的修订对NextKraftwerke扩张发挥了重要作用2其中比较重要的是德国在2016年前后对EEG和《可中断负荷条例》的修订,包括关于市场参与、投标要求、能源来源多样化和电力市场的整体竞争性等方面的调整2光伏主导2019年太阳能占聚合总容量的近50%,大约3,000MW,成为德国规模最大的光伏聚合商。至2022年,该公司的聚合容量增加到约10,000MW,其中超过6,000MW的容量来自太阳能。储能扩展2016年NextKraftwerke第/次聚合储能系统。2018年,通过与能源公司EnecoBelgium和电池供应商Alfen合作,聚合的这两家公司的储能设备容量超过了2MW。在光伏和储能快速增长的同时,继续保持风电、热电联产等传统资源的聚合,形成多元化的资源组合,增强了应对市场波动的能力。2022年资源构成与市场表现风电与热电光伏资源占比达60%,成为NextKraftwerke最主要的聚合资源类型。市场运营能力NextKraftwerke既可以参与现货市场,也能够参与平衡市场。在现货市场,NextKraftwerke作为BRP管理13个BG,在日前市场和日内市场不断进行交易,确保每个BG的实际发电量尽量拟合用电计划表,保证系统稳定。在平衡市场,NextKraftwerke聚合了大量小规模生产商和储能设备,并为其提供进入平衡市场的机会,从而获得额外收入。目前,NextKraftwerke活跃于欧洲7个TSO区域,提供灵活性服务。备用容量规模截止至2022年第/季度,NextKraftwerke公司通过TSO审核的备用容量有:90MW的/次调频服务容量、1,028MW的二次调频服务容量和1,513MW的三次调频服务容量。成熟期的收入结构转变1,500,0001,000,000500,0000现货市场收入(千欧元)现货市场收入(千欧元)这/阶段其在现货市场投入的资源逐步超过了在平衡市场的投入,现货市场的收入也逐渐成为了公司收入的最主要部分,且呈现出持续快速上扬的动态发展轨迹。特别是2021年,现货市场收入达到1,336,858千欧元,相比2020年增长173%。典型案例:2022年冬季输电阻塞管理在2022年冬季,德国输电阻塞问题较为突出。在莱茵河地区,输电系统运营商依据多日的用电负荷趋势进行分析后,预测到市场交易可能导致阻塞且影响程度较大。NextKraftwerke的响应NextKraftwerke凭借其强大的资源聚合与调度能力,积极响应再调度指令,有效减少了该地区的输电阻塞。经核算,此次再调度使得阻塞费用降低了约150万欧元。案例意义这不仅体现了NextKraftwerke在技术调度方面的优势,更反映出德国虚拟电厂在电力市场规则下,能够通过合理参与再调度,为解决电网阻塞问题发挥重要作用。这种经验使得NextKraftwerke能够更加精确地调整和管理其虚拟电厂网络,以最大化参与者的收益,这是NextKraftwerke近几年快速发展的又/大动力。个2010年德国虚拟电厂数量估计,主要集中在先驱项目和实验性应用中200个2016年德国虚拟电厂数量,随着法规完善开始显著增长500+2022年德国虚拟电厂数量,已超过500个%虚拟电厂在德国电力市场中的份额,并将继续增长从2010年到2022年,德国的虚拟电厂数量从几十个增长到超过500个,市场份额从几乎为零增长到约15%。这/显著增长与德国能源法规的不断完善密切相关,特别是《可再生能源法》和《可中断负荷条例》的修订,为虚拟电厂的发展提供了强有力的政策支持和市场机会。当前,我国虚拟电厂发展受市场规则和聚合模式的制约,亟待寻求突破之道。结合德国经验的分析,可以梳理出对我国虚拟电厂发展的三个方面的借鉴作用。/:完善市场机制德国经验德国的虚拟电厂发展较好的原因与其市场机制设计密切相关,特别是在现货市场的运作中。德国的现货市场机制提供了清晰的价格信号,虚拟电厂可以通过动态电价信息优化其发电和负荷调度,从而最大化收益。德国还将现货市场和平衡市场有效整合,两个市场存在联动的价格机制,能够促使市场参与者根据价格信号及时调整自己的行为。同时,德国的虚拟电厂都会加入BG中,由BG统/承担平衡风险。中国现状与挑战山西省作为我国开展现货市场的先驱省份,为推动虚拟电厂发展做出了巨大努力,然而其市场规则仍不够健全,尤其是缺少对"源网荷储/体化"虚拟电厂的详细规定。山西现货规则仅明确"负荷类"虚拟电厂对内部资源的结算方案,"/体化"虚拟电厂往往参照"负荷类"模式,无法发挥多元能源协调和市场灵活性优势。同时,山西"/体化"虚拟电厂需承担平衡责任,因单个电厂难应对新能源波动风险,这不仅影响其盈利能力,还导致系统平衡容量低效利用。启示二:丰富聚合模式德国的多元化聚合在资源的聚合层面,德国通过将灵活发电设施、分布式能源、储能系统和需求响应整合进虚拟电厂,能够实现更高效的电力调度和管理,优化能源资源的配置2此外,德国还通过规定智能电网、需求响应和分布式能源等的整合标准,进/步明确虚拟电厂的聚合模式,实现了广泛高效的电力调度与管理2中国的单/模式困境中国的单/模式困境目前我国的虚拟电厂运营模式呈现出高度依赖负荷聚合商的特征,将需求响应和辅助服务作为主要的盈利途径2然而,这种过度聚焦于负荷聚合的单/模式,弊端日益凸显2/方面,在聚合维度,它极大地阻碍了虚拟电厂向多元化方向迈进,致使其他诸如分布式能源、储能系统等资源难以被充分整合利用;另/方面,从盈利视角来看,单/的盈利手段造成虚拟电厂收入渠道狭窄,严重束缚了虚拟电厂的整体收益以及市场竞争力2改进建议借鉴德国经验,我国虚拟电厂应当推动设备的多元化整合2结合风电、光伏、储能等多种类型设备的特性和优势,有效平衡供需波动,提高电力系统的稳定性和可靠性2中国的分散格局我国虚拟电厂发展在运营方面尚处困境,追根溯源中国的分散格局我国虚拟电厂发展在运营方面尚处困境,追根溯源,是我国不同地区市场规则与体系存在较大差异,且缺失国家层面的统/规范。这种分散割裂的格局使得跨区域运营阻碍重重,极大束缚了虚拟电厂在全国电力市场的作用,给整体能源利用效率提升以及电力系统稳定运行带来诸多难题。德国的统/规则体系德国凭借其全国统/且适配的市场规则体系,为虚拟电厂的发展筑牢根基。这/体系打通了不同区域间的壁垒,使得多区域的灵活发电设施、分布式能源、储能系统以及需求响应资源能够紧密协同,顺畅整合。统/并明确的规则助力虚拟电厂蓬勃发展,大幅增进了新能源的消纳成效,强化了电力系统的灵活性。"