雙碳目標(biāo)下適應(yīng)新型電力系統(tǒng)建設(shè)的電力需求響應(yīng)工作思考

國網(wǎng)安徽省電力公司 朱劉柱 

東南大學(xué)電力經(jīng)濟(jì)及技術(shù)研究所所長 高賜威

“3060”目標(biāo)是我國對世界的莊嚴(yán)承諾，建設(shè)與之相適應(yīng)的新型電力系統(tǒng)，成為未來相當(dāng)長一段時(shí)間我國電力工業(yè)發(fā)展的主要目標(biāo)，在此背景下，對電力需求側(cè)資源的充分利用將發(fā)揮關(guān)鍵作用。

充分挖掘需求側(cè)資源

是建設(shè)新型電力系統(tǒng)必然要求

新能源為主體是新型電力系統(tǒng)的主要特征，到2060年風(fēng)電、光伏裝機(jī)容量占比之和將達(dá)到約60%，其內(nèi)涵不僅包括新能源發(fā)電機(jī)組發(fā)電容量增加，更包括對于新能源發(fā)電的系統(tǒng)化消納能力。風(fēng)電、光伏等新能源發(fā)電出力的間歇性與電能供需的實(shí)時(shí)平衡特征存在內(nèi)在的矛盾。在傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)中，供需的實(shí)時(shí)平衡要求主要通過發(fā)電側(cè)提供出力的靈活性來達(dá)到，是一種發(fā)電側(cè)對需求側(cè)波動性的響應(yīng)。而間歇性新能源發(fā)電雖然帶來了發(fā)電量，但同時(shí)一方面增強(qiáng)了這種波動性，使得系統(tǒng)對于靈活性資源的需求大幅度提升，另一方面又?jǐn)D占了傳統(tǒng)能源發(fā)電的空間，進(jìn)一步弱化了發(fā)電側(cè)的調(diào)節(jié)能力。如何解決靈活性資源供需雙重惡化的問題，是建設(shè)新型電力系統(tǒng)必須面對的關(guān)鍵問題。

與此同時(shí)，很早我們就認(rèn)識到，增強(qiáng)系統(tǒng)靈活性還可以從需求側(cè)著手，通過需求側(cè)管理改善負(fù)荷特性，挖掘需求側(cè)的調(diào)節(jié)能力，從而增強(qiáng)系統(tǒng)的供需實(shí)時(shí)平衡能力。因此在新時(shí)期，充分挖掘需求側(cè)資源已經(jīng)成為建設(shè)新型電力系統(tǒng)的必然要求。

電力現(xiàn)貨市場將為需求側(cè)資源

挖掘創(chuàng)造良好的市場環(huán)境

傳統(tǒng)的需求側(cè)管理工作相對簡單，用戶在特定時(shí)段減少用電以應(yīng)對高峰時(shí)段供應(yīng)能力短缺。近年來，需求響應(yīng)工作通過市場或者經(jīng)濟(jì)的手段，促使用戶主動改變用電行為，但是激勵力度的確定始終是一個(gè)困難問題。必須認(rèn)識到，如要求需求響應(yīng)匹配間歇性新能源的波動，則必然要求其提供短時(shí)間尺度的功率靈活性能力，從這個(gè)意義上而言，現(xiàn)貨市場的價(jià)值發(fā)現(xiàn)功能是不可或缺的。電力現(xiàn)貨市場產(chǎn)生的現(xiàn)貨價(jià)格，將為需求響應(yīng)帶來明確的市場信號，對于一些系統(tǒng)所需的調(diào)節(jié)服務(wù)產(chǎn)品，需求側(cè)和發(fā)電側(cè)可以同臺競價(jià)，通過明確的價(jià)格機(jī)制引導(dǎo)和調(diào)節(jié)供需關(guān)系。

目前我國已有兩批計(jì)14個(gè)省份開展了電力現(xiàn)貨市場試點(diǎn)，現(xiàn)貨市場將產(chǎn)生豐富的市場價(jià)格信號，可作為實(shí)施電力需求側(cè)響應(yīng)的價(jià)格基礎(chǔ)。

新型電力系統(tǒng)目標(biāo)下開展需求響應(yīng)的關(guān)鍵阻礙

需求側(cè)資源蘊(yùn)藏在億萬用戶的用電負(fù)荷中，具有總體規(guī)模龐大、單個(gè)體量小和市場主體眾多的特征，無法像發(fā)電側(cè)資源一樣被直接調(diào)度。通過這些年需求側(cè)的工作，我們認(rèn)識到需求側(cè)資源非常豐富，但是挖掘非常不易。目前需求響應(yīng)工作遠(yuǎn)談不上成功，具體的阻礙在于以下幾個(gè)方面：

一是缺乏支撐需求響應(yīng)工作的市場機(jī)制和成熟商業(yè)模式。首先，目前我國處于現(xiàn)貨市場試點(diǎn)階段，常態(tài)化的現(xiàn)貨市場運(yùn)行還有待時(shí)日，更重要的是由于現(xiàn)貨市場交易實(shí)際上產(chǎn)生的是批發(fā)市場價(jià)格，如何將批發(fā)市場價(jià)格信號，不論是能量價(jià)格還是輔助服務(wù)價(jià)格，傳導(dǎo)到終端用戶是一個(gè)關(guān)鍵的難點(diǎn)問題，換句話說，終端用戶由售電公司代理，并不能直接接觸到現(xiàn)貨市場的實(shí)時(shí)價(jià)格，因此也無響應(yīng)現(xiàn)貨市場價(jià)格變化的動力。西方國家的電力市場也存在同樣的問題，因此一些中間的代理機(jī)構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生，即負(fù)荷聚合商或者虛擬電廠，通過聚合分散的用戶側(cè)資源，在電力市場中向電力系統(tǒng)出售其出力靈活性。而這些代理機(jī)構(gòu)也需要一整套切實(shí)可行的商業(yè)模式，整合其所屬的用戶側(cè)資源，一方面能夠從批發(fā)市場獲得相應(yīng)的收益，另一方面可以組織用戶側(cè)資源提供相應(yīng)的電能產(chǎn)品或服務(wù)。

二是電力用戶響應(yīng)能力不足。目前絕大部分用戶仍然采用人工手動的方式響應(yīng)價(jià)格或者激勵型的需求響應(yīng)項(xiàng)目，對于用戶的專業(yè)化知識要求較高。過去，有關(guān)需求響應(yīng)的研究均從用戶是否有收益角度出發(fā)，但是實(shí)際中，用戶有可能根本沒有意識到有收益，而且人力成本極高，在一個(gè)家庭中你無法指望專門有一個(gè)家庭成員緊盯價(jià)格信號，時(shí)刻測算自身用電行為的收益情況，并作出調(diào)整。對于一個(gè)企業(yè)也很難想象專人根據(jù)實(shí)時(shí)電價(jià)隨時(shí)調(diào)整生產(chǎn)行為。如果考慮到生產(chǎn)安排調(diào)整需要預(yù)先時(shí)間，則還需要考慮對于電力市場價(jià)格的預(yù)測。通常來說，用戶要有效參與需求響應(yīng)，必須舉辦專業(yè)的生產(chǎn)負(fù)荷實(shí)時(shí)調(diào)整能力，電力市場價(jià)格預(yù)測能力。這種調(diào)整能力某種程度上來說，也意味著生產(chǎn)的安全風(fēng)險(xiǎn)和產(chǎn)品的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。如果與電廠在電力系統(tǒng)中的作用相比，這其中的關(guān)鍵差異是電廠是專業(yè)的電能及輔助服務(wù)提供主體，可以安排專人專門來從事與此相關(guān)的事務(wù)，而用戶側(cè)是用能主體，不具備專業(yè)的電力輔助服務(wù)提供能力，其并無義務(wù)和動力將服務(wù)電力系統(tǒng)作為其主要職責(zé)，即使有一定的經(jīng)濟(jì)激勵，通常來說那也是其主營業(yè)務(wù)以外的額外收入，企業(yè)往往不是抱著一種專業(yè)化的心態(tài)來從事該項(xiàng)工作。

三是用戶響應(yīng)意愿存在顯著問題。目前很多的需求響應(yīng)研究均基于理性經(jīng)濟(jì)人假設(shè)，似乎只要能夠給用戶帶來一點(diǎn)收益，用戶都會進(jìn)行相應(yīng)的動作，但實(shí)際上，用戶的參與成本除了我們已知的經(jīng)濟(jì)成本以外，還包括知識成本、關(guān)注成本。比如一個(gè)家庭用戶一個(gè)月的電費(fèi)大概為一百元左右，一般對應(yīng)的需求響應(yīng)激勵不會太高，但是如果由此要求用戶付出時(shí)刻關(guān)注，參與的代價(jià)是極為困難的。現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)生活占用了人們大量的關(guān)注力，通信領(lǐng)域眼花繚亂的手機(jī)套餐已經(jīng)讓用戶不勝其煩，引入需求響應(yīng)如需要人工干預(yù)，客觀上的確給用戶增加了新的信息注入。對于工業(yè)企業(yè)而言，很多用戶的電能費(fèi)用在其總成本中占比其實(shí)很有限，如果需求響應(yīng)的引入需要讓用戶覺得增加了大量的麻煩，且預(yù)期獲益不高，那么必然造成用戶響應(yīng)意愿低下。

開展適應(yīng)新型電力系統(tǒng)建設(shè)的電力需求響應(yīng)工作建議

為了常態(tài)化開展需求響應(yīng)，適應(yīng)新型電力系統(tǒng)對于需求側(cè)資源的有效調(diào)用，應(yīng)著力加強(qiáng)市場建設(shè)，提升用戶實(shí)時(shí)參與電力系統(tǒng)運(yùn)行的能力，實(shí)現(xiàn)需求響應(yīng)資源的自動調(diào)用，筆者有以下幾個(gè)方面的建議：

一是切實(shí)加強(qiáng)電力現(xiàn)貨市場建設(shè)，賦予電力輔助服務(wù)產(chǎn)品應(yīng)有的市場價(jià)值，我們都認(rèn)識到未來新型電力系統(tǒng)對靈活性資源的需要，那么合理的市場設(shè)計(jì)就應(yīng)當(dāng)傳導(dǎo)出合理的價(jià)格信號，使得虛擬電廠、負(fù)荷聚合商以及電力用戶開展需求響應(yīng)能力建設(shè)時(shí)，能夠獲得合理的回報(bào)預(yù)期。

二是切實(shí)加強(qiáng)用戶側(cè)需求響應(yīng)能力建設(shè)，研發(fā)和推廣用戶內(nèi)部的能源管理系統(tǒng)對內(nèi)部能源進(jìn)行主動管理，并實(shí)現(xiàn)其對電網(wǎng)需求的主動響應(yīng)，具備對用戶用能行為的自學(xué)習(xí)功能，在用戶一次性授權(quán)的前提下自動與電網(wǎng)側(cè)進(jìn)行后續(xù)需求響應(yīng)交互。需求響應(yīng)對于居民用戶應(yīng)該達(dá)到無感，不能以犧牲舒適性和方便性開展需求響應(yīng)，常態(tài)化的需求響應(yīng)如果以居民的舒適度和方便性作為代價(jià)是無法持續(xù)的，需求響應(yīng)對于工商業(yè)企業(yè)應(yīng)該達(dá)到自動化，參與實(shí)時(shí)調(diào)度平衡不可能時(shí)刻依賴人工的介入。

三是鼓勵機(jī)制創(chuàng)新，通過發(fā)展虛擬電廠、負(fù)荷聚合商等新型市場主體，推動需求響應(yīng)工作的順利開展，充分借助互聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等技術(shù)應(yīng)用，在線識別用戶需求響應(yīng)潛力，基于分布式交易、委托代理等商業(yè)模式，形成萬眾參與供需良好互動的電力能源新業(yè)態(tài)。

朱劉柱：從事電力規(guī)劃、電力市場專業(yè)工作20余年。先后主持多項(xiàng)國家電網(wǎng)公司、國網(wǎng)安徽省電力公司科技項(xiàng)目，多個(gè)項(xiàng)目達(dá)到國內(nèi)較高水平，具有深厚的理論功底、規(guī)劃設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和電力市場政策研究經(jīng)驗(yàn)。相關(guān)成果獲省部級、國網(wǎng)公司級科技獎勵1項(xiàng)，省公司級科技獎勵一等獎2項(xiàng)、二等獎2項(xiàng)，三等獎及群眾性創(chuàng)新獎3項(xiàng)。獲得國家授權(quán)發(fā)明專利2項(xiàng)、實(shí)用新型4項(xiàng)。在國內(nèi)外科技期刊發(fā)表論文14篇，其中EI期刊及中文核心期刊7篇。主持和參與編寫國網(wǎng)安徽省電力公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、國網(wǎng)安徽省電力公司專業(yè)技術(shù)規(guī)程規(guī)范、管理規(guī)定十余項(xiàng)。

高賜威：教授，博士生導(dǎo)師，東南大學(xué)電力經(jīng)濟(jì)及技術(shù)研究所所長，江蘇省青藍(lán)工程學(xué)術(shù)帶頭人，中國能源研究會電力發(fā)展改革30人論壇成員，IEEE senior member，IEC PC118中國國家委員會委員、全國電力需求側(cè)管理標(biāo)委會委員，中國電機(jī)工程學(xué)會智慧用能與節(jié)電專委會委員、電力系統(tǒng)自動化專委會配用電自動化學(xué)科組委員。發(fā)表科技論文200余篇，SCI/EI收錄150余篇，其中三篇文章入選F5000中國精品科技期刊頂尖學(xué)術(shù)論文，一篇文章入選2018年度“中國百篇最具影響國內(nèi)學(xué)術(shù)論文”。授權(quán)發(fā)明三十八項(xiàng)，許可轉(zhuǎn)讓兩項(xiàng)，參與編制能源互聯(lián)網(wǎng)、電力需求響應(yīng)、智能用電信息交互相關(guān)國際國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)編制，參編《中國電力大百科全書》電力需求側(cè)管理分支。所開設(shè)的“虛擬電廠建設(shè)運(yùn)營關(guān)鍵技術(shù)與交易設(shè)計(jì)”課程，被定為由國家發(fā)改委經(jīng)濟(jì)運(yùn)行調(diào)節(jié)局組織的2020年全國電力需求側(cè)管理培訓(xùn)項(xiàng)目設(shè)置的五門必選課之一，面向全國六萬多名需求側(cè)管理從業(yè)人員開設(shè)。