雙碳目標下適應新型電力系統建設的電力需求響應工作思考

國網(wǎng)安徽省電力公司 朱劉柱 

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

“3060”目標是我國對世界的莊嚴承諾，建設與之相適應的新型電力系統，成為未來(lái)相當長(cháng)一段時(shí)間我國電力工業(yè)發(fā)展的主要目標，在此背景下，對電力需求側資源的充分利用將發(fā)揮關(guān)鍵作用。

充分挖掘需求側資源

是建設新型電力系統必然要求

新能源為主體是新型電力系統的主要特征，到2060年風(fēng)電、光伏裝機容量占比之和將達到約60%，其內涵不僅包括新能源發(fā)電機組發(fā)電容量增加，更包括對于新能源發(fā)電的系統化消納能力。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)平衡特征存在內在的矛盾。在傳統的電力系統中，供需的實(shí)時(shí)平衡要求主要通過(guò)發(fā)電側提供出力的靈活性來(lái)達到，是一種發(fā)電側對需求側波動(dòng)性的響應。而間歇性新能源發(fā)電雖然帶來(lái)了發(fā)電量，但同時(shí)一方面增強了這種波動(dòng)性，使得系統對于靈活性資源的需求大幅度提升，另一方面又擠占了傳統能源發(fā)電的空間，進(jìn)一步弱化了發(fā)電側的調節能力。如何解決靈活性資源供需雙重惡化的問(wèn)題，是建設新型電力系統必須面對的關(guān)鍵問(wèn)題。

與此同時(shí)，很早我們就認識到，增強系統靈活性還可以從需求側著(zhù)手，通過(guò)需求側管理改善負荷特性，挖掘需求側的調節能力，從而增強系統的供需實(shí)時(shí)平衡能力。因此在新時(shí)期，充分挖掘需求側資源已經(jīng)成為建設新型電力系統的必然要求。

電力現貨市場(chǎng)將為需求側資源

挖掘創(chuàng )造良好的市場(chǎng)環(huán)境

傳統的需求側管理工作相對簡(jiǎn)單，用戶(hù)在特定時(shí)段減少用電以應對高峰時(shí)段供應能力短缺。近年來(lái)，需求響應工作通過(guò)市場(chǎng)或者經(jīng)濟的手段，促使用戶(hù)主動(dòng)改變用電行為，但是激勵力度的確定始終是一個(gè)困難問(wèn)題。必須認識到，如要求需求響應匹配間歇性新能源的波動(dòng)，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，現貨市場(chǎng)的價(jià)值發(fā)現功能是不可或缺的。電力現貨市場(chǎng)產(chǎn)生的現貨價(jià)格，將為需求響應帶來(lái)明確的市場(chǎng)信號，對于一些系統所需的調節服務(wù)產(chǎn)品，需求側和發(fā)電側可以同臺競價(jià)，通過(guò)明確的價(jià)格機制引導和調節供需關(guān)系。

目前我國已有兩批計14個(gè)省份開(kāi)展了電力現貨市場(chǎng)試點(diǎn)，現貨市場(chǎng)將產(chǎn)生豐富的市場(chǎng)價(jià)格信號，可作為實(shí)施電力需求側響應的價(jià)格基礎。

新型電力系統目標下開(kāi)展需求響應的關(guān)鍵阻礙

需求側資源蘊藏在億萬(wàn)用戶(hù)的用電負荷中，具有總體規模龐大、單個(gè)體量小和市場(chǎng)主體眾多的特征，無(wú)法像發(fā)電側資源一樣被直接調度。通過(guò)這些年需求側的工作，我們認識到需求側資源非常豐富，但是挖掘非常不易。目前需求響應工作遠談不上成功，具體的阻礙在于以下幾個(gè)方面：

一是缺乏支撐需求響應工作的市場(chǎng)機制和成熟商業(yè)模式。首先，目前我國處于現貨市場(chǎng)試點(diǎn)階段，常態(tài)化的現貨市場(chǎng)運行還有待時(shí)日，更重要的是由于現貨市場(chǎng)交易實(shí)際上產(chǎn)生的是批發(fā)市場(chǎng)價(jià)格，如何將批發(fā)市場(chǎng)價(jià)格信號，不論是能量?jì)r(jià)格還是輔助服務(wù)價(jià)格，傳導到終端用戶(hù)是一個(gè)關(guān)鍵的難點(diǎn)問(wèn)題，換句話(huà)說(shuō)，終端用戶(hù)由售電公司代理，并不能直接接觸到現貨市場(chǎng)的實(shí)時(shí)價(jià)格，因此也無(wú)響應現貨市場(chǎng)價(jià)格變化的動(dòng)力。西方國家的電力市場(chǎng)也存在同樣的問(wèn)題，因此一些中間的代理機構應運而生，即負荷聚合商或者虛擬電廠(chǎng)，通過(guò)聚合分散的用戶(hù)側資源，在電力市場(chǎng)中向電力系統出售其出力靈活性。而這些代理機構也需要一整套切實(shí)可行的商業(yè)模式，整合其所屬的用戶(hù)側資源，一方面能夠從批發(fā)市場(chǎng)獲得相應的收益，另一方面可以組織用戶(hù)側資源提供相應的電能產(chǎn)品或服務(wù)。

二是電力用戶(hù)響應能力不足。目前絕大部分用戶(hù)仍然采用人工手動(dòng)的方式響應價(jià)格或者激勵型的需求響應項目，對于用戶(hù)的專(zhuān)業(yè)化知識要求較高。過(guò)去，有關(guān)需求響應的研究均從用戶(hù)是否有收益角度出發(fā)，但是實(shí)際中，用戶(hù)有可能根本沒(méi)有意識到有收益，而且人力成本極高，在一個(gè)家庭中你無(wú)法指望專(zhuān)門(mén)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，并作出調整。對于一個(gè)企業(yè)也很難想象專(zhuān)人根據實(shí)時(shí)電價(jià)隨時(shí)調整生產(chǎn)行為。如果考慮到生產(chǎn)安排調整需要預先時(shí)間，則還需要考慮對于電力市場(chǎng)價(jià)格的預測。通常來(lái)說(shuō)，用戶(hù)要有效參與需求響應，必須舉辦專(zhuān)業(yè)的生產(chǎn)負荷實(shí)時(shí)調整能力，電力市場(chǎng)價(jià)格預測能力。這種調整能力某種程度上來(lái)說(shuō)，也意味著(zhù)生產(chǎn)的安全風(fēng)險和產(chǎn)品的質(zhì)量風(fēng)險。如果與電廠(chǎng)在電力系統中的作用相比，這其中的關(guān)鍵差異是電廠(chǎng)是專(zhuān)業(yè)的電能及輔助服務(wù)提供主體，可以安排專(zhuān)人專(zhuān)門(mén)來(lái)從事與此相關(guān)的事務(wù)，而用戶(hù)側是用能主體，不具備專(zhuān)業(yè)的電力輔助服務(wù)提供能力，其并無(wú)義務(wù)和動(dòng)力將服務(wù)電力系統作為其主要職責，即使有一定的經(jīng)濟激勵，通常來(lái)說(shuō)那也是其主營(yíng)業(yè)務(wù)以外的額外收入，企業(yè)往往不是抱著(zhù)一種專(zhuān)業(yè)化的心態(tài)來(lái)從事該項工作。

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

開(kāi)展適應新型電力系統建設的電力需求響應工作建議

為了常態(tài)化開(kāi)展需求響應，適應新型電力系統對于需求側資源的有效調用，應著(zhù)力加強市場(chǎng)建設，提升用戶(hù)實(shí)時(shí)參與電力系統運行的能力，實(shí)現需求響應資源的自動(dòng)調用，筆者有以下幾個(gè)方面的建議：

一是切實(shí)加強電力現貨市場(chǎng)建設，賦予電力輔助服務(wù)產(chǎn)品應有的市場(chǎng)價(jià)值，我們都認識到未來(lái)新型電力系統對靈活性資源的需要，那么合理的市場(chǎng)設計就應當傳導出合理的價(jià)格信號，使得虛擬電廠(chǎng)、負荷聚合商以及電力用戶(hù)開(kāi)展需求響應能力建設時(shí)，能夠獲得合理的回報預期。

二是切實(shí)加強用戶(hù)側需求響應能力建設，研發(fā)和推廣用戶(hù)內部的能源管理系統對內部能源進(jìn)行主動(dòng)管理，并實(shí)現其對電網(wǎng)需求的主動(dòng)響應，具備對用戶(hù)用能行為的自學(xué)習功能，在用戶(hù)一次性授權的前提下自動(dòng)與電網(wǎng)側進(jìn)行后續需求響應交互。需求響應對于居民用戶(hù)應該達到無(wú)感，不能以犧牲舒適性和方便性開(kāi)展需求響應，常態(tài)化的需求響應如果以居民的舒適度和方便性作為代價(jià)是無(wú)法持續的，需求響應對于工商業(yè)企業(yè)應該達到自動(dòng)化，參與實(shí)時(shí)調度平衡不可能時(shí)刻依賴(lài)人工的介入。

三是鼓勵機制創(chuàng )新，通過(guò)發(fā)展虛擬電廠(chǎng)、負荷聚合商等新型市場(chǎng)主體，推動(dòng)需求響應工作的順利開(kāi)展，充分借助互聯(lián)網(wǎng)、區塊鏈等技術(shù)應用，在線(xiàn)識別用戶(hù)需求響應潛力，基于分布式交易、委托代理等商業(yè)模式，形成萬(wàn)眾參與供需良好互動(dòng)的電力能源新業(yè)態(tài)。

朱劉柱：從事電力規劃、電力市場(chǎng)專(zhuān)業(yè)工作20余年。先后主持多項國家電網(wǎng)公司、國網(wǎng)安徽省電力公司科技項目，多個(gè)項目達到國內較高水平，具有深厚的理論功底、規劃設計經(jīng)驗和電力市場(chǎng)政策研究經(jīng)驗。相關(guān)成果獲省部級、國網(wǎng)公司級科技獎勵1項，省公司級科技獎勵一等獎2項、二等獎2項，三等獎及群眾性創(chuàng )新獎3項。獲得國家授權發(fā)明專(zhuān)利2項、實(shí)用新型4項。在國內外科技期刊發(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(xiě)國網(wǎng)安徽省電力公司企業(yè)標準、國網(wǎng)安徽省電力公司專(zhuān)業(yè)技術(shù)規程規范、管理規定十余項。

高賜威：教授，博士生導師，東南大學(xué)電力經(jīng)濟及技術(shù)研究所所長(cháng)，江蘇省青藍工程學(xué)術(shù)帶頭人，中國能源研究會(huì )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(huì )委員、全國電力需求側管理標委會(huì )委員，中國電機工程學(xué)會(huì )智慧用能與節電專(zhuān)委會(huì )委員、電力系統自動(dòng)化專(zhuān)委會(huì )配用電自動(dòng)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學(xué)術(shù)論文”。授權發(fā)明三十八項，許可轉讓兩項，參與編制能源互聯(lián)網(wǎng)、電力需求響應、智能用電信息交互相關(guān)國際國內標準編制，參編《中國電力大百科全書(shū)》電力需求側管理分支。所開(kāi)設的“虛擬電廠(chǎng)建設運營(yíng)關(guān)鍵技術(shù)與交易設計”課程，被定為由國家發(fā)改委經(jīng)濟運行調節局組織的2020年全國電力需求側管理培訓項目設置的五門(mén)必選課之一，面向全國六萬(wàn)多名需求側管理從業(yè)人員開(kāi)設。