電力需求響應技術(shù) 現狀與發(fā)展建議

今年度夏期間，華東、華中地區遭遇了歷史罕見(jiàn)高溫天氣，四川、重慶出現極端高溫、干旱等災害性天氣，多地電力供需形勢較為嚴峻。7月12-16日，國網(wǎng)浙江電力公司連續5天組織實(shí)施需求響應，最大響應負荷達到580萬(wàn)千瓦。電力需求響應技術(shù)，已經(jīng)成為電力市場(chǎng)化環(huán)境中各級電力主管部門(mén)、電網(wǎng)企業(yè)優(yōu)先采取的電力保供措施。同時(shí)，“雙碳”目標的提出、新型電力系統的建設，對提升電力系統靈活性調節能力、提高電力用戶(hù)供電保障水平提出了更高要求，為電力需求響應技術(shù)的進(jìn)一步應用與發(fā)展提供更為廣闊的平臺。

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電力需求響應發(fā)展歷程及現狀

（一）需求響應的基本概念

根據相關(guān)國家標準規定，需求響應的定義為電力用戶(hù)對實(shí)施機構發(fā)布的價(jià)格信號或激勵機制做出響應，并改變電力消費模式的一種參與行為。通俗一點(diǎn)說(shuō)，當電網(wǎng)受極端天氣、新能源出力波動(dòng)以及可靠性事件等因素影響，在局部區域、局部時(shí)段出現供電缺口或低谷調峰能力不足時(shí)，由省級電力運行主管部門(mén)安排需求響應實(shí)施機構組織電力客戶(hù)或負荷聚合商參與日前級、小時(shí)級、分鐘級和準實(shí)時(shí)級的互動(dòng)響應，由電力客戶(hù)直接或通過(guò)負荷聚合商間接調增或調減部分用電功率，并根據互動(dòng)響應效果獲得實(shí)施機構發(fā)放的激勵資金?，F階段，需求響應實(shí)施機構一般為電網(wǎng)企業(yè)。

（二）需求響應發(fā)展歷程

2000年初，需求響應概念被引入我國。2012年，在中新天津生態(tài)城首次針對居民用戶(hù)試點(diǎn)需求響應。2014年，上海市首次啟動(dòng)全市范圍內需求響應試點(diǎn)。2015年11月，國家發(fā)展改革委、國家能源局《關(guān)于有序放開(kāi)發(fā)用電計劃的實(shí)施意見(jiàn)》作為新一輪電改配套文件，首次提出逐步形成占最大用電負荷3%左右的需求側機動(dòng)調峰能力。2022年1月，《“十四五”現代能源體系規劃》提出，力爭到 2025 年，電力需求側響應能力達到最大負荷的3%～5%，其中華東、華中、南方等地區達到最大負荷的5%左右。截至2022年6月，全國已有23個(gè)省份出臺需求響應試點(diǎn)支持政策，政府專(zhuān)項資金、尖峰電價(jià)增收資金、跨區跨省富余可再生能源購電差價(jià)盈余、市場(chǎng)化用戶(hù)交易電量電費分攤、供電成本分攤等多種來(lái)源，已成為需求響應發(fā)展初期的固定補貼來(lái)源；華北、西北部分區域啟動(dòng)了需求側資源作為第三方主體參與電力調峰輔助服務(wù)的報價(jià)與結算試點(diǎn)，運行效果良好。

（三）需求響應發(fā)展現狀

1.應用情況

近年來(lái)，江蘇、上海、浙江、江西、重慶等地積極開(kāi)展需求響應試點(diǎn)工作。截至2021年底，國網(wǎng)公司經(jīng)營(yíng)區內累計開(kāi)展削峰需求響應191次，響應用戶(hù)255024戶(hù)，響應容量7680.66萬(wàn)千瓦；填谷需求響應85次，響應用戶(hù)36795戶(hù)，響應容量4457.71萬(wàn)千瓦。

通過(guò)統計分析國網(wǎng)公司經(jīng)營(yíng)區需求響應資源庫建設與試點(diǎn)實(shí)施情況，發(fā)現工業(yè)可調節負荷資源潛力巨大，不同行業(yè)調節情況參差不齊。截至2021年底，削峰潛力、填谷潛力排名前15的行業(yè)均屬工業(yè)領(lǐng)域，總容量分別為2078.2萬(wàn)千瓦、674.56萬(wàn)千瓦，主要集中在水泥、石灰和石膏制造，鋼壓延加工、煉鋼等領(lǐng)域。商業(yè)樓宇具有較高的需求響應能力，主要可調節設備包括暖通空調設備、照明設備等，綜合可調節潛力最高可達到25%左右。截至2021年底，商業(yè)樓宇用戶(hù)參與需求響應試點(diǎn)簽約戶(hù)數為5514戶(hù)，總可調節容量達到481萬(wàn)千瓦。

2.科技攻關(guān)情況

近十年來(lái)，中國電力科學(xué)研究院需求響應科研攻關(guān)團隊持續加強電網(wǎng)安全全國重點(diǎn)實(shí)驗室、需求側多能互補優(yōu)化與供需互動(dòng)技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗室、國網(wǎng)公司電力需求側協(xié)調控制技術(shù)（聯(lián)合）實(shí)驗室建設，累計研發(fā)完成“荷e聯(lián)”“荷e查”“荷e營(yíng)”等需求響應終端、互動(dòng)響應與運營(yíng)支撐主站軟件、資源普查與潛力核證分析軟件、自動(dòng)需求響應數字物理混合仿真實(shí)驗平臺等科研成果，在北京、河北、山東、浙江等12個(gè)省試點(diǎn)應用。建立了需求響應產(chǎn)品檢測系統，常態(tài)化為需求響應產(chǎn)品廠(chǎng)商、標準研制單位支撐檢驗測試服務(wù)、標準驗證服務(wù)。

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“雙碳”目標下需求響應業(yè)務(wù)發(fā)展需求

（一）建立更加靈活的需求側資源管理模式是新形勢下電力保供迫切要求

2021年，受年初極端寒潮、夏季持續高溫以及9月份的電煤緊缺等因素影響，全國局部地區高峰時(shí)段存在電力缺口，國網(wǎng)公司經(jīng)營(yíng)區累計共24省執行需求側管理措施124天，涉及企業(yè)431.8萬(wàn)戶(hù)次，單日最大有序用電負荷達到5082萬(wàn)千瓦。在供給側，隨著(zhù)“雙碳”工作加快推進(jìn)，新能源快速發(fā)展，預計2022年公司經(jīng)營(yíng)區新增新能源并網(wǎng)裝機達到9000萬(wàn)千瓦。在需求側，夏冬季節性尖峰負荷快速增長(cháng)，2021年1月7日，公司經(jīng)營(yíng)區最高負荷達9.6億千瓦，同比增長(cháng)27.7%。在嚴峻供需形勢下，限電風(fēng)險呈現逐步增大的趨勢，在“優(yōu)先限制兩高行業(yè)用電”“限電不拉閘、限電不限民用”等政策要求下，電力供應保障面臨極大挑戰。迫切需要發(fā)揮需求側管理的供需調節作用，建立更加靈活的用戶(hù)側資源管理模式，常態(tài)化參與電網(wǎng)平衡調節，保障居民、公共服務(wù)和重要用戶(hù)用電。

（二）常態(tài)化發(fā)揮需求側資源的靈活調節作用是解決新型電力系統源荷雙側不確定性問(wèn)題的重要路徑

新型電力系統下源荷規模不斷擴大，預計2025年、2030年分布式光伏裝機將達到1.8億、3.0億千瓦。電動(dòng)汽車(chē)、數字基礎設施等給電力系統帶來(lái)的沖擊性、波動(dòng)性負荷不斷增長(cháng)，預計2025年全國新增電力負荷4.27億千瓦。隨著(zhù)用戶(hù)側分布式電源裝機容量的提升以及需求響應試點(diǎn)項目的開(kāi)展，分布式電源出力和新興負荷響應的不確定性增大了電網(wǎng)供需平衡的波動(dòng)性，電力系統的平衡特征和方式正在發(fā)生深刻變化，維持系統平衡的難度不斷加大，靈活性調節資源缺乏的問(wèn)題日益凸顯。需求側響應可以有效緩解負荷高峰電網(wǎng)運行壓力，增強負荷低谷時(shí)新能源消納能力，促進(jìn)供需平衡。常態(tài)化發(fā)揮需求側資源的靈活調節作用將成為保障新型電力系統電力可靠、穩定和低成本供應的關(guān)鍵手段，是解決新型電力系統源荷雙側不確定性的重要路徑。

（三）需求側資源聚合參與電力輔助服務(wù)市場(chǎng)交易是提升新能源消納水平的有效措施

新型電力系統背景下，新能源裝機和發(fā)電量增長(cháng)迅速，預計到2025年，國網(wǎng)經(jīng)營(yíng)區新能源裝機將達8.6億千瓦，占總電源裝機容量的37.7%；到2030年，國網(wǎng)經(jīng)營(yíng)區新能源裝機將達13.8億千瓦，占總電源裝機容量的48.1%。一方面，分布式能源的大量接入會(huì )對電力系統的穩定運行帶來(lái)沖擊；另一方面，可再生能源在時(shí)間上用能彈性較低、空間上地理分布較分散的特點(diǎn)會(huì )對電力系統的控制和管理帶來(lái)難題。在這一背景下，迫切需要深入挖掘現有需求側資源的潛力，引導需求側資源參與電力系統輔助服務(wù)。隨著(zhù)需求響應的深入發(fā)展，由于負荷側資源單個(gè)容量較小、數量眾多、隨機性較強、直接管理難度大，故出現了負荷聚合商等新興市場(chǎng)主體，代理用戶(hù)參與調峰、調頻、備用等各類(lèi)交易市場(chǎng)。因此，需求側資源聚合參與電力輔助服務(wù)市場(chǎng)交易將成為保障電力市場(chǎng)供應、降低用戶(hù)用電成本、提高新能源消納能力的重要措施。

（四）需求側資源協(xié)調優(yōu)化是提升用戶(hù)用電服務(wù)水平、促進(jìn)節能降耗的重要手段

“雙碳”目標下，預計2025年、2030年全社會(huì )用電量分別達9.2萬(wàn)億千瓦時(shí)、10.3萬(wàn)億千瓦時(shí)，增速分別達24.3%、39.2%，而最大負荷將分別達15.7億千瓦、17.7億千瓦，增速分別達26.6%、42.7%，最大負荷增速高于用電量增速。“十四五”期間，國網(wǎng)經(jīng)營(yíng)區內區域電網(wǎng)負荷最大日峰谷差率將達到36%，“十五五”期間將達到40%，最大日峰谷差達到4億千瓦。在這一背景下，新興負荷規模不斷增長(cháng)，負荷峰谷差逐年拉大，電網(wǎng)最高負荷持續攀升，負荷尖峰化特征明顯。針對這一挑戰，通過(guò)協(xié)調優(yōu)化需求側資源，加強用電管理、推動(dòng)電力電量節約，通過(guò)開(kāi)展需求響應，提高電能利用效率，能夠在降低用戶(hù)用能成本的同時(shí)促進(jìn)節能減排和經(jīng)濟社會(huì )健康發(fā)展。迫切需要需求側資源協(xié)調優(yōu)化，加強用戶(hù)雙向互動(dòng)，能夠有效解決電網(wǎng)“雙峰”“雙高”帶來(lái)的用電質(zhì)量下降問(wèn)題，保障電網(wǎng)運行可靠性。

03

需求響應面臨的挑戰

一是用戶(hù)感知交互難度大。不同類(lèi)型的工商企業(yè)，因其生產(chǎn)特殊性，生產(chǎn)負荷模型也不相同，設備品牌型號繁多，用戶(hù)設備信息及相關(guān)參數采集及監測難度大。

二是用戶(hù)可調節潛力分析預測精度不高?？烧{節潛力分析涉及氣候、地域、用戶(hù)等多種因素，受用戶(hù)的生產(chǎn)工藝流程影響較大，當前預測模型分析精度不高。

三是用戶(hù)設備控制風(fēng)險高。在接受用戶(hù)委托，對用戶(hù)側設備做調節控制時(shí)，要考慮用戶(hù)設備實(shí)時(shí)運行狀態(tài)、操作難易程度，如果引起用戶(hù)設備損壞等風(fēng)險，責任界定問(wèn)題比較棘手。

四是用戶(hù)參與頻次低，收益不高，導致實(shí)施難度大。單個(gè)工商業(yè)用戶(hù)調節能力有限，參與頻次少，用戶(hù)收益不高，導致用戶(hù)參與度較低，用戶(hù)改造實(shí)施較困難。

五是需求響應標準實(shí)施情況不理想。工商業(yè)負荷參與電網(wǎng)互動(dòng)調節時(shí)，內部設備和系統接口未按照相關(guān)標準進(jìn)行建設，導致用戶(hù)系統貫通和設備數據接入難度高。

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總體解決思路

在政策機制建設完善方面，亟需由國家、?。ㄖ陛犑校﹥杉壵鞴懿块T(mén)進(jìn)一步細化完善需求響應支持政策，在不斷拓展需求響應激勵資金來(lái)源、擴大激勵資金規模的同時(shí)，推動(dòng)需求側可調節資源等常態(tài)化參與電力調峰輔助服務(wù)市場(chǎng)，為需求響應業(yè)務(wù)可持續化發(fā)展奠定基礎。

在數據監測與感知方面，總結分析針對用電設備運行狀態(tài)參數、用電參數、環(huán)境參數及需求響應事件相關(guān)參數的監測感知和交互需求，建立基于IEC/CIM標準的需求響應信息模型、信息交換模型，構建基于邊緣計算的數據監測感知架構體系，支撐需求側各類(lèi)資源便捷接入電網(wǎng)并常態(tài)化互動(dòng)響應。

在可調潛力分析方面，綜合用電、氣象、經(jīng)濟等數據，經(jīng)數據清洗分析，采用模型驅動(dòng)與數據驅動(dòng)相融合，微觀(guān)-中觀(guān)-宏觀(guān)交叉驗證的方法，構建可調節負荷篩選、預測方法，建立細分工業(yè)、商業(yè)和居民的可調節負荷潛力測算模型，實(shí)現負荷可調節潛力精細化預測。

在控制策略設計方面，針對工業(yè)用戶(hù)生產(chǎn)負荷及非生產(chǎn)負荷，商業(yè)樓宇空調負荷、照明設備負荷及其他設備，結合用戶(hù)設備實(shí)時(shí)運行狀態(tài)，采用電壓型、電流型、頻率型等控制技術(shù)對用戶(hù)側設備進(jìn)行調節控制，構建設備級、用戶(hù)級、區域級負荷調控方案。

在互動(dòng)響應效果測量與驗證方面，構建需求響應基線(xiàn)負荷計算方法、響應有效性判定方法，設計針對削峰響應的節約電力測量與驗證算法，以及針對填谷響應的消納電量測算方法。針對需求側資源直接參與電力調峰輔助服務(wù)，按照輔助服務(wù)市場(chǎng)準入要求直接參與報價(jià)出清、結算分攤。

在效益價(jià)值綜合評估方面，建立考慮電力客戶(hù)、電網(wǎng)企業(yè)、火力發(fā)電企業(yè)、新能源發(fā)電企業(yè)及全社會(huì )的價(jià)值評估體系，并構建量化分析評價(jià)方法，為需求響應實(shí)施機構、負荷聚合商、電力客戶(hù)分析需求響應投入產(chǎn)出奠定基礎，也為更加合理地分析需求側資源參與電網(wǎng)互動(dòng)價(jià)值提供依據。

在標準制定與實(shí)施監督方面，依托SAC/TC 549全國智能電網(wǎng)用戶(hù)接口標委會(huì )、IEEE PES（中國）能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)委員會(huì )智慧用能分委會(huì )等國內標準化組織和國際化學(xué)術(shù)團體，修訂完善電力需求響應標準體系，持續開(kāi)展需求響應相關(guān)標準制修訂，面向需求響應業(yè)務(wù)參與主體、產(chǎn)業(yè)鏈上下游單位開(kāi)展宣貫，依托檢測機構對相關(guān)軟硬件產(chǎn)品開(kāi)展檢驗測試，針對需求響應實(shí)施機構標準化應用情況開(kāi)展年度監督評價(jià)。

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需求響應發(fā)展建議

（一）政府層面

一是進(jìn)一步推動(dòng)試點(diǎn)支持政策完善。短期來(lái)看，應進(jìn)一步擴大激勵資金來(lái)源，固化資金渠道；長(cháng)期來(lái)看，應推動(dòng)需求側資源常態(tài)化參與輔助服務(wù)市場(chǎng)交易，最大限度引導客戶(hù)主動(dòng)參與，充分體現客戶(hù)參與互動(dòng)響應的意愿。

二是加強統籌管理和頂層設計。由政府牽頭，組織電力用戶(hù)、電網(wǎng)企業(yè)、負荷聚合商、用電設備制造廠(chǎng)家等各方聯(lián)合發(fā)力，從源頭上將需求側響應納入到新型電力系統建設的整體布局中，并在規劃層面提升需求側資源的地位。

三是推行需求響應強制性標準和產(chǎn)品認證制度。國家質(zhì)檢總局、國標委、住建部、工信部等多部門(mén)加強協(xié)調，聯(lián)合出臺針對需求側可調節負荷設備的統一互動(dòng)接口標準，建立相應的評價(jià)認證制度。

四是加強宣傳。通過(guò)各類(lèi)媒體資源，向工業(yè)、商業(yè)、居民以及新型負荷用戶(hù)宣傳推廣需求響應的作用意義、實(shí)施流程，以及在優(yōu)化用電成本、促進(jìn)新能源消納和全社會(huì )降碳等方面的作用，為獲得用戶(hù)廣泛認可奠定基礎。

（二）電網(wǎng)企業(yè)層面

一是建立公司總部級、省級、地市級、縣級四級可調節資源管理機制，實(shí)現可調節資源池的定時(shí)更新，動(dòng)態(tài)構建和評估可調節資源池容量。

二是建立一體化的可調節資源應用模式，針對需求響應、虛擬電廠(chǎng)、源網(wǎng)荷儲一體化應用、有序用電、應急備用等場(chǎng)景，建立可調節資源分級分類(lèi)、協(xié)同優(yōu)化應用模式。

三是進(jìn)一步豐富完善可調節資源實(shí)時(shí)感知、便捷接入、靈活互動(dòng)、合作運營(yíng)的技術(shù)支撐體系，深化完善省級智慧能源服務(wù)平臺，加快建設新型電力負荷管理系統，不斷提升電力客戶(hù)、負荷聚合商支撐服務(wù)能力。

四是推動(dòng)完善需求響應標準體系與入網(wǎng)測試制度，針對需求響應試點(diǎn)實(shí)施所投資的軟硬件，對相關(guān)供應商提出標準一致性要求，通過(guò)檢驗測試保障產(chǎn)品質(zhì)量、建設質(zhì)量，提升需求響應業(yè)務(wù)運行效率和軟硬件系統互聯(lián)互通水平。