国内电力需求响应发展障碍分析及展望

 
 为缓解电网出现电力不平衡、系统可靠性受到威胁的现象，引入需求响应。电力需求响应，简单地说就是电力用户根据价格信号或激励措施，暂时改变其用电行为，减少（增加）用电负荷，从而促进电力供需平衡、保障系统稳定运行的行为[1]。
 
与传统的有序用电方案这一行政手段不同，电力需求响应使用市场手段，在电网负荷尖峰时段让用户自愿、临时性采取措施来改变原有的用电模式，获得补贴激励或电费优惠。国外需求响应开展较早，我国是从2004年开始逐步启动需求侧管理工作的。我国需求侧管理主要以有序用电管理为主,部分地区实行了峰谷分时电价或可中断负荷项目。
 
近年来国家出台相关政策推动需求响应的实施，从有序用电模式过渡到需求侧响应模式[2]。需求响应对参与的电力用户有直接的经济效益，对电网有延缓建设投资、促进电力市场化改革的间接效益，对社会有优化资源配置的社会效益[3]。
 
“十二五”期间，电力供应由总体平衡、局部偏紧的状态逐步转向相对宽松、局部过剩。非化石能源快速发展的同时，部分地区弃风、弃光、弃水问题突出。局部地区电网调峰能力严重不足。我国电力发展“十三五”规划中指出，应加强系统调峰能力的建设。需求响应作为一种低成本的调峰措施，通过错峰、移峰等手段，在减少系统峰谷差、消纳新能源等方面起到积极作用。
 
1  国内需求响应现状
 
1.1  需求响应实施概况
 
我国从2004年开始启动国家层面的需求侧管理工作。经过十几年的发展，我国需求侧管理项目已发展多个种类，包括分时电价、能效电厂项目、移峰填谷项目和需求响应项目。需求响应作为需求侧管理的一个重要组成部分，充分发挥了市场的调节作用，通过激励引导用户参与电网的负荷调控，维护电网的稳定运行。
 
我国《电力需求侧管理城市综合试点项目类型及计算方法（试行）》将电力需求侧管理项目分为能效电厂、移峰填谷和需求响应三大类。
 
 
目前我国已有多个省市开展了需求响应。佛山市作为首个开展需求响应的试点城市，通过数据平台和用户终端的配合，削减负荷4.2万千瓦。天津为首个开展自动需求响应试点的城市。
 
 
从各地的需求响应情况看，参与用户类型不断增加，除了工商业用户和负荷集成商，楼宇、居民用户也纳入了需求响应资源。而需求响应执行模式也正在向自动化方向探索和发展[4]。
 
1.2  需求响应实施机制
 
1）制定合理的需求响应方案
 
目前国内开展的需求响应分为两种。一种是约定需求响应，通过需求响应协议，在需求响应执行时间段按照约定量削减负荷。另一种是临时性需求响应，在电网缺电时，根据需求响应协议临时性错峰降负。需求响应基本由政府及电力公司主导，负荷集成商与电力用户自愿参与。佛山、苏州等地开展的需求响应均由经信委与电力公司、负荷集成商及电力用户签订需求响应协议。上海地区则试点了用户自主认购需求响应量的模式，充分发挥用户的主动性。在天津还试点了办公楼空调自动需求响应，为自动需求响应的发展提供了实践经验。
 
2）鼓励多种类型的用户参与
 
多地政策均鼓励用户或负荷集成商自愿参与需求响应，且优先考虑高耗能、“卡脖子”的工商业企业用户。参与用户类型包括工业企业、商场、酒店、办公楼宇、综合建筑等。北京、上海及江苏试点了居民需求响应，通过空调智能控制、提前制冷等技术，将居民负荷纳入需求响应用户范围，进一步扩大了需求响应资源的类型。
 
3）补贴及政策支持
 
专项资金来源包括从全省销售电价附加征收的城市公用事业附加费、执行差别电价增加的电费收入以及其他资金。比如，江苏的需求响应补贴资金由尖峰电价增收电费支付，佛山需求响应补贴资金从电力需求侧试点的“调峰项目”实施专项资金中列支，北京市需求响应补贴资金来源为中央财政安排下达的专项奖励资金和市财政安排的配套奖励资金。
 
除了资金补贴外，各地出台了多种需求响应优惠政策，鼓励用户积极参与需求响应，例如，不将参与自动需求响应的企业纳入错峰序位表（即不安排该类型企业参与错峰），优先安排参与需求响应并符合直购电相关文件规定的企业参与直购电，参与电力需求响应的企业将优先保障供电等。
 
总结各地区的需求响应实施情况，我国目前的需求响应工作有以下几个特点：（1）用户类型不断增加，中小型用户获得参与电力系统调控的渠道；（2）专项资金政策、有序用电政策逐渐成熟，需求响应激励机制不断完善；（3）商业模式从签订协议、自主认购到自动响应，不断创新。
 
2  需求响应发展的资金障碍分析
 
2.1  基础建设成本高
 
随着需求响应的不断发展，需求响应基础建设的重要性日益凸显。需求响应的效果评估除了需要精确的计量，还需要准确的数据传输，计量设备和在线监测系统是需求响应的两个重要技术支撑[5]。目前我国各地的需求响应在线监测设备由电网公司或负荷集成商投资为用户安装及维护，需求响应在线监测系统由政府和电网公司投资建设。随着需求响应的推进和发展，建立和完善需求响应系统，仍需在计量设备的安装及维护、数据的传输及维护方面投入大量资金成本。
 
2.2  补贴方式不到位
 
国家发展改革委于2012年印发《电力需求侧管理城市综合试点工作中央财政奖励资金管理暂行办法》，规定对通过需求响应临时性减少的高峰电力负荷，每千瓦奖励100元。各地制定的电力需求侧管理专项资金使用管理办法多以销售电价附加征收的城市公用事业附加费、执行差别电价增加的电费收入以及其他资金作为需求响应补贴资金来源。补贴方式难以做到资源优化配置，且以奖励为主，缺少罚款机制，对需求响应执行效果造成了一定的制约，不能体现需求响应的市场化本质。
 
对于计量设备的投资者，尤其是负荷集成商而言，其投资成本包含设备安装维护、数据采集和管理的所有费用，但投资者并不是数据唯一的使用者。目前的需求响应激励仅针对参与需求响应的用户，目的是提高用户的参与积极性，但对投资成本的补贴尚不明确[6]。
 
需求响应的参与者除电力用户和负荷集成商外，还包括政府部门和电力公司。需求响应涉及到负荷控制、效果判定、补贴分配等流程，参与者、执行者及收益获得者之间存在利益分配不均的矛盾[7][15]。
 
3  需求响应发展的技术障碍分析
 
3.1  响应量预测技术欠缺
 
电网出现缺口时，启动需求响应达到削峰填谷的效果。高质量的需求响应才能更好的保障电网的稳定运行。就目前国内的技术而言，因负荷的可调能力、用户用电意愿以及响应过程中用户出现中途退出、响应不到位等违约行为，导致响应量不符合预期效果，此类风险目前仍无法避免。
 
除了从商业模式方面进行改进，增加罚款等控制机制外，还需进一步开展技术研发。目前国内已有负荷响应特性研究，包括基于用户负荷弹性系数的需求响应分析[8]、用电需求曲线建模[9]等，从负荷特性及电价两方面考虑负荷的响应能力，但研究仍较为薄弱，没有考虑用户用电意愿等因素，且没有实际应用。
 
3.2  实时反馈技术欠缺
 
从目前的需求响应实施流程来看，需求响应发起方根据电力用户及负荷集成商提交的用户信息制定需求响应方案，确定需求响应预期效果。负荷集成商负责转发上级需求响应指令、整合部分电力用户的需求响应资源，组织集成用户参与需求响应。电力用户为需求响应直接执行者。三者之间按照自上而下的顺序执行需求响应。
 
在实施过程中，用户一方面无法及时获取自己的响应效果信息，另一方面在出现特殊情况无法完成响应时，缺乏有效的向上反馈途径。需求响应发起方虽然在响应过程中对用户负荷进行监测，但当响应量没有达到预期时，仍缺乏实时有效的动态调节途径。实时反馈技术的缺乏导致响应效果与预期效果不一致。
 
3.3  自动化程度有待提高
 
美国已开发出适用于自动需求响应的通信架构openADR，美国、澳大利亚、日本等国已开展了相关的试点工程[10][11]，取得了初步成果，证明了自动需求响应的可操作性。我国已经开展了关于openADR的研究[12][13]，天津地区试点项目通过空调温控器实现了对空调的自动需求响应，但我国的需求响应发展还处在半自动需求响应阶段，需求响应的自动化还未真正实现。智能化终端、通讯技术、自动需求响应系统等均有待进一步的研究和开发。
 
3.4  需求响应标准体系有待完善
 
随着需求响应的推广，将有更多资源参与需求响应，对需求响应相关的系统、终端设备及通讯网络提出了新的要求，急需建立统一的标准。目前国际上除了美国的OpenADR标准外，还包括日本的《日本需求响应接口规范1.0》、欧洲的SEP 2.0和澳大利亚的AS4755等标准。
 
欧洲相关组织对计量设备提出了详尽的要求，包括用户友好型接口、15分钟颗粒度数据采集、远程采集、双向交互、用户数据自动传输、远程控制、数据加密传输等[5]。我国的《电力需求侧管理平台建设技术规范（试行）》、《电力需求响应系统通用技术规范》规定了需求响应数据采集、传输、通信协议等技术要求。需求响应终端、系统、通讯网络等方面的标准仍有待完善。
 
4  需求响应发展的机制障碍分析
 
目前开展需求响应试点的省市均为经济发达地区，电力供应紧张，季节性电力负荷（如冬季采暖负荷、夏季降温负荷）形成电网高峰用电负荷，而据统计，我国电网夏季空调负荷已占尖峰负荷的30%左右[15]。因此需求响应的类型主要以削峰为主。
 
由于我国大力发展新能源发电，近十年电力供给能力不断增强，根据权威统计，中国风电和太阳能发电装机在过去的5年分别增长了2.6倍和56倍，累计装机达到114.61GW和28.05GW，分列世界第一和第二位[16]。
 
电力发展“十三五”规划中指出，我国的电力供应由总体平衡、局部偏紧的状态逐步转向相对宽松、局部过剩。部分地区存在严重的弃风、弃水现象，电力过剩且就地消纳能力不足。需求响应的最终目的不仅是降低尖峰负荷，而是降低系统峰谷差，实现电力平衡。因此，需求响应在“填谷”（尤其是消纳新能源）方面的作用还有待开发。
 
另外，需求响应的实施形式有待开发。目前执行的大部分需求响应项目以约定形式开展，部分实时需求响应也远未达到自动化水平，对电网起到一定的削峰作用，但其响应速度慢、响应效果存在不确定性，调峰能力欠佳。
 
5  结论
 
本文对国内需求响应的现状进行了分析，并提出了国内的需求响应发展的几点建议和展望。
 
1）明确政府部门、电力公司、负荷集成商及电力用户在需求响应中的职责与权利，制定合理的长效激励机制，保证各方利益，提高各方参与积极性。随着电力改革的不断深化，电力市场环境逐渐成熟，需求响应将更加商业化。电网成为需求响应的真正需求方，政府部门行使监管职责，负荷集成商与电力用户通过竞争的方式参与需求响应。基于政策的激励将逐渐退出，基于市场的激励将成为需求响应发展的源动力。
 
2）随着智能电网的持续发展以及需求响应的不断推进，自动需求响应将得到更大的发展。在智能终端方面，提高智能化终端开发能力，使需求响应负荷有能力接收需求响应信号并自动执行。在系统功能方面，研究用户的负荷特性，考虑用户对电价或控制信号的响应特性、用户用电意愿等因素，建立准确的响应量预测模型，提高需求响应的准确性和成功率。在通信方面，制定更详尽的需求响应标准体系，规范需求响应各系统间的接口，实现信息交互标准化。
 
3）充分发挥需求响应的调峰能力，增强系统的灵活性和适应性。面对电力供需逐渐宽松、新能源供电能力不断增强的电力发展形势，新能源消纳难题急需破解。分布式能源和电动汽车的发展为需求响应提供了更多的资源和条件，未来需求响应不仅有“削峰”作用，也逐渐向“填谷”发展。
 
原文来源：电气技术