双碳目标下适应新型电力系统建设的电力需求响应工作思考

双碳目标下适应新型电力系统建设的电力需求响应工作思考

国网安徽省电力公司 朱刘柱

东南大学电力经济及技术研究所所长 高赐威

“3060”目标是我国对世界的庄严承诺，建设与之相适应的新型电力系统，成为未来相当长一段时间我国电力工业发展的主要目标，在此背景下，对电力需求侧资源的充分利用将发挥关键作用。

充分挖掘需求侧资源

是建设新型电力系统必然要求

新能源为主体是新型电力系统的主要特征，到2060年风电、光伏装机容量占比之和将达到约60%，其内涵不仅包括新能源发电机组发电容量增加，更包括对于新能源发电的系统化消纳能力。风电、光伏等新能源发电出力的间歇性与电能供需的实时平衡特征存在内在的矛盾。在传统的电力系统中，供需的实时平衡要求主要通过发电侧提供出力的灵活性来达到，是一种发电侧对需求侧波动性的响应。而间歇性新能源发电虽然带来了发电量，但同时一方面增强了这种波动性，使得系统对于灵活性资源的需求大幅度提升，另一方面又挤占了传统能源发电的空间，进一步弱化了发电侧的调节能力。如何解决灵活性资源供需双重恶化的问题，是建设新型电力系统必须面对的关键问题。

与此同时，很早我们就认识到，增强系统灵活性还可以从需求侧着手，通过需求侧管理改善负荷特性，挖掘需求侧的调节能力，从而增强系统的供需实时平衡能力。因此在新时期，充分挖掘需求侧资源已经成为建设新型电力系统的必然要求。

电力现货市场将为需求侧资源

挖掘创造良好的市场环境

传统的需求侧管理工作相对简单，用户在特定时段减少用电以应对高峰时段供应能力短缺。近年来，需求响应工作通过市场或者经济的手段，促使用户主动改变用电行为，但是激励力度的确定始终是一个困难问题。必须认识到，如要求需求响应匹配间歇性新能源的波动，则必然要求其提供短时间尺度的功率灵活性能力，从这个意义上而言，现货市场的价值发现功能是不可或缺的。电力现货市场产生的现货价格，将为需求响应带来明确的市场信号，对于一些系统所需的调节服务产品，需求侧和发电侧可以同台竞价，通过明确的价格机制引导和调节供需关系。

目前我国已有两批计14个省份开展了电力现货市场试点，现货市场将产生丰富的市场价格信号，可作为实施电力需求侧响应的价格基础。

新型电力系统目标下开展需求响应的关键阻碍

需求侧资源蕴藏在亿万用户的用电负荷中，具有总体规模庞大、单个体量小和市场主体众多的特征，无法像发电侧资源一样被直接调度。通过这些年需求侧的工作，我们认识到需求侧资源非常丰富，但是挖掘非常不易。目前需求响应工作远谈不上成功，具体的阻碍在于以下几个方面：

一是缺乏支撑需求响应工作的市场机制和成熟商业模式。首先，目前我国处于现货市场试点阶段，常态化的现货市场运行还有待时日，更重要的是由于现货市场交易实际上产生的是批发市场价格，如何将批发市场价格信号，不论是能量价格还是辅助服务价格，传导到终端用户是一个关键的难点问题，换句话说，终端用户由售电公司代理，并不能直接接触到现货市场的实时价格，因此也无响应现货市场价格变化的动力。西方国家的电力市场也存在同样的问题，因此一些中间的代理机构应运而生，即负荷聚合商或者虚拟电厂，通过聚合分散的用户侧资源，在电力市场中向电力系统出售其出力灵活性。而这些代理机构也需要一整套切实可行的商业模式，整合其所属的用户侧资源，一方面能够从批发市场获得相应的收益，另一方面可以组织用户侧资源提供相应的电能产品或服务。

二是电力用户响应能力不足。目前绝大部分用户仍然采用人工手动的方式响应价格或者激励型的需求响应项目，对于用户的专业化知识要求较高。过去，有关需求响应的研究均从用户是否有收益角度出发，但是实际中，用户有可能根本没有意识到有收益，而且人力成本极高，在一个家庭中你无法指望专门有一个家庭成员紧盯价格信号，时刻测算自身用电行为的收益情况，并作出调整。对于一个企业也很难想象专人根据实时电价随时调整生产行为。如果考虑到生产安排调整需要预先时间，则还需要考虑对于电力市场价格的预测。通常来说，用户要有效参与需求响应，必须举办专业的生产负荷实时调整能力，电力市场价格预测能力。这种调整能力某种程度上来说，也意味着生产的安全风险和产品的质量风险。如果与电厂在电力系统中的作用相比，这其中的关键差异是电厂是专业的电能及辅助服务提供主体，可以安排专人专门来从事与此相关的事务，而用户侧是用能主体，不具备专业的电力辅助服务提供能力，其并无义务和动力将服务电力系统作为其主要职责，即使有一定的经济激励，通常来说那也是其主营业务以外的额外收入，企业往往不是抱着一种专业化的心态来从事该项工作。

三是用户响应意愿存在显著问题。目前很多的需求响应研究均基于理性经济人假设，似乎只要能够给用户带来一点收益，用户都会进行相应的动作，但实际上，用户的参与成本除了我们已知的经济成本以外，还包括知识成本、关注成本。比如一个家庭用户一个月的电费大概为一百元左右，一般对应的需求响应激励不会太高，但是如果由此要求用户付出时刻关注，参与的代价是极为困难的。现在网络生活占用了人们大量的关注力，通信领域眼花缭乱的手机套餐已经让用户不胜其烦，引入需求响应如需要人工干预，客观上的确给用户增加了新的信息注入。对于工业企业而言，很多用户的电能费用在其总成本中占比其实很有限，如果需求响应的引入需要让用户觉得增加了大量的麻烦，且预期获益不高，那么必然造成用户响应意愿低下。

开展适应新型电力系统建设的电力需求响应工作建议

为了常态化开展需求响应，适应新型电力系统对于需求侧资源的有效调用，应着力加强市场建设，提升用户实时参与电力系统运行的能力，实现需求响应资源的自动调用，笔者有以下几个方面的建议：

一是切实加强电力现货市场建设，赋予电力辅助服务产品应有的市场价值，我们都认识到未来新型电力系统对灵活性资源的需要，那么合理的市场设计就应当传导出合理的价格信号，使得虚拟电厂、负荷聚合商以及电力用户开展需求响应能力建设时，能够获得合理的回报预期。

二是切实加强用户侧需求响应能力建设，研发和推广用户内部的能源管理系统对内部能源进行主动管理，并实现其对电网需求的主动响应，具备对用户用能行为的自学习功能，在用户一次性授权的前提下自动与电网侧进行后续需求响应交互。需求响应对于居民用户应该达到无感，不能以牺牲舒适性和方便性开展需求响应，常态化的需求响应如果以居民的舒适度和方便性作为代价是无法持续的，需求响应对于工商业企业应该达到自动化，参与实时调度平衡不可能时刻依赖人工的介入。

三是鼓励机制创新，通过发展虚拟电厂、负荷聚合商等新型市场主体，推动需求响应工作的顺利开展，充分借助互联网、区块链等技术应用，在线识别用户需求响应潜力，基于分布式交易、委托代理等商业模式，形成万众参与供需良好互动的电力能源新业态。

朱刘柱：从事电力规划、电力市场专业工作20余年。先后主持多项国家电网公司、国网安徽省电力公司科技项目，多个项目达到国内领先水平，具有深厚的理论功底、规划设计经验和电力市场政策研究经验。相关成果获省部级、国网公司级科技奖励1项，省公司级科技奖励一等奖2项、二等奖2项，三等奖及群众性创新奖3项。获得国家授权发明专利2项、实用新型4项。在国内外科技期刊发表论文14篇，其中EI期刊及中文核心期刊7篇。主持和参与编写国网安徽省电力公司企业标准、国网安徽省电力公司专业技术规程规范、管理规定十余项。

高赐威：教授，博士生导师，东南大学电力经济及技术研究所所长，江苏省青蓝工程学术带头人，中国能源研究会电力发展改革30人论坛成员，IEEE senior member，IEC PC118中国国家委员会委员、全国电力需求侧管理标委会委员，中国电机工程学会智慧用能与节电专委会委员、电力系统自动化专委会配用电自动化学科组委员。发表科技论文200余篇，SCI/EI收录150余篇，其中三篇文章入选F5000中国精品科技期刊顶尖学术论文，一篇文章入选2018年度“中国百篇最具影响国内学术论文”。授权发明三十八项，许可转让两项，参与编制能源互联网、电力需求响应、智能用电信息交互相关国际国内标准编制，参编《中国电力大百科全书》电力需求侧管理分支。所开设的“虚拟电厂建设运营关键技术与交易设计”课程，被定为由国家发改委经济运行调节局组织的2020年全国电力需求侧管理培训项目设置的五门必选课之一，面向全国六万多名需求侧管理从业人员开设。