電力需求側管理在芬蘭的發展

李國棟，劉力華，付學謙，袁 銳

（1.國家電網公司 國家電力調度控制中心，北京 100031；2.廣州供電局，廣州 510620；3.榆林供電公司，陜西 榆林 719000）

電力需求側管理在芬蘭的發展

李國棟1，劉力華1，付學謙2，袁 銳3

（1.國家電網公司 國家電力調度控制中心，北京 100031；2.廣州供電局，廣州 510620；3.榆林供電公司，陜西 榆林 719000）

在介紹芬蘭電力系統基本情況和能源需求的基礎上，詳細闡述了芬蘭近幾年電力需求側管理項目的最新進展和發展趨勢，包括正在實施的需求側管理計劃、基于負荷控制的動態智能計量、直接負荷控制試驗、區域供熱網絡中的需求側管理、需求側能效管理、需求側管理研發框架等。

需求側管理；能效；需求響應；智能計量；建筑節能

芬蘭電網是北歐電力系統的一部分，也是北歐電力市場的一部分。北歐電力市場劃分為多個競價區域，主要是由電力輸送瓶頸造成的，其中，芬蘭地區形成一個電力市場競價區域。芬蘭電網與俄羅斯電力系統具有很強的電氣聯系，他們之間直接或通過愛沙尼亞電網實現互聯。根據當前的市場現狀，芬蘭的電力主要從俄羅斯和北歐幾個國家進口。

芬蘭電力市場是在1998年開始逐漸實現開放競爭的，那時小用戶可以自由選擇從哪一家電力公司購買電力。由于電力系統的特殊性，使得電力銷售注定只能在部分企業中產生，這是由系統安全、市場穩定等多方面因素決定的，盡管電力消費、計量結算等環節與其他行業不無相同點，但是電力系統有它自身發展成型的特殊規則，其中所有的參與者都不可違背。根據芬蘭電力市場目標，到2014年至少有80%電力用戶可實現每小時計量和結算，即要在至少80%的用戶范圍內實現電力需求側響應。這就意味著從2014年開始，幾乎所有實現電力需求側響應的用戶電價將會采用分時電價。

芬蘭的電力零售市場是與其他北歐國家統一的。盡管北歐國家一直都在努力實現電力零售市場逐步完善，但當前他們并沒有形成統一協調的電力系統，要實現以電力零售為基礎的需求側快速響應仍有很長一段路要走，要在北歐國家之間實現跨國的電力需求響應更是如此。

1 芬蘭電力系統

芬蘭的電力系統運營模式是“廠網分開”式的，國家以法律的形式對電網輸電費用的上限進行了規定。芬蘭國家電網公司（Fingrid）是芬蘭輸電系統經營者和電網所有者，運營著400 kV、220 kV和110 kV的電網，芬蘭電力系統的輸電網和配電網均有足夠的備用容量和良好的可靠性。然而，為了適應電力負荷的增長以及發電廠的布局，芬蘭仍需要一定量的電網投資。

在森林覆蓋的農村地區，樹木長得高大，暴風雪經常會造成較大范圍的供電中斷。由于芬蘭的氣候原因，此類惡劣天氣很頻繁，這是電力運營商一直需要面臨的巨大挑戰。根據氣候模型和當地氣候歷史數據，氣候變化也會對芬蘭的平均氣溫產生強烈影響，使得該國氣候問題一直制約著電網發展。而在一些重要的農村地區，架空網絡將逐步被電纜所取代，但完全實現這一目標則至少需要幾十年。值得一提的是，負責低電壓區域電網運營的地方性電網公司也在不斷提高發展意識，逐漸在電網建設中采用先進的配電自動化和智能化計量支持系統，來減輕人力成本和運行維護成本，同時還能降低電網故障概率。

通過多年的努力，芬蘭多數配電網已經可以應用動態實時需求響應，并已具備實時電價機制應用條件。電力需求響應是以市場為基礎的，而基于電網的電力需求響應則是當前條件下的一個過渡過程，隨著分布式發電的快速發展和電網可控負荷不斷增加，未來的響應模式將會發生改變，會朝著市場化模式發展。

2 芬蘭的能源需求

地處北歐的芬蘭是一個能源資源匱乏國家，無煤無油也沒有天然氣，70%能源依靠進口。芬蘭又是一個高度工業化的國家，有很多耗能企業。但是，芬蘭對寶貴的能源開展了全方位集約化經營，取得了令世界矚目的節能效果。

據能源年鑒統計，芬蘭2010年的用電量約為88億kWh，其中：工業消耗為總量的47%，電加熱約為16億kWh，家庭取暖約為13億kWh，剩余的電力消費主要集中在民用電部分。當冬季供暖和照明負荷達到最大時，芬蘭全國用電負荷約為14 GW，其中有1 GW的冬季采暖負荷可通過實時電價來調控。

由于使用熱泵供暖的用戶在不斷增加，這種供暖方式逐步取代了傳統的供暖形式，會在一定程度上增加用電負荷，但是對電量消耗總量卻影響不大，因為熱泵供暖和其他供暖形式都屬電供暖。隨著越來越多的用戶采取熱泵供暖，遇到非常寒冷的天氣，芬蘭全國的用電負荷就會大幅增長，進而會在一定程度加大電網供電壓力。

很顯然，大量熱泵的使用會對負荷特性產生影響，特別是對供暖負荷占較大比重的芬蘭來說更是這樣，會影響需求響應的實施，也會給實行區域實時電價造成障礙。這一變化趨勢應該會影響到未來的電力需求響應、發電負荷以及電力系統的輸電能力，系統供電能力提升也就越來越顯得重要。從電力系統穩定性和市場優化2方面來看，實現熱備負荷可控是非常有必要的。

3 電力需求側管理的重要作用

芬蘭氣候寒冷，而且有許多能源密集型產業，因此，他們對電和熱的可靠供應依賴性很高。盡管該國有許多湖泊類的水資源，但由于海拔低，水電發展潛力很小。

國內的發電類型主要是由資源類型決定的，當然也包括區域供熱和工業熱電聯產，除了一些化石能源和一些核電之外，芬蘭的電力供應需要高度依賴電力進口。值得一提的是，芬蘭的可再生能源類型占有一定比重。芬蘭雖有比較豐富的風能資源，但歷史上風電裝機容量增長緩慢，風電設備及風電技術出口是該產業的主要發展形式。2010年，芬蘭議會通過了風電固定電價法案，大大提高了芬蘭國內外風電企業的積極性，風電和光伏電力的電價補貼政策使得市場份額逐步提高，它將對芬蘭大規模應用電力需求側管理起到積極作用。

在開放的零售電力市場中，能源密集型產業逐步開始采用需求側響應，增強了電力供應靈活性和系統備用能力。當有1.6 GW的核電站投運之后，幾乎所有潛在的大型工業用戶的需求響應都將轉變為系統備用。因此，許多需求側響應將從日前和日內市場中消失。

有資料顯示，在服務業和中等規模產業中的需求響應實施速度也不斷增長，但對這些行業的能源消費和需求響應并沒有可靠的統計數據，也難以量化。但是可以肯定的是，很多電力用戶開始通過調整自身用電行為，來實現減少電費支出，同時也會有益于系統備用。

芬蘭自1964年其開始實施分時電價。若沒有分時電價機制，日負荷曲線會有更高的峰值，會給電力供應造成很大的壓力。芬蘭已經制定專門法律規定了電力公司必須采用分時電價，并為之提供計量系統。自電力市場實行開放競爭之后，類似于直接負荷控制的削減電力峰值的措施很快就停止了，負荷曲線也逐漸變得更加平滑，很大程度減小了電力供應壓力。

4 正在實施的電力需求側管理計劃

由于提高能源效率和需求響應迫在眉睫，也就有必要進一步開展電力需求側管理，主要包括以下幾項內容：

（1）根據歐洲統一目標減少二氧化碳排放量。

（2）芬蘭國內沒有化石燃料，需減少對進口化石燃料的依賴程度。

（3）為了應對風力發電和大型核電機組的不斷增加，需增加供應方的投資來平衡間歇性電源，增加系統備用電源建設。

（4）減少對以分布式發電和電動汽車為基礎的電網建設的障礙。

（5）減輕市場和電力系統的脆弱性，主要表現在需求響應不足。

（6）減少需求側管理的實施成本。

若不是采用了分時電價機制，當前的電力發展狀況將會更差，在政府機構和企業的共同努力下，狀況正在逐步改善。白天和黑夜之間負荷大小會有一定變化，但是電價波動會很小，這樣分時電價的實施也就抑制了負荷的過快增長，同時也不會過度增加用戶負擔。

芬蘭依賴于俄羅斯進口電力，這是在芬蘭實施分時電價機制之前就一直存在的。由于俄羅斯與北歐國家有著不同的市場結構，這也導致雙方市場對接的沖突，電力和電量的供應在一定程度上就會出現矛盾。如果系統中不增加新的靈活性電力資源，這2個方面問題將變得越來越普遍。

在天氣特別冷的時候，許多房屋的儲熱能力滿足不了整個白天的熱量需求。因此，一些直供或儲熱負荷只是在晚上的負荷高且電價高的時候出現。增加這些供熱負荷的靈活性將有利于客戶和電力市場雙方的共同利益，對電力可靠性供應也有積極作用。

5 基于負荷控制的動態智能計量

一項基于動態負荷控制的智能計量系統工程的研究項目正在芬蘭實施，該研究旨在替代當前應用的計量系統。赫爾辛基電網公司與合作伙伴共同開發與實施，并在其管理范圍內安裝此系統。該系統已經在超過500戶的居民用戶和供熱用戶中進行測試，其中包括10 MW左右的可控負荷。已完成的研究工作包括：

（1）對電網運行影響的研究。

（2）使用仿真方法對替代控制方法的效果進行比較研究。

（3）操作模式與系統規模的設計。

（4）系統角色之間信息交換的定義。

（5）在2個智能計量系統供應商之間運行模式的試驗。

（6）在5家用戶范圍內的小規模現場試驗。

（7）完成500戶以上的用戶安裝，并使用時間控制的方法為實施分時電價的用戶提供每小時的計量數據。

（8）基于185家用戶的分時計量數據，研究如何提高能源需求預測精度。

該系統的設計同樣可以應用于其他不同類型的可控負荷用戶，也可以應用于直接負荷控制。電力零售商可根據市場運行狀況確定發送到可控負荷用戶的控制信號，據此來實施負荷平衡控制。控制信號通常是在現貨市場關閉前一天晚上發送給用戶，也正好是在典型的夜間采暖負荷開始之前，而且最重要的控制信號也可能在很短時間內頻繁發出。如果發送控制信號失敗，存儲在計量表中的默認配置數據就會起作用，以至于不會產生錯誤計量數據。

6 直接負荷控制試驗

在電力市場開放競爭之前，直接負荷控制在芬蘭已經廣泛實施，利用稅收優惠政策鼓勵公用事業用戶限制他們的電力高峰期用電負荷，達到用電調節目的。在電力市場開放競爭時，對電力零售和配電商進行了分類，配電網供應商擁有電力負荷控制系統，但是這些負荷控制系統很快就暫停了，后來被完全取消。1996至1997年，芬蘭開展了大規模的直接電加熱負荷控制的現場測試，這些測試包括7 000戶具有20 MW可控負荷用戶，通常根據變電站的實測數據來研究開發基于室外溫度變化的負荷控制響應模型。

在E.ON電網中，直接負荷控制在正式實施之前通常都會經過大規模的現場測試，最初的現場測試是在2010年和2012年初進行的，系統測試則安排在2012至2013年冬季。這些測試的目的之一是為芬蘭電網調度機構提供需求響應。每小時的負荷與響應數據都由智能計量系統進行記錄和傳輸，而變電所則提供分鐘級的響應數據記錄與傳輸，負荷響應模型是在測量數據基礎上由專門研發機構設計完成的。該系統的具體計量數據與電力需求響應模型均可在網絡中查閱。

7 區域供熱網絡中的電力需求側管理

芬蘭在供熱需求側管理方面也進行了研究和嘗試。事實證明，實施供熱需求側管理能更大程度提高能源利用率，平衡市場供需能力。就目前來說，此應用措施尚未得以真正實施。供熱網絡和發電廠的儲熱能力通常只是作為熱緩沖器，為供應商提供更好的投資回報。一旦通信和自動化系統能夠適應供熱需求側管理的需要，那么熱緩沖區的深度利用將會大有作為。

實施供熱需求側管理是在用戶和配電網層面利用儲熱能力，使熱電聯產發電在電力市場產生更高的市場價格，激勵需求側管理措施的實行，提高熱發電效率，還能避免供熱機組啟停成本。

8 需求側能效管理

根據供熱形式不同，芬蘭的家庭用戶中37%的用戶采用燃燒燃料供熱，22%的用戶選擇燃燒木材，18%采用電力供熱，17%采用油，5%采用熱泵。

Adato能源公司和TTS電力研究機構進行了關于居民用電量的調查，研究結果表明：制冷用電顯著降低，僅占總用電量的13%；居民照明用電在20世紀90年代占總電量的21%（達7.5億kWh），到目前的比例為22%（達11億kWh）。另外，度假住宅電量消費每年約為0.5億kWh。

提高能源效率和節能的主要驅動力包括以下幾方面：①經濟發展原因；②能源供應安全；③環境因素和減緩氣候變化要求；④歐盟共同目標和要求。

芬蘭議會批準了一個長期氣候和能源戰略，該戰略包含控制不斷增長的能源消耗的主要政策措施。作為這一戰略的一部分，建筑法規必須設定新建建筑或裝修的最低要求，并作為歐盟建筑節能條例（EDBP）的一項要求，該條例的新版本已于2012年生效。新條例中除了更嚴格的能源消耗要求之外，其總體結構也發生了變化，包括對電網基本電能質量的新要求、整體的能源評估要求，同時還會考慮能源產生或使用的形式。

EDBP中的建筑能效證書是針對新建及現有建筑物的能源效率措施要求，旨在控制絕大多數的建筑能耗強制性要求。其他措施主要采取自愿原則，比如能源審計、能效協議等，也還包括以下方面：

（1）配置多個系統運營商、多個區域供熱，為用戶提供在線技術服務并監控電力消耗水平。

（2）設立一些提供必要能效服務的機構或企業，包括新的科技創業公司、咨詢公司、物業管理公司等，還包括地方政府或地方性組織、全國性的非政府組織等。

芬蘭的需求側能效管理主要包括消費者研究中心、Adato電力公司、高校科研機構、VTT，類似于Motiva的其他機構，也在不斷促進和傳播需求側能源效率管理。在國家和歐盟領導下，也還有許多建筑節能領域研發項目在開展，例如：VTT正在研發一個系統，通過組合多方面的能源信息，實現監視能源實時消耗的目的，如：智能計量系統的監控功能、樓宇自動化系統以及權威的建筑能耗數據庫。

9 研發框架

大量的芬蘭國家公共資金都在資助智能電網的研究和發展，即智能電網和能源市場（SGEM，Smart Grids and Energy Markets），主要由國家科技創新戰略研究中心之一的CLEEN（Cluster for Energy and Environment）負責管理，該項研究計劃中與需求響應相關的內容大多數包括SGEM，或者與之密切相關。然而對于能源效率的研究，并不包括SGEM或者任何類似的協調項目，SGEM和所有的DSM技術研究的資金來源于芬蘭科技創新資助機構（TEKES，Finnish Funding Agency for Technology and Innovation）。

此外，芬蘭也在積極參與國際上的電力需求側管理項目，在國際能源署IEA的項目工作中負責一部分智能電網項目，包括需求側管理、整合分布式發電和能源效率研究、可再生能源等多個方面，芬蘭都發揮了積極作用。

（資料來源：http：//www.ieadsm.org/ViewTask.aspx?ID=16&Task=17&Sort=0；http：//www.ecbcsa53.org/）

DSM development in Finland

LI Guo?dong1,LIU Li?hua1,FU Xue?qian2,YUAN Rui3
（1.National Electric Power Dispatching and Control Center,State Grid Corporation of China,Beijing 100031,China;2.Guangzhou Electric Power Bureau,Guangzhou 510620,China;3.Yulin Electric Power Supply Company,Yulin 719000,China）

Finland is part of the Nordic power system and the Nordic electricity market.Finland has carried out a lot of work in terms of demand side response,energy efficiency management,dy?namic smart metering systems and other aspects,and there are a lot of references for us.Based on the basic situation of the Finnish power system and energy needs,this article focuses on the latest developments trends of demand side management,including DSM programs being implemented,dynamic smart metering based on load control,direct load control test,district heating networks DSM,demand?side energy efficiency management,DSM research and development frameworks.

demand side management;energy efficiency;de?mand side response;smart metering;building energy saving

F416.61

E

1009-1831（2014）01-0061-04

2013-06-27

李國棟（1985），男，湖北通山人，工程師，主要研究方向為電能質量、新能源發電等，從事電力調度工作。

（

孫 晶）