售電側開放條件下我國需求側資源參與電力市場的運營機制建議

趙巖, 李博嵩，蔣傳文

(1.上海市電力公司，上海市 200122；2.上海交通大學電氣工程系，上海市 200240)

售電側開放條件下我國需求側資源參與電力市場的運營機制建議

趙巖1, 李博嵩2，蔣傳文2

(1.上海市電力公司，上海市 200122；2.上海交通大學電氣工程系，上海市 200240)

需求響應在維持系統的經濟穩定運行中具有重要作用，且具有效率高、成本低、響應速度快、環保效益好等特點。需求側資源的應用和管理是智能電網建設的重要內容。我國需求側資源的研究尚處于初級階段，但電力市場的發展，售電側開放為其提供了廣闊的發展前景。概述我國目前的需求側資源和需求響應現狀，并分析了售電側開放對其可能產生的影響。在借鑒國外需求側資源應用和管理經驗的基礎上，從理論、技術和政策3個方面提出了售電側開放條件下我國需求側資源參與電力市場的相關運營機制建議，指出應在加強對需求側資源特性的研究和智能電網設備建設的同時，對需求側資源給予政策性激勵以鼓勵促進其發展。

需求響應; 需求側資源; 售電側開放; 電力市場

0 引 言

20世紀70年代，需求側管理(demand side management, DSM)的概念首先在美國提出。隨著對電力需求價格彈性的研究，需求響應(demand response, DR)技術被廣泛應用于電力市場[1]。需求響應是指在不同市場化程度下，通過技術、經濟、行政、法律等手段鼓勵和引導用戶主動改變常規用電方式，進行科學合理用電，以促進電力資源優化配置，保證電力系統安全、可靠、經濟運行的管理工作[2]。隨著電力系統的發展，電力需求側響應的應用范圍已從電力負荷，拓寬至廣義需求側資源。廣義需求側資源指基于智能電網中先進的傳感與控制技術，能夠對電價信號或激勵機制做出響應的電力資源。[3]主要包括負荷、分布式電源(distributed generation, DG)、儲能等多種資源。[4]

隨著智能電網技術的發展和完善，需求響應可分為人工需求響應、半自動需求響應和全自動需求響應3個發展階段。需求側資源在維持電力系統安全穩定運行中的效率和可靠性逐步提高[5]。需求側資源參與電力系統運營可為系統帶來包括平抑負荷曲線、降低電力價格、提高系統穩定性、提高可再生能源接入率等諸多效益[6]。在應用和發展初期，系統對需求側資源的利用集中在與電力大用戶的互動合作[7]。但隨著智能電網技術的發展和市場開放程度的提高，越來越多的小型電力用戶和分布式能源能夠參與系統的優化運行[8]，通過負荷聚集商[9]等統一組織形式為系統提供需求響應。

電力需求側資源的相關學術研究在我國已開展多年，研究焦點集中在其對電力系統優化運行的影響。[10-11]但需求側響應的實際應用目前仍局限于有序用電、峰谷分時電價和階梯電價等項目[12]，電力市場的改革和售電側的開放為我國的需求側資源應用提供了新的發展契機和廣闊前景。本文在概述我國電力需求側資源應用現狀的基礎上，考慮售電側開放的影響，并借鑒國外先進發展經驗，對售電側開放條件下我國需求側資源參與電力市場的運營機制提出建議。

1 我國電力需求側資源應用現狀

自2002年《國務院關于印發電力體制改革方案的通知》(國發[2002]5號)文件下發以來，我國電力市場逐步發展，基本實現了“廠網分離、競價上網、輸配分開、競爭售電”[13]。在電力市場對供電側的單邊開放的背景下，需求側資源參與系統運營的機會受到一定限制。目前，我國對需求側資源的利用主要集中在各類負荷項目。但隨著包括分布式電源、儲能設備及電動汽車等在內的分布式能源在系統中接入率的提高，其應用也受到更廣泛的重視，本節將對不同種類的需求側資源在我國目前的應用狀況進行概述。

基于負荷的需求側管理項目在我國電力系統中的應用首先以政策性引導的有序用電為主，主要的有序用電措施包括錯峰用電、避峰用電、限電、緊急拉閘等[14]。需求響應項目方面，基于激勵的需求響應項目由于對智能用電設備和電力市場開放程度的要求都較低，適于在我國電力市場中應用。但由于有序用電的常態化應用，可中斷負荷等常用基于激勵的需求響應只在江蘇、河北、上海等少數省市有所實踐。對于基于價格的需求響應，我國主要應用的需求響應電價措施包括分時電價、階梯電價和尖峰電價。目前，北京、天津、河北、山東等地已進行了尖峰電價的試點工作；而浙江、四川、福建等地已實施了階梯電價并向全國推廣。基于價格的需求響應項目的逐步推行，說明容量小，但數量眾多且分布廣泛的中、小型電力用戶已經得到了電力系統的重視。

隨著智能電網技術的發展，分布式能源作為需求側資源的重要組成部分將在維持電力系統的經濟穩定運行中起到重要作用。分布式能源包括分布式電源和儲能。我國分布式能源儲量和種類豐富，但相關技術和管理發展起步較晚。包括天然氣、風能、光能等在內的分布式能源在當前市場條件下無法實現經濟效益的內部化[15]，即在參與電力系統運營的過程中，分布式電源的投切或出力完全服從系統調度，并未實現主動參與。

儲能方面，我國儲能總裝機容量16 345 MW，占全球總量的13%，而這其中99%以上都是不屬于需求側資源的抽水蓄能[16]。電池儲能技術正處于快速發展階段，并在各類示范項目中獲得良好效益[17]，尤其分布式儲能系統與間歇式能源聯合運行，可在平抑間歇式能源出力不確定性的同時提高其在電力系統中的接入率。電動汽車的發展在我國剛剛興起，預計達到政府指定的到2020年完成累計產銷量超過500萬輛的目標難度較大。但電動汽車的產銷量逐年升高，國家科技部、財政部、發改委、工業和信息化部四部委還啟動了“十城千輛”工程以扶持其發展[18]。電動汽車作為常規汽車的替代形式，具有很高的環保效益。且其本質是可移動儲能設備，具備向電網反送電的能力，通過適宜的組織和管理機制能夠在維持電力系統經濟穩定運行中起到重要作用。

總體來說，我國對電力需求側資源的利用仍主要針對系統中的大型負荷。但隨著智能電網技術的發展和電力市場的建設，通過合理的管理和運營，總容量巨大的多種分布式能源將在系統運行中發揮其巨大潛力。

2 售電側開放對需求側資源參與電力市場的影響

售電側市場開放有2項基本內涵：一是打破售電壟斷，構建多個售電主體；二是逐步賦予客戶用電自由選擇權，即在政策許可的范圍內用戶可自由選擇并更換售電商[19]。售電側開放將通過以下2個方面對需求側資源參與電力市場的運營機制產生影響。

其一，售電側開放為更多需求側資源提供了參與電力市場的渠道，促進市場的競爭和活力。傳統對需求側資源的利用主要針對大容量工商業用戶。對于分布較為零散的、單個容量小的分布式能源和小型電力用戶，電網運營者無法直接對其進行管理。根據國務院《關于推進售電側改革的實施意見》，售電公司作為新的市場主體進入市場，可通過電價或激勵引導此類需求側資源的用電和放電行為，使其參與市場，為系統提供需求響應服務。意見中提到的售電公司，除了單純作為電力零售商的售電公司，還包括擁有配電網運營權的售電公司。后者還具有對內部分布式電源、儲能設備等進行管理和調度的能力，可作為需求側資源與電力系統的媒介，實現系統對需求側資源的管理。售電公司的出現為更多分布廣泛、容量小的需求側資源提供了統一的進入市場的渠道。以售電公司為媒介，系統內需求側資源可被利用的種類和方式均得到豐富，為電力市場注入新的活力。

其二，售電側的開放可有效保障需求側資源的效益。以有序用電為代表的政策性需求響應使電力用戶承擔了系統調度的任務卻未獲得相應的收益，這違背了用戶的意愿，同時也不符合市場規律。國務院《關于推進價格機制改革的若干意見》中指出，“應按照‘準許成本加合理收益’的原則，合理制定電網輸配價格。在開放競爭性的環節電價之前，完善煤電價格聯動機制和標桿電價體系，使電力價格更好地反映市場需求和成本變化。”價格是電力用戶和需求側資源與系統進行互動的結果。一方面，需求側響應為系統提供削峰填谷、旋轉備用等服務，降低系統運行成本和電力價格，給需求側資源和普通電力用戶帶來效益。另一方面，售電側開放后，售電公司間的競爭以及售電公司與系統運營者的互動將有力地促進電力市場的發展，從而帶來電力及相關服務價格機制的完善。售電公司為了擴大用戶范圍進行競爭，與需求響應相關的價格及激勵機制隨競爭完善，合理的電力價格或雙邊合同保證參與需求響應的需求側資源獲得相應收益，從而激勵其參與市場的主動性。

售電側市場的開放在激勵更多市場主體和資源參與系統運營的同時保障各方面的利益。但新市場主體的參與也同時給市場的管理方式和運營機制制定提出挑戰。

3 國外需求側資源的運營經驗借鑒

我國目前需求側資源的實際應用有限，在售電側開放的背景下，借鑒和學習國外電力市場中對需求側資源的組織和管理方式具有重要意義。

在國外電力市場中，美國PJM電力市場中需求側資源的運營機制較為成熟。在PJM市場中，需求側資源通過削減服務提供商的代表參與包括能量和輔助服務在內的各類市場。負荷聚集商[20]、配電公司等任意可以聚合需求側資源參與市場運營的第三方均可以成為削減服務提供商。它們作為系統運營商與需求側資源的中間人，實現信息和資本的流通。需求側資源可參與包括PJM緊急負荷響應計劃、經濟負荷響應計劃在內的多種負荷響應計劃，并參與日前和同步備用市場及調頻市場。PJM對需求側資源參與市場的準入門檻、消息下發流程、獎懲規則均進行了明確制定[21]。

歐洲的相關實踐尚處于萌芽階段，所利用的需求側資源以大型電力用戶為主。英國電力市場提供多種分時電價費率激勵用戶參與需求響應，并通過可中斷負荷合同組織需求側資源參與短期運行備用、快速備用和穩定電網頻率響應等輔助服務市場。法國利用分時電價組織需求側資源參與市場，并規定了市場準入門檻。Voltails公司聚合用戶負荷削減資源，參與電力平衡市場。在西班牙，需求響應的價格和激勵機制被細分為多種。能量市場中將分時電價細分為6種不同時段，以提高需求側資源的響應靈敏度。可中斷負荷合同可劃分為5種不同類型，1年中，中斷發生的時間可達到240 h，充分提高了需求側資源的利用率。北歐電力市場對需求側資源的輔助服務市場尚未開放，但對需求側資源參與能量市場的運營方式進行了廣泛研究。在挪威、芬蘭等國家，對組織需求側資源參與能量市場進行了多種形式的項目試點，且各國內部針對需求側資源參與輔助服務市場也進行了不同程度的實踐。在挪威，需求側資源可簽訂多種可中斷負荷合同，根據自身偏好選擇不同終端電價。同時，需求側資源可通過與發電機組競價參與調頻容量市場，實現電力平衡。在芬蘭，用戶可與電網簽訂年度雙邊協議參與調頻備用和快速備用。同時，與美國市場的削減服務提供商類似，歐洲各國開展了多種虛擬電廠[22](virtual power plant, VPP)試點項目，對包含分布式電源、電動車、儲能等在內的多種需求側資源進行統一管理。相關典型項目和電價機制可參見表1。[22-26]

表1 歐洲典型需求側資源運營項目
Table 1 Typical demand-side resource programs in Europe

通過國外對需求側資源參與市場運營機制的經驗可做如下總結：對需求側資源的應用可首先從能量市場開始，待積累經驗，再在輔助服務市場展開應用；隨著市場的成熟，可將電價變動時段進行細分，對基于激勵的需求響應也應根據用戶的不同特性制定多種合同，以促進需求側資源對市場的主動參與；對分布零散的小型電力負荷、分布式電源、儲能等新型需求側資源，可通過售電公司、負荷聚集商、虛擬電廠等中介層進行統一管理并參與市場。對需求側資源的管理方式可總結如圖1所示。

圖1 需求側資源管理方式Fig.1 Management of demand-side resources

4 售電側開放條件下對我國需求側資源參與電力市場的建議

考慮售電側開放的影響并借鑒國外需求側資源的運營經驗，本文提出如下對我國需求側資源參與電力市場的運營機制建議。

理論層面：應廣泛開展對各類需求側資源特性的研究。需求側資源內涵廣泛，在開發時應針對其種類特性評估其參與需求側響應的潛力。具體來說，負荷類資源中，居民及工、商業用戶的用電設備存在差異。居民負荷主要來自制冷、制熱、通風、照明等設備，評估時應著重考慮天氣因素和用戶生活習慣的影響；而工業用戶涉及到各類機械、電熱設備，其需求響應潛力受生產方式、產品供求等因素影響較大；商業負荷主要包括照明、辦公、空調設備，應考慮其行業特點、天氣因素等。對于分布式能源，光伏發電具有較為廣泛的適用性，而風力發電則因風資源的地域性明顯，更適用于沿海等地。對于不可控分布式發電，應考慮與儲能設備聯合應用以降低其出力的波動性。對于小型燃氣輪機等可控分布式電源，可考慮其在城市負荷中心或周邊郊區的應用。對需求側資源的特性和潛力分析是制定響應電價和激勵機制的基礎，應因地制宜進行深入研究。

(1)技術層面：需求響應的實現需要依靠電力系統、需求側資源及售電公司、負荷聚集商等市場主體間的實時多向信息流動。智能用電、測量、通信等設備是實現需求響應的技術支撐，應重視對上述設備的投資和建設。在此基礎上，針對不同需求側資源的特性設計相應控制和調度模型系統，從而建立需求側資源在電力系統中應用的整體信息、控制和調度架構。同時也應加強針對需求側資源預測和優化運行的技術投入，并設計和建立相關效益評估系統。

(2)政策層面：一方面，應對分布式電源、儲能、電動汽車等新興需求側資源給予一定的政策扶持，例如對分布式能源對電網供電提供電價補償，對電動汽車用戶實行電價折扣等獎勵機制，以提高其在系統中的利用率。另一方面，應充分發揮售電公司在電價機制和需求側響應合同制定中的自主性，保證市場內各類售電公司的數量以鼓勵競爭。通過競爭促進符合各類需求側資源特性的電價和合同機制的完善，以激勵需求側資源參與市場的主動性。

5 結 語

相比常規依靠供電側的調節方式，需求響應在維持系統經濟穩定運行時具有效率高、成本低、響應速度快、環保效益好等特點。對電力需求側資源的管理是智能電網建設的重要組成部分。我國對電力需求側資源的應用尚處于發展初期，但隨著電力市場的發展，售電側開放為其提供了廣闊的發展前景。要充分發揮需求側資源的巨大潛力，在充分學習借鑒國外相關經驗的同時，還需在理論、技術、政策等多方面給予支持。

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(編輯 劉文瑩)

Operation Mechanism Suggestions of Demand-Side Resources in Electricity Market under Retail Power Market Deregulation in China

ZHAO Yan1, LI Bosong2， JIANG Chuanwen2

(1. Shanghai Municipal Electric Power Company, Shanghai 200122, China;2. Department of Electrical Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China)

Demand response plays an important role in maintaining the economy and stability of the power system operation. Moreover, it is advanced in high efficiency, low cost, high response speed and high environment benefit. The application and management of demand-side resources are important parts of smart grid construction. The study on demand-side resources in China is still in the primary stage, but the development of electricity market and the deregulation of retail power market provide a broad prospect for it. This paper summarizes the current situations of demand-side resources and demand response in China and studies the influence of retail power market deregulation. On the basis of demand-side resource application and management experiences from foreign countries, we provide suggestions for demand-side resources to participate in the system operation under retail power market deregulation from three aspects of theory, technology and policy. It is pointed out that besides the enhancement in demand-side resource characteristic study and the improvement in smart grid equipment installment, the political support is also needed to encourage the development of demand-side resources in China.

demand response; demand-side resource; retail power market deregulation; electricity market

TM 73

A

1000-7229(2016)03-0112-05

10.3969/j.issn.1000-7229.2016.03.017

2015-12-07

趙巖(1962)，女，高級工程師，主要研究方向為電力市場運營和電力系統運行方式；

李博嵩(1990)，女，博士研究生，主要研究方向為電力市場運營和電力需求側管理；

蔣傳文(1967)，男，教授，博士生導師，通信作者，主要研究方向為電力市場、配電網自動化、電力系統優化運行、水電優化調度等。