美國需求響應技術和思考（下）

陸蘇青，唐　楠，王蓓蓓，于晨陽

（1.東南大學電氣工程學院，南京210096；2.上海交通大學安泰經濟與管理學院，上海200030）

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美國需求響應技術和思考（下）

陸蘇青1，唐楠1，王蓓蓓1，于晨陽2

（1.東南大學電氣工程學院，南京210096；
2.上海交通大學安泰經濟與管理學院，上海200030）

摘要：需求響應項目的商業運作模式是影響需求響應項目成效的另一重要因素，新興的商業運作模式能夠顯著提高用戶參與需求響應項目的積極性。美國運用需求響應關鍵支撐技術和新的商業運作模式，成功開展了許多需求響應試點項目。介紹了美國激勵用戶采用靈活需求響應設備的新興商業運作模式和重點需求響應項目案例，借鑒相關技術，為我國電力需求響應項目的發展提出建議，以促進需求響應項目在我國高效、有序地開展。

關鍵詞：智能電網；需求響應；商業運作模式；項目案例

美國需求響應技術和思考系列文章的第一部分對美國需求響應項目推行中采用的使能技術、電網友好型設備和能量管理系統平臺等關鍵支撐技術進行了研究分析。除了關鍵支撐技術，新興項目商業運作模式也是美國需求響應項目順利開展的一個重要因素，它能夠顯著提高用戶參與需求響應（Demand response，DR）項目的積極性和項目的成效。運用需求響應關鍵支撐技術和新的商業運作模式，美國已成功開展許多需求響應試點項目。

目前，我國對需求響應項目商業運作模式的研究不足，開展的DR項目較少。在此背景下，本文介紹了激勵用戶采用靈活需求響應設備的新興商業運作模式和典型需求響應項目案例。最后借鑒美國在需求響應方面的經驗和成效，從政策、技術等方面為我國電力需求響應項目的開展提出建議，以促進需求響應項目在我國順利地開展。

1　激勵居民用戶更換智能DR設備的新興商業運作模式：BYOT

項目商業運作模式也是推動DR項目開展的關鍵因素，它影響著需求響應項目的種類、普及程度以及用戶參與率，從而最終影響整個項目的執行效果。美國需求響應項目實施較早，商業運作模式多樣。按項目的實施對象和實施主體分類，商業運作模式可分為以下3種［1—2］：其一是針對大工商業用戶的動態電價機制，這是需求響應項目實施最直接的方式；其二也是針對中小用戶的由專業的CSP （Curtai1ment service providers，CSP）負荷整形機構提供的需求響應項目。其中，CSP是利用其專業技術和服務特長組織具有削減負荷潛力并愿意參與需求響應市場交易的電力終端用戶參與需求響應交易的代理商。BYOT，即“bring your own thermostat”，是第三種模式，也是一種激勵用戶更換智能DR設備的新興商業運作模式，該模式不僅克服了舊式DR設備僅能單向通信的弊端，而且能夠節約設備的安裝及維護成本，提高用戶側DR項目參與度和滿意度。因此，BYOT商業運作模式在美國推行的需求響應項目中備受歡迎。

1.1 BYOT DR項目概述

BYOT DR項目是指商業運作模式為BYOT的DR項目，該類項目主要針對居民用戶并由電力公司、設備供應商和CSP共同實施。

圖1為BYOT DR項目服務流和資金流，由圖中的服務流可見電力公司的主要職能是設立DR項目并在需要的時候觸發DR事件；設備供應商的主要職能是生產提供智能溫控器等DR項目所需要的硬件設備；CSP的主要職能是提供允許用戶注冊參與需求響應項目的門戶網站并將幫助眾多用戶更好地參與電力公司組織的DR項目，特殊情況下CSP和設備供應商可以由同一家公司承擔，即既能提供溫控器等DR設備又能提供門戶網站。

圖1　BYOT DR項目服務流和資金流

以溫控器設備為例予以說明。傳統的需求響應項目使用的是單向通信的舊式溫控器，這類舊式溫控器只能接收電力公司發出的信息而不能將自身的運行狀況等信息傳遞給電力公司。為了解單向溫控器的安裝情況和運行情況，電力公司需要向用戶安裝并維護這些單向通信的溫控器，這將會大大增加設備的安裝和維護成本。而新型智能溫控器支持雙向通信，可以實現電力公司和用電設備之間信息的靈活互動。由圖1可知，BYOT DR項目與傳統DR項目的不同主要體現在2個方面，即溫控器的購買過程以及用戶參與DR項目的過程。在溫控器的購買過程中，用戶自己從供應商購買自己喜歡的新型智能溫控器并獲得電力公司給予的購買補貼；供應商每售出一臺溫控器也會獲得電力公司給予的激勵補貼。在用戶參與DR項目的過程中，不管用戶何時或者通過何種渠道購買的溫控器，只要其與某CSP網絡平臺有兼容性，就可以通過該CSP報名參與DR項目并獲得電力公司給予的激勵。對于CSP來說，每月會獲得電力公司提供的補貼，以補償其對溫控器門戶網站的維護。雖然電力公司需給用戶、CSP和供應商各種激勵和補貼，但總的成本還是低于傳統DR項目。另外，傳統需求響應項目中的舊式溫控器由于功能單一、用戶體驗不佳等原因，可能在短時間內會被用戶淘汰，新型智能溫控器功能豐富，不僅具有顯著的節能效果而且可以幫助用戶自動參與DR項目，幫助用戶節省電費。此外，相比較由電力公司派發指定型號溫控器的傳統DR項目，BYOT DR項目由于用戶可以選擇自己的設備并主動參與項目，用戶的滿意度有了較大的提高［1］。

1.2 Austin Energy的BYOT DR項目及成本分析

Austin Energy電力公司自2001年開始實施傳統的“自上而下”的需求響應項目，在該項目中電力公司為用戶免費安裝價值195美元的舊式溫控器。但隨著新型智能溫控器在市場中受歡迎程度越來越高，Austin Energy開始考慮用這類新型溫控器來替代舊式溫控器，但新設備成本較高，使得Austin Energy開始研究BYOT［2—3］商業運作模式。

在BYOT的DR商業運作模式中，Austin Energy電力公司每安裝一臺智能溫控器只需花費125美元，其中包括對用戶購買溫控器給予的補貼（100美元）及對溫控器供應商的激勵（25美元，作為每售賣一臺智能溫控器的補貼）。另外，在項目實施階段，電力公司每月給CSP 15美元/臺的補貼，用以補償CSP對溫控器門戶網站的維護。這意味著，從一開始，BYOT模式下的成本（140美元）就低于傳統模式中195美元的舊式溫控器成本。

Austin Energy僅在每年氣溫最高的一個月中實施BYOT DR項目。在實施4～5年后，由于門戶網站維護費用（15美元/（臺·月）），電力公司在一臺智能溫控器上花費的成本增加到190美元左右。雖然維護費用使得成本增加，但它同時激勵著CSP繼續與電力公司合作，以使用戶長期參與需求響應項目。另外，據估計，10年后，傳統需求響應項目中的舊式溫控器將有一半會被用戶拋棄，這使得節能量下降，項目整體成本增加。因此與傳統的“自上而下”的項目相比，190美元并不算貴。

裝有智能溫控器的用戶在選擇參與DR項目后，能夠獲得Austin Energy給予的85美元的獎勵。作為回報，用戶允許電力公司在電力供應不足時遠程控制空調負荷。但為了避免強制性執行造成的用戶舒適度下降而導致用戶離開項目，電力公司允許用戶不遵從削減負荷的指令，也不會對其進行懲罰。

1.3 BYOT DR項目實施情況及優缺點分析

（1）項目實施情況

（2）優點

傳統DR項目中，電力公司不僅招募用戶，為用戶免費安裝設備，還對設備進行管理和維護，由此產生的成本包括客戶市場費用、硬件費用、安裝費用、客戶服務費用以及持續支付給客戶的費用等。而BYOT DR項目中無需重新安裝設備，只要符合CSP注冊網站的接入要求，即使是過去購買的智能溫控器也提供無歧視的接入服務。其成本僅包括持續支付給CSP的網站維護費用和持續提供給用戶的響應DR事件的獎勵，這大大節省了招募用戶的時間及安裝并維護設備的費用。

另外，在傳統DR項目中，電力公司為用戶安裝指定設備，即用戶沒有選擇設備的權利。但在BYOT模式下，用戶可以選擇最適合他們的硬件設備來參與需求響應項目，這將給用戶帶來更好的體驗效果。

（3）缺點

目前，提供BYOT服務的CSP公司較少，缺乏有效的市場廣泛度支持，此外，對電力公司來說，由于越來越多的供應商帶著多種不同的智能溫控器參與該項目，電力公司發現項目的管理難度越來越大。例如：Austin Energy電力公司的BYOT DR項目事先并沒有做營銷策劃，但仍有3 000多名用戶由于早期已安裝不同廠家的智能溫控器設備而很快報名參加。智能溫控器的種類越多，管理就越困難，因此BYOT DR項目可能會增加Austin Energy電力公司的管理負擔［4］。

2　需求響應關鍵支持技術的應用案例

運用使能技術、電網友好型設備、能量管理系統平臺等需求響應關鍵支撐技術，美國開展了大量的試點項目和需求響應項目，取得了較好的實施效果。以下是對部分典型項目的介紹與分析。

2.1智能溫控器和控制開關試點項目案例

Pepco Ho1dings，Inc（PHI）是中大西洋地區最大的能源供應公司之一，該公司向特拉華州、哥倫比亞特區、馬里蘭州和新澤西州的大約200萬客戶提供服務。作為一個規范的輸配電公司，PHI商業策略的重點是加快智能電網的建設。2008年馬里蘭州頒布的能源效率法案要求電力公司積極開展需求響應項目，爭取到2015年實現電力負荷削減15%的目標。同樣，哥倫比亞區計劃到2015年電力需求削減15%，新澤西州計劃到2020年電力需求削減20%。

為了實現這些目標，PHI提出了實施智能用電獎勵項目。項目的核心是大量安裝先進的AMI儀表，促使較多的用戶參與到需求響應項目。但開展和實施這些項目會遇到一些挑戰和問題，比如：內部人員受限；需制定方案以解決非AMI設備的通信問題；實現國家具體的目標難度較大，例如：馬里蘭州要求大于50%的項目參與率；需要創建有效的營銷活動來招募并保留項目參與者等。

程小青對偵探小說始終抱有熱情。他的偵探小說創作先于他的偵探小說翻譯，從接觸第一本福爾摩斯偵探小說開始就被偵探小說深深吸引(1905年，一個偶然的機會，程小青得到一本英國柯南·道爾所著的福爾摩斯偵探小說，愛不釋手。因他平時很喜歡動腦筋研究分析問題，所以非常佩服福爾摩斯的神通)，其后，受柯南·道爾所塑造的福爾摩斯形象的啟發，創作出中國的私家偵探形象——霍桑(1914年，上海《新聞報》副刊《快活林》正搞競賽征文，程以“霍桑”為主角寫了一篇偵探小說《燈光人影》)，此后便一邊從事福爾摩斯系列偵探小說的翻譯，一邊從事霍桑系列偵探小說的創作。

為了應對以上挑戰，PHI選擇與Comverge合作，聯合制定策略以實現負荷削減目標［6］。其中，Comverge公司負責管理用戶參與項目的注冊過程以及用戶信息系統和計費系統的整合過程。另外，Comverge公司還承擔所有控制裝置的安裝過程，包括Inte11iTEMP?基于網絡可編程恒溫器和Inte11iPEAK?控制開關，以及對這些設備進行后期的維護和修理。

自2009年合作以來，PHI利用Comverg公司的智能溫控器和控制開關實施的智能節電獎勵項目取得了顯著成就，負荷削減量達300萬kW。PHI希望與Comverge公司進一步擴大合作關系，安裝更多的智能溫控器和控制開關，這將給PHI帶來更多的效益，包括智能節電項目參與率的提高以及負荷削減量的增加等。

2.2家庭電能顯示器的試點項目

家庭電能顯示器在美國的試點項目比較多［7］，項目實施概況如表1所示。

表1　美國IHD試點項目概況

2007年，美國馬薩諸塞州的3家電力公司向所在服務區域安裝了3 512臺價格從0～49. 99美元不等的家庭電能顯示器。實驗結果表明，安裝有IHD的用戶中有63%的用戶會根據IHD的顯示信息改變原有的用電方式。其中41%的用戶會在不看電視或不用電腦的時候關閉電源，23%的用戶會選擇用體積小的熒光燈代替白熾燈。而在電費方面，60%的用戶表示會在意電費的支出，其中30%的用戶認為IHD幫他們節約了5%～10%的電費。

另外，2004年，亞利桑那州和加利福尼亞分別實施了SRPM-Power conservation effect study FY04 和Ca1ifornia information disp1ay pi1ot試點項目，不同的是，這些試點除了安裝了IHD外，還配合使用了其他使能技術。結果表明，IHD與其他使能技術的配合使用會顯著增加用戶的需求響應量、提高DR項目成效。例如：SRPM-Power conservation effect study FY04項目報告表明，84%的用戶表示對項目“非常滿意”或“滿意”，而且，95%的用戶認為，與單獨使用IHD相比，配合使用IHD和其他使能技術能夠使用戶更好地控制和管理負荷。

2.3 BGE智能用電定價和能量球等使能技術的試點項目

2008年夏季，Ba1timore Gas & E1ectric Company （BGE）開展了居民動態定價試點項目，即智能用電定價（Smart Energy Pricing，SEP）［8］。該項目從2008 年6月1號開始一直持續到2008年9月30號結束，歷時4個月。BGE在SEP中測試了3種動態定價機制：動態峰荷定價（Dynamic Peak Pricing，DPP），峰荷時段低回扣（Low Peak Time Rebate，PTRL），峰荷時段高回扣（High Peak Time Rebate，PTRH）。其中DPP由尖峰日電價（Critica1 Peak Price，CPP）和非尖峰日分時電價（Time-of-Use Price，TOU）2種電價機制構成。在PTRL和PTRH的項目中，如果參與用戶在尖峰時刻削減負荷，就能夠獲得相應的回扣。同時，BGE也測試了能量球和循環空調開關對項目結果的影響。

整體上來看，不同費率和使能技術組合擁有不同的峰荷削減百分比，峰荷削減的幅度從18%到33%不等。其中，不同定價機制對用戶峰荷削減量的影響不大，但使能技術對項目結果卻有著明顯的影響。在沒有使能技術時，尖峰時段用電減少量在18%～21%之間；在用戶僅安裝能量球的情況下，尖峰時段用電減少量在23%～27%之間；在用戶安裝能量球和CAC開關2種使能技術的情況下，尖峰時段用電減少量在29%～33%之間。試點項目結果表明，使能技術的安裝使得用戶的負荷削減百分比有了明顯的提高，從而說明使能技術可以使用戶削減更多的峰時段負荷，更好地參與需求響應項目。

2.4太平洋煤電公司的自動需求響應項目

太平洋煤電公司是加利福尼亞州的3家電力公司之一，它在美國智能電網技術建設道路上走在了最前端。太平洋煤電公司擁有1 500萬的服務人口，并向500多萬用戶提供輸配電服務，其中88% （450萬）的用戶是居民，其余是商業、工業等。太平洋煤電公司大力推動智能電網項目的實施，特別是自動需求響應項目。

公司和Honeywe11合作，利用ADR系統開發了許多自動需求響應項目。當前該項目主要適用于負荷超過200 kW且參與了該公司負荷削減DR項目的商業、工業和農業用戶。用戶事先制定自身的負荷削減策略，在接收到太平洋煤電公司的尖峰信號后，為了對尖峰信號做出響應，用戶側根據已有削減策略自動地對負荷進行削減。需要說明的是，該項目并沒有合同限制，完全自愿，即用戶沒有義務去削減提示的削負荷量。

項目結果表明，該自動需求響應項目取得了巨大的成效，尖峰負荷削減量達6萬～7萬kW。在太平洋煤電公司實施的DR項目中，參與自動需求響應的用戶數在所有參與DR項目的用戶中所占的比例并不高，僅有2%，但在任一尖峰事件時刻，自動需求響應的削負荷量卻占據了實際總削峰額的40%，可見ADR系統在挖掘用戶側DR潛力和價值方面起著巨大的作用。

2.5西門子DRMS參與需求響應項目案例

Idaho Power公司創建于1916年，主要從事發、輸、配、購、售電等活動。2013年，Idaho Power公司的服務對象達到了508 435戶，其中居民用戶422 188戶，占83%；商業和工業用戶66 849戶，占13%；灌溉農業用戶19 398，占4%。公司2013年度總售電量為16 302 648 MWh，其中夏季和冬季峰荷分別為3 407 MW和2 482 MW。為了削減高峰負荷，推遲或避免發電機組的建設，減少投資，Idaho Power決定開展需求響應項目并利用西門子公司的DRMS來管理DR項目。

Idaho Power實施的DR項目包括針對居民用戶的A/C Coo1 Credit項目、針對工商業用戶的F1ex Peak Management項目以及針對灌溉農業用戶的Irrigation Peak Rewards項目。西門子DRMS幫助Idaho Power更好地實施和管理DR項目。DRMS能夠通過創建網站門戶來方便電力公司招募用戶參與需求響應項目；在DR事件過程中，DRMS利用AMI實現負荷削減量的實時雙向通信，并及時地對需求響應事件進行測量和驗證；確認已關閉的用電設備，同時跟蹤實際切負荷量。

在西門子DRMS的幫助下，Idaho Power實施的需求響應項目取得了成功，避免了調峰機組的建設，節約了成本。以Irrigation Peak Rewards項目為例，該項目面向所有的農業用戶，從2013年6月15日持續至8月15日。在負荷高峰時段，電力公司能夠遠程控制參與用戶的灌溉水泵，并且在事后對參與用戶給予相應的激勵補償。在Irrigation Peak Rewards項目中，電力公司的總收益是38 532萬美元，相比總成本（包括用戶激勵，設備安裝和管理費用，服務費用等）21 469萬美元，益本比為1.79，可見DRMS能夠幫助電力公司實現巨大的效益。

3　對我國需求響應發展的啟示與建議

（1）更多的政策支持

政策與相關部門的決策對需求響應的實施起著重要作用。只有在政策引導下，才能有步驟、分重點地建立需求響應市場。政府應借鑒美國已實施的DR項目案例，制定需求響應項目的融資政策和利益分配政策等，對需求響應各類成本及收益的構成、發生和歸屬進行界定，促使項目參與方積極組織并參與DR項目。

（2）出臺需求響應技術標準體系

統一的需求響應技術標準，如：需求響應技術導則、負荷基線計算方法標準等，能夠實現電力公司、用戶、第三方服務商、政府監管等參與方的設備之間的互聯互通。政府應主導出臺需求響應技術標準體系，對DR的業務、功能、通信和服務等進行規范，提升先進技術在DR中大規模推廣的機會和價值。

（3）改變用戶對DR觀念

當前國內還停留在有序用電階段，這是一種粗放型的管理，是遇到系統故障或容量缺額時迫不得已采取的措施，而且，傳統觀念認為負荷需求特別是實時負荷需求是“剛性”的，只有發電機組能夠對負荷變化進行響應，而沒有意識到需求響應的可調能力。因此，需要加大對DR的宣傳和教育力度，讓用戶意識到DR在電力系統中的價值，提高參與者對DR的理解和接受度，以利于DR項目的推廣。

（4）鼓勵研發與推廣需求響應關鍵技術

美國需求響應項目能夠快速發展的另一個原因是需求響應關鍵技術的支持。我國應加大對研發關鍵技術的投資，鼓勵研究開發需求響應的新技術、新工藝、新產品，促使相關機構在使能技術、智能用電設備和能量管理系統平臺等方面做出創新，并積極推進相關技術試點項目的開展，繼而在全社會推廣其中成熟和先進的技術。

（5）促進DR項目多元化，積極推動試點項目的開展

與美國相比，我國實施的需求響應項目較少且形式單一，對DR潛力的挖掘不夠，帶來的效益也非常有限，因此，需要結合研發的新需求響應關鍵技術，大力推動試點項目在各地區的開展。從試點項目中總結經驗和不足，尋求更多符合我國實際需求的需求響應項目和實施模式，發揮需求響應在電力系統調峰移峰、消納大規模清潔能源、提高能效及分布式電源、電動汽車與電網互動等方面的作用。

（6）加大與第三方機構的合作，實現共贏

第三方機構，比如：第三方負荷整形機構，能夠對DR項目提供專業的意見，不僅能夠幫助用戶合理用電，而且能夠幫助電力公司更好地管理需求響應項目。因此，建議電網公司在政府政策支持下，與第三方機構加強合作，更多地開展DR項目，實現政府、電網公司、第三方機構、用戶之間的良好合作，從而更好地促進需求響應項目推廣。

4　結束語

新興項目商業運作模式能夠顯著提高用戶參與DR項目的積極性和項目的成效。本文對美國需求響應項目中激勵居民用戶更換智能DR設備的新興商業運作模式——BYOT及典型的需求響應項目案例進行了研究分析，并結合美國需求響應技術和思考系列文章的第一部分（見本刊2015年第6期），從政策、技術等方面為我國電力需求響應項目的發展提出意見和建議，以促進需求響應項目在我國高效、有序地開展。

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（本欄責任編輯孫晶）

Demand response techno1ogy and thinking in America

LU Su-qing1，TANG Nan1，WANG Bei-bei1，YU Chen-yang2
（1. Southeast University，Nanjing 210096，China；2. Shanghai Jiaotong University，200030，China）

Abstract：The commercia1 operation modes of demand response projects are another important factor to inf1uence demand response program performance and new commercia1 operation mode can significant1y improve users’enthusiasm of participation in demand response projects. Using key support techno1ogies and new commercia1 operation mode，the America has successfu11y 1aunched many demand response pi1ot projects. This paper introduces the emerging business operation mode that motivates users to adopt f1exib1e demand response equipment and key project cases. Fina11y，referring to re1ated techno1ogies，the paper gives suggestions for the deve1-opment of demand response projects in China to promote the effective and order1y deve1opment of our country’s demand response projects.

Key Words：smart grid；demand response；business operation mode；project case

作者簡介：陸蘇青（1990），男，江蘇蘇州人，碩士研究生，研究方向為電力市場和電力需求側管理；唐楠（1989），女，河南商丘人，碩士研究生，研究方向為電力市場和電力需求側管理；王蓓蓓（1979），女，安徽蒙城人，博士，副教授，博士生導師，主要從事電力市場和電力需求側管理研究和教學工作；于晨陽（1991），男，江蘇揚州人，碩士研究生，研究方向為國民經濟核算。

基金項目：國家自然資金項目（NSFC）（71471036）（5127 7028）；國家電網公司科技項目（DZ71-14-042）

收稿日期：2015-06-25

中圖分類號：F416. 61；TK018

文獻標志碼：C