典型激勵政策對清潔電采暖可時移性負荷激勵效應量化研究

李偉 孫皓

[摘要]2017年9月19日，國家發展改革委印發《關于北方地區清潔供暖價格政策的意見》，各地政府紛紛出臺各種激勵政策，鼓勵電采暖等清潔供暖。本研究就著重分析電費補貼政策、分時電價政策以及實時電價政策對于電采暖這種典型的可時移性負荷的各種影響，首先分析可時移性負荷調節能力的影響因素，通過研究各種激勵政策對可時移性負荷調節能力的影響，并量化各種激勵政策激勵特性指標，給出了每一政策特性定量描述和衡量的計算公式。

[關鍵詞]需求響應;清潔供暖;激勵政策;可時移性負荷

1引 ?言

為緩解能源危機和環境惡化的問題，以風力發電為代表的可再生能源并網發電容量快速上升，但其出力的隨機波動性已成為電力系統運行面臨的巨大挑戰。僅靠發電側的調節能力難以解決大規模波動性新能源發電接入后的實時供需平衡問題，電力高峰負荷持續增長以及間歇式能源的迅猛發展增加了電網調度運行的難度。除了依靠傳統的供給側追蹤需求變化的方式以外，電力需求側的作用也越來越受到人們的重視。

智能電網強化了用戶和電網的交互能力，有利于挖掘用電側的調節能力[1]。隨著智能電網和需求側管理技術的深入發展，電力用戶可主動通過需求響應（demand response，DR）項目，根據市場的價格信號或激勵信息，調整用電方式實現“削峰填谷” [2-4]，使負荷特性呈現“柔性特征”[5-6]。需求響應從根本上改變了單純依靠增加裝機容量來滿足需求增長的發展模式[7]，將需求側可調度的資源作為供應側的替代資源[8]。

雖然以電采暖為代表的可時移性負荷潛在的調節能力巨大，但要想發揮用戶這種電網調節作用的積極性需要各種政策扶持，運用行政和經濟手段激發用戶參與積極性尤為重要。

為了鼓勵北方地區大力推廣清潔供暖，促進清潔能源消納和節能減排，2017年9月19日，國家發展改革委印發《關于北方地區清潔供暖價格政策的意見》，指出具備資源條件，適宜“煤改電”的地區，要通過完善峰谷分時制度和階梯價格政策，創新電力交易模式，健全輸配電價體系等方式，降低清潔供暖用電成本。鼓勵利用谷段低價電供暖，提高電力系統利用效率，降低“煤改電”用電成本。對采暖用電部分，適當延長谷段時間（原則上不超過2小時），優化峰、平、谷價格時段劃分。

意見要求，各地能源主管部門要進一步優化居民用電階梯價格政策。合理確定采暖用電量，鼓勵疊加峰谷電價，明確村級“煤改電”電價政策，降低居民“煤改電”用電成本。該部分電量按居民第一檔電價執行;超出部分計入居民生活用電，執行居民階梯電價。鼓勵省級價格主管部門在現行居民階梯價格政策基礎上，疊加峰谷分時電價政策，并在采暖季適當延長谷段時間。農村地區以村或自然村為單位通過“煤改電”改造使用電采暖或熱泵等電輔助加熱取暖，與居民家庭“煤改電”取暖執行同樣的價格政策。

從全國各省區出臺的鼓勵電采暖政策來看，主要的激勵手段是電費補貼和分時電價兩種，或者兩種政策手段疊加使用。在未來電力市場中，電力實時交易也將在目前試點的基礎上大面積推廣運用，這一趨勢也會對可時移用戶參與電網調節起到積極地作用。因此，本研究就著重分析電費補貼政策、分時電價政策以及實時電價政策對于電采暖這種典型的可時移性負荷的各種影響。

2可時移性負荷調節能力的影響因素

為了分析各種激勵政策對電采暖負荷的影響，找到不同政策的特性指標和對用戶激勵大小的關鍵指標，首先要弄清楚可時移性負荷調節能力的影響因素。通過理論研究，發現以下四個要素是影響可時移性負荷電網調節能力的主要影響因素。

2.1用戶舒適度要求

不同的用戶在電采暖使用過程中，對舒適度的范圍有不同的需求。室內溫度設定值，即用戶個人感知的體感舒適溫度及其范圍，就將直接影響可時移性負荷的調整范圍。如果用戶感知到的舒適體感溫度范圍較寬，則該負荷可提供的電網調節能力就會增加，反之，可時移性負荷能夠提供的電網調節能力會變小。因此，通過各種激勵政策，擴大用戶舒適度范圍，就可以在一定程度上提高可時移性負荷對電網的調節能力。在電網用電處于低谷時段，通過提髙室內溫度設定值，可以在對用戶舒適度影響較小的前提下，實現空調負荷高峰時段負荷的降低，從而達到提高電網調節能力的目的。

2.2 環境參數

通過實現研究發現，電采暖、空調等可時移性負荷運行的外部溫度，也會對其提供給電網的調節能力與調節時間有顯著影響。在不同的環境溫度下，同一種用戶室內溫度變化速度和需要的能量各不相同。對氣溫與最大空調負荷的相關性進行了研究，研究結果表明空調高峰負荷與氣溫具有強的正相關性。因此，在考慮時移性負荷對電網調節能力影響時，外界環境溫度對可時移負荷能夠提供的電網調節潛力大小均有影響，有必要將其納入空調負荷需求響應特性指標。

2.3 采暖設備功率

在其他調節不變的前提下，電采暖設備的功率對室內溫度的身高速度呈正相關關系，即：室內安裝電采暖設備的功率越大，室內溫度提高速度越快。同樣的對于空調、電熱水器等可時移性負荷，也有同樣的規律存在。因此，增加可時移性負荷的功率，也就可以增加該類設備對電網調節能力的潛力。

2.4 建筑物的傳熱系數

建筑物的保溫系數、傳熱特點等會對電采暖、空調等可時移性負荷的電網調節能力有顯著影響。在同樣條件下，依據傳熱學原理，保溫條件好的建筑物，與室外的熱交換速度就慢，這樣，建筑物散熱速度就慢，維持相對穩定的室溫時間久長，這在一定程度上，就為可時移性負荷對電網提供的調節能力成為一個有利的外部條件，如果建筑物保溫性能差，則同樣條件下，可時移性負荷提供的電網調節能力和調節時間就會降低和縮短。

3各種激勵政策對可時移性負荷調節能力的影響分析

3.1 電費補貼政策對可時移性負荷調節能力的影響

電費補貼政策就是針對各類負荷電采暖用戶的企事業單位、學校和居民個人，在政府規定的范圍內補貼范圍內，給予一定的電價優惠的激勵政策。政策的優點在于范圍的廣泛性、措施的直接性、對象的明確性等方面。但這種政策也有一定的局限性，即從總體上激發了參與者的積極性，在時間維度上，對用戶沒有任何的激勵效果。也就是說，該政策只是讓使用電采暖的用戶在經濟上享受到了優惠，但在激發用戶錯峰用電、消納清潔能源上沒有經濟激勵，也就無法調動用戶在高峰時段減少用電，在低谷時段增加用電。

3.2 分時電價政策對可時移性負荷調節能力的影響

分時電價政策的意思就是針對不同時間計費的電價也不同，它是電這種商品對時間不同的反應，也是市場發展規律的反應。它使得用戶為了獲得更大的經濟效益積極地調整自己的用電時間和用電量，從而提高了負荷率和用電效率。

分時電價的實施可以幫助用戶更好地改變用電方式，避免高峰時段用電，提高了電力系統的負荷率和運行的穩定性。分時電價的原理也就是說把一天總共24個小時根據它的負荷情況畫成曲線，根據曲線，具體劃分為峰、平、谷三種狀況，同樣對應于三種不同的電價。這樣用戶會選擇在高峰時段電價高的時候少用電，在低谷時段電價低的時候多用電，這樣下來也可以削峰填谷，使負荷曲線更加平穩。

與電費補貼政策相比，分時電價政策不僅鼓勵各類用戶積極改變過去的用能方式，而且還通過高峰時段高電價，低谷時段低電價的手段，鼓勵用戶削峰填谷，真正發揮可時移負荷對電網的調節作用。因此，該政策一般與電費補貼政策配合使用，在消納清潔能源、提升電網調節能力、減少投資等方面的積極作用。

3.3 實時電價政策對可時移性負荷調節能力的影響

實時電價也就是用電的實時定價，也就是在完善的電力市場條件下，電力供應商和有資格進入電力市場進行交易的電力用戶和用戶代理商根據電力的供需情況確定的直接交易價格。它能直接反映短期的生產成本及用電量信息， 能夠指導用戶優化用電。實時電價是在考慮運行和基本投資的情況下， 在給定時段， 如0.5h 或更短時段向用戶提供電能的邊際成本。

在實時電價這種定價方式當中，有一種叫做峰谷定價，因為在這種定價方式中，高峰時段的電價比較高，低谷時段的電價比較低，用戶為了獲得更大的經濟效益會積極地選擇在電價較低的時候用電。也就是說峰谷電價是實時電價的一種特例。因此，從激發用戶電采暖錯峰避谷的角度來說，這種電價政策更具有靈活性和靈敏性，能夠最大限度的調動用戶響應電力調度的積極性。

4 各種激勵政策激勵特性指標及量化

目前，國家對于電采暖等可時移性負荷提供的各種激勵政策，其主要目的就是促進清潔能源的消納，改善環境質量，在此基礎上保障電網的安全可靠運行。因此，政策的目標是多樣性。電采暖等可時移性負荷的各種激勵政策，在達成上述目標的同時，也在一定程度上鼓勵電采暖用戶在經濟利益的刺激下，在一定程度上改變自己的用能行為，削峰填谷，在不影響正常用電需求和舒適度的前提下，為電網提供一定的調節能力，提高電網的靈活性，降低電力成本。

通過深入分析和研究典型的電采暖等可時移性負荷的激勵政策，項目組認為，該類政策具有以下三種與提升可時移性負荷電網調節能力特性指標。

4.1 激勵強度指標

政策激勵強度指標反映的是各種激勵政策對可時移性負荷的用戶采用電采暖模式吸引力的大小程度。在某種程度上來說，就是政策提供的優惠程度的大小。政策激勵強度越大，使用電采暖的用戶參與該種形式供暖所享受到的經濟利益就越大，他們的積極性就越高。我們可以用政策實施前后電采暖用戶享受到的電價優惠程度來表征激勵政策的激勵強度。該指標可以用以下公式表示：

式（1）中，表示政策激勵強度，表示每度電現在的電采暖價格，表示激勵政策實施后每度電電采暖的優惠電價。

因此，對于價格補貼政策而言，政策的激勵強度可以表示為：

對于分時電價政策而言，政策的激勵強度可以表示為：

對于實時電價政策而言，政策的激勵強度可以表示為：

4.2 時移強度指標

政策時移性指標反映的是在政策經濟利益的刺激下，電采暖用戶主動改變用電時段的參與程度，也就是說一項激勵政策對于電采暖用戶在時間上主動移峰錯谷積極性的激勵程度。該指標可以用激勵政策實施后，用戶移峰錯谷的電量來表征不同政策的實施效果。該指標可以用以下公式表示：

式（5）中，表示政策時移強度指標，表示政策實施前高峰時段的用電量，表示政策實施后高峰時段的用電量，表示政策實施前低谷時段的用電量，表示政策實施后高峰時段的用電量。

因此，對于價格補貼政策而言，在政策實施前后，電采暖用戶都沒有積極性改變自己的用電時段，因此，政策的激勵時移強度可以表示為：

對于分時電價政策而言，由于有峰谷電價的差異，電采暖用戶為了節省自己的電費支出，在不影響自己用電采暖舒適度的前提下，就有改變自己用電行為的積極性，政策的時移激勵強度可以表示為：

對于實時電價政策而言，用戶為了自己的經濟利益，不僅會將高峰時段的用電量轉移到低谷時段，而且在高峰時段內，還會從高電價時段項低電價時段轉移，在低谷時段內，用戶同樣會受價格變化的驅使，轉移和優化自己的用電行為。因此，該政策下的時移激勵強度可以表示為：

4.3 拓展性指標

政策的拓展性指標反映的是一項政策能夠吸引潛在用戶改變原來的用能方式，采用電采暖清潔供暖的吸引力大小。在政策的刺激下，當用戶采用電采暖方式比其他供暖方式價格便宜的時候，用戶會放棄原來的用能方式，選擇電采暖方式。相反，如果電采暖所要花費的采暖費用高于其他采暖方式時，用戶就沒有改變原有采暖方式的積極性，政策對用戶就沒有激勵作用，因此，該項政策就沒有拓展性激勵特征。決定用戶供暖方式最主要的因素就是一個供暖期單位面積的供暖費。因此，表征一項政策拓展性的指標，就可以用不同采暖方式下，供暖費的差值來表示。具體來說，該指標可以用以下公式表示：

式（9）中：表示政策的拓展強度，FJ表示一個供暖季中集中供暖模式下單位面積的采暖費，FD表示一個供暖季中，電采暖供熱模式下單位面積的采暖費。

這樣，一項政策對用戶的吸引力大小就能夠表征出來。

5結 ??論

本研究在歸納和總結國家及地方政府目前出臺的各種鼓勵各類用戶采用清潔電采暖相關政策的基礎上，將現有政策按照作用模式，分為了電費補貼政策和分時電價政策，考慮到電力市場改革的快速發展，也將實時電價政策作為即將推出的政策模式考慮進來，分別研究這三類政策對電采暖等可時移性負荷的影響，在此基礎上，對政策目標、政策特征及實質進行了深入研究。研究發現，能夠反映一項政策特性的指標有三種，即：政策的激勵強度特性、政策的激勵時移強度特性和政策激勵的拓展特性。在此基礎上，對政策的含義一起作用進行了總結，并分別對三類政策特性進行了量化研究，給出了每一政策特性定量描述和衡量的計算公式。

上述研究為進一步研究不同政策對時移性負荷提升電網調節能力的彈性及其在功率維度和時間維度可拓展性奠定了基礎，也為研究政策敏感性、政策的優化組合建議提供了研究基礎。

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[作者簡介] 李偉（1968-），男，陜西鳳翔人，教授，博士，從事能源政策研究;孫皓（1993-），男，江蘇淮安人，東北電力大學經濟管理學院研究生，研究方向：會計學。