能源互聯(lián)網(wǎng)背景下可調(diào)節(jié)負(fù)荷技術(shù)應(yīng)用與展望

中國(guó)電力科學(xué)研究院用電與能效研究所副所長(zhǎng)、總工程師

國(guó)網(wǎng)能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究院規(guī)劃設(shè)計(jì)中心常務(wù)副主任 閆華光

能源互聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)和能源生產(chǎn)、傳輸、存儲(chǔ)、消費(fèi)及能源市場(chǎng)深度融合的能源發(fā)展新業(yè)態(tài)，強(qiáng)化網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通和先進(jìn)信息、通信、控制技術(shù)應(yīng)用，致力于構(gòu)建具有清潔低碳、安全可靠、泛在互聯(lián)、高效互動(dòng)、智能開(kāi)放等特征的智慧能源系統(tǒng)。用戶處于能源消費(fèi)端，可調(diào)節(jié)負(fù)荷互動(dòng)是能源互聯(lián)網(wǎng)在需求側(cè)的重要應(yīng)用場(chǎng)景，也是能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的重要目標(biāo)；為推動(dòng)國(guó)家電網(wǎng)公司“建設(shè)具有中國(guó)特色國(guó)際領(lǐng)先的能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)”戰(zhàn)略目標(biāo)在需求側(cè)落地實(shí)施，總結(jié)了可調(diào)節(jié)負(fù)荷的內(nèi)涵、技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景和未來(lái)發(fā)展方向，有利于推動(dòng)能源互聯(lián)互通與共享互濟(jì)，支撐國(guó)家能源技術(shù)革命、消費(fèi)革命戰(zhàn)略實(shí)施。

可調(diào)節(jié)負(fù)荷是指能夠根據(jù)電價(jià)、激勵(lì)或者交易信息，實(shí)現(xiàn)啟停、調(diào)整運(yùn)行狀態(tài)或調(diào)整運(yùn)行時(shí)段的需求側(cè)用電設(shè)備、電源設(shè)備及儲(chǔ)能設(shè)備。包括工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)負(fù)荷、生產(chǎn)輔助負(fù)荷、樓宇負(fù)荷、居民電器負(fù)荷及分散式儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車(chē)等。

可調(diào)節(jié)負(fù)荷應(yīng)用場(chǎng)景

參與電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻。夏季電網(wǎng)尖峰負(fù)荷持續(xù)攀高但持續(xù)時(shí)間很短，據(jù)統(tǒng)計(jì)三華地區(qū)僅為5-81個(gè)小時(shí)，峰谷差居高不下，給電網(wǎng)穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來(lái)很大挑戰(zhàn)；同時(shí)在天津、山東、江蘇、上海等地出現(xiàn)節(jié)假日電網(wǎng)負(fù)備用容量不足等問(wèn)題。在迎峰度夏（冬）期間，通過(guò)價(jià)格、激勵(lì)、交易等機(jī)制利用可調(diào)節(jié)負(fù)荷有償參與電網(wǎng)調(diào)峰，緩解時(shí)段性供需矛盾，為系統(tǒng)運(yùn)行提供慣量支撐資源和調(diào)節(jié)能力，保障大電網(wǎng)穩(wěn)定高效運(yùn)行。

促進(jìn)清潔能源消納。我國(guó)將逐步構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系，新能源裝機(jī)容量2030年預(yù)計(jì)達(dá)到13億千瓦、2050年預(yù)計(jì)40億千瓦，新能源發(fā)電的隨機(jī)性、波動(dòng)性和反調(diào)峰特性，給電力系統(tǒng)的功率平衡帶來(lái)巨大壓力。利用市場(chǎng)化手段，在棄風(fēng)、棄光、棄水時(shí)段，調(diào)動(dòng)電制熱儲(chǔ)熱、電制冷儲(chǔ)冷、客戶側(cè)儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車(chē)等可調(diào)節(jié)負(fù)荷資源參與深度調(diào)峰，提升電網(wǎng)用電負(fù)荷，促進(jìn)清潔能源消納利用。

促進(jìn)客戶能效提升。當(dāng)前大量電力客戶由于節(jié)能技術(shù)短缺、采集監(jiān)測(cè)不足、缺乏優(yōu)化調(diào)節(jié)手段，綜合能效水平偏低。客戶訴求已經(jīng)從保障基本用能向滿足安全低碳、優(yōu)質(zhì)價(jià)廉的能源供應(yīng)與多元化服務(wù)需求轉(zhuǎn)變，期待電網(wǎng)企業(yè)圍繞可調(diào)節(jié)負(fù)荷提供差異化、定制化、一體化用能優(yōu)化服務(wù)方案并付諸實(shí)踐。利用可調(diào)節(jié)負(fù)荷的互動(dòng)響應(yīng)特性，結(jié)合人工智能、大數(shù)據(jù)算法，能夠引導(dǎo)用戶實(shí)施技術(shù)節(jié)能、管理節(jié)能策略，提升用能效率。

可調(diào)節(jié)負(fù)荷發(fā)展概況

政策支持方面。國(guó)外陸續(xù)出臺(tái)多項(xiàng)需求響應(yīng)扶持性政策，將需求側(cè)資源等同發(fā)電資源參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，充分保障了可調(diào)節(jié)負(fù)荷的市場(chǎng)主體地位。其中美國(guó)聯(lián)邦能源管理委員會(huì)第719號(hào)令和755號(hào)令都明確需求響應(yīng)資源替代發(fā)電資源參與市場(chǎng)競(jìng)價(jià)；歐盟發(fā)布《能源效率指令》中規(guī)定各成員國(guó)應(yīng)確保需求側(cè)資源參與到批發(fā)和零售市場(chǎng)；澳大利亞能源市場(chǎng)委員會(huì)2019年7月頒布了《National Energy Retail Amendment》，該草案允許第三方需求響應(yīng)提供商直接參與市場(chǎng)交易，并獲得需求響應(yīng)收益。我國(guó)目前發(fā)布多項(xiàng)國(guó)家政策，鼓勵(lì)發(fā)展電力需求響應(yīng)，完善尖峰電價(jià)或季節(jié)電價(jià)機(jī)制。2017出臺(tái)的《電力需求側(cè)管理辦法》中明確提出支持、激勵(lì)各類(lèi)電力市場(chǎng)參與方開(kāi)發(fā)和利用需求響應(yīng)資源，提供有償調(diào)峰、調(diào)頻服務(wù)，逐步形成占年度最大用電負(fù)荷3%左右的需求側(cè)機(jī)動(dòng)調(diào)峰能力。

市場(chǎng)機(jī)制方面。國(guó)外已建立政府監(jiān)管，電網(wǎng)、負(fù)荷聚合商、電力客戶積極參與的市場(chǎng)化模式，并實(shí)施資金補(bǔ)貼、輔助服務(wù)市場(chǎng)交易、需求側(cè)競(jìng)價(jià)、實(shí)時(shí)電價(jià)等機(jī)制。其中，國(guó)外實(shí)施需求響應(yīng)的資金主要來(lái)源于電價(jià)加收、管制電費(fèi)劃撥、政府財(cái)政、電網(wǎng)節(jié)省投資等，資金規(guī)模大并且可持續(xù)。美國(guó)在近5年可調(diào)節(jié)負(fù)荷互動(dòng)響應(yīng)支出54.94億美元，是國(guó)內(nèi)的300多倍。我國(guó)目前主要實(shí)施激勵(lì)型需求響應(yīng)，可調(diào)節(jié)負(fù)荷試點(diǎn)應(yīng)用依靠政府、電網(wǎng)公司補(bǔ)貼。需求側(cè)資源參與市場(chǎng)化運(yùn)行的機(jī)制還不完善。未來(lái)亟需進(jìn)一步明確可調(diào)節(jié)負(fù)荷在電力系統(tǒng)熱備用、調(diào)峰、調(diào)頻、新能源消納等場(chǎng)景下的應(yīng)用模式，擴(kuò)大第三方獨(dú)立主體參與電力調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)試點(diǎn)范圍，建立可持續(xù)發(fā)展的商業(yè)模式，支撐可調(diào)節(jié)負(fù)荷應(yīng)用常態(tài)化、規(guī)模化發(fā)展。

負(fù)荷控制方面。國(guó)外主要采用直接負(fù)荷控制和用戶自主控制方式。澳大利亞政府發(fā)布并實(shí)施空調(diào)、熱水器、水泵等需求響應(yīng)接口強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，為實(shí)現(xiàn)負(fù)荷調(diào)控提供了設(shè)備保障。美國(guó)LEED綠色建筑評(píng)價(jià)體系將建筑物需求響應(yīng)能力及可調(diào)節(jié)負(fù)荷容量規(guī)模作為兩項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)，鼓勵(lì)樓宇積極參與負(fù)荷調(diào)控。我國(guó)目前主要以用戶自主控制為主。可調(diào)節(jié)負(fù)荷涉及設(shè)備品牌、型號(hào)眾多，通信接口及協(xié)議不統(tǒng)一。同時(shí)設(shè)備范圍覆蓋廣，存在通訊網(wǎng)絡(luò)覆蓋不全、通信延時(shí)較大等難題，從而導(dǎo)致可調(diào)節(jié)負(fù)荷信息監(jiān)測(cè)共享、控制能力建設(shè)方面長(zhǎng)期存在互聯(lián)互通、網(wǎng)絡(luò)延時(shí)障礙，限制了可調(diào)節(jié)負(fù)荷的應(yīng)用場(chǎng)景和應(yīng)用規(guī)模。

可調(diào)節(jié)負(fù)荷實(shí)施路徑

推動(dòng)可調(diào)節(jié)負(fù)荷調(diào)控關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。開(kāi)展可調(diào)節(jié)負(fù)荷實(shí)時(shí)感知與精準(zhǔn)調(diào)控技術(shù)體系架構(gòu)設(shè)計(jì)；研究負(fù)荷資源分層分區(qū)聚合優(yōu)化的調(diào)節(jié)方法；推動(dòng)建立面向工業(yè)、樓宇、居民、儲(chǔ)能等用戶的全網(wǎng)可調(diào)節(jié)負(fù)荷模型庫(kù)與實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)；建成完善的可調(diào)節(jié)負(fù)荷與電網(wǎng)實(shí)時(shí)互動(dòng)的技術(shù)支撐體系。

支持可調(diào)節(jié)負(fù)荷互動(dòng)響應(yīng)核心設(shè)備及系統(tǒng)平臺(tái)研發(fā)。研制基于5G、國(guó)網(wǎng)芯的可調(diào)節(jié)負(fù)荷互動(dòng)響應(yīng)終端，統(tǒng)一負(fù)荷接入方式，提升數(shù)據(jù)采集處理效率；開(kāi)發(fā)可調(diào)節(jié)負(fù)荷資源普查APP，現(xiàn)場(chǎng)錄入用戶設(shè)備信息并實(shí)時(shí)計(jì)算響應(yīng)能力，解決傳統(tǒng)普查工作中管控環(huán)節(jié)多、人力投入大等問(wèn)題；研發(fā)基于互聯(lián)網(wǎng)思維的可調(diào)節(jié)負(fù)荷互動(dòng)運(yùn)營(yíng)平臺(tái)，能夠支撐大規(guī)模可調(diào)節(jié)負(fù)荷的高效接入，實(shí)現(xiàn)可調(diào)節(jié)負(fù)荷的可觀可測(cè)和高效調(diào)控。

建立可調(diào)節(jié)負(fù)荷技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系和試驗(yàn)檢測(cè)體系。研究建立涵蓋數(shù)據(jù)模型、運(yùn)行調(diào)控、安全穩(wěn)定、仿真評(píng)估的可調(diào)節(jié)負(fù)荷并網(wǎng)運(yùn)行與控制技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系；建立需求響應(yīng)主站、互動(dòng)響應(yīng)終端、互操作、產(chǎn)品檢驗(yàn)等測(cè)試規(guī)范；建成可調(diào)節(jié)負(fù)荷互聯(lián)互通的試驗(yàn)驗(yàn)證環(huán)境，能夠支持智能家電云平臺(tái)、車(chē)聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)、設(shè)備制造商云平臺(tái)等統(tǒng)一交互，實(shí)現(xiàn)各類(lèi)負(fù)荷資源的便捷聚合。

開(kāi)展可調(diào)節(jié)負(fù)荷示范工程實(shí)踐。我國(guó)因地制宜開(kāi)展了多場(chǎng)景下可調(diào)節(jié)負(fù)荷試點(diǎn)應(yīng)用。“三華”地區(qū)利用可調(diào)節(jié)負(fù)荷開(kāi)展削峰需求響應(yīng)，在政策引導(dǎo)下，目前“三華”地區(qū)可實(shí)現(xiàn)調(diào)峰能力達(dá)611萬(wàn)千瓦；同時(shí)華北地區(qū)已開(kāi)展第三方獨(dú)立主體參與電力調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)試點(diǎn)，2020年一季度負(fù)荷側(cè)參與調(diào)峰電量552萬(wàn)千瓦時(shí)，發(fā)放調(diào)峰補(bǔ)償資金76萬(wàn)元，并在國(guó)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)車(chē)網(wǎng)互動(dòng)充電樁資源參與輔助服務(wù)的資金結(jié)算。西北和東北地區(qū)組織可調(diào)節(jié)負(fù)荷在新能源大發(fā)滿發(fā)時(shí)，提升用電負(fù)荷，減少“棄風(fēng)棄光”。

未來(lái)，在國(guó)家電網(wǎng)公司“建設(shè)具有中國(guó)特色國(guó)際領(lǐng)先的能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)”戰(zhàn)略目標(biāo)引領(lǐng)下，大量由分布式能量采集裝置、儲(chǔ)能裝置和各種類(lèi)型負(fù)載構(gòu)成的能源節(jié)點(diǎn)將實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，可調(diào)節(jié)負(fù)荷在電網(wǎng)調(diào)峰、促進(jìn)新能源消納、提升客戶能效等方面的價(jià)值將被進(jìn)一步挖掘，各方主體共同參與的可調(diào)節(jié)負(fù)荷“互聯(lián)網(wǎng)+”市場(chǎng)化交易模式日漸成熟，最終實(shí)現(xiàn)可調(diào)節(jié)負(fù)荷廣泛連接、精準(zhǔn)感知、實(shí)時(shí)在線、互動(dòng)交易、智能調(diào)節(jié)、可上可下，打造開(kāi)放共享的能源互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)體系。