我國電力能源需求響應(yīng)發(fā)展現(xiàn)狀與展望

陳 宏，賴春艷

(1.上海市節(jié)能工程技術(shù)協(xié)會，上海 200031；2.上海電力大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，上海 200090)

需求響應(yīng)(Demand Response，簡稱DR)作為電力需求管理實(shí)施的重要內(nèi)容，是指通過分時(shí)電價(jià)等市場價(jià)格信號或資金補(bǔ)貼等激勵(lì)機(jī)制，引導(dǎo)鼓勵(lì)用戶主動改變原有電力消費(fèi)模式的市場參與行為，以促進(jìn)電力供需平衡、保障電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。此外，在電力能源管理中引入需求響應(yīng)，還可以實(shí)現(xiàn)新能源消納、提高能效產(chǎn)品效率、降低對新建燃煤電廠的需求、降低溫室氣體和污染物排放，也是一種高回報(bào)的節(jié)能減排方案措施。

靈活的需求側(cè)調(diào)整能力對電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)、安全、可靠的運(yùn)行起到重要作用。需求側(cè)管理(Demand Side Management,簡稱DSM)強(qiáng)調(diào)信息和能量在供、用主體間的雙向互動，是智能電網(wǎng)的一個(gè)重要特征。隨著我國電力能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化、電力體制改革、智能電網(wǎng)建設(shè)推進(jìn)和綜合能源體系建設(shè)進(jìn)程的加快，需求響應(yīng)在電網(wǎng)削峰填谷、消納可再生能源等方面的作用正在逐步凸顯和被重視。

綜合能源系統(tǒng)的發(fā)展為需求響應(yīng)帶來新的發(fā)展方向，電力、熱能、天然氣和其他各種形式的能源集成度越來越高，參與各種類型能源使用的用戶都有機(jī)會參與需求響應(yīng)項(xiàng)目，尤其是在用電高峰，用其他能源類型取代電能，可以改善需求響應(yīng)優(yōu)化調(diào)度的效果，同時(shí)也能保證消費(fèi)者的舒適性。但綜合能源需求響應(yīng)在目前階段只有少量的示范項(xiàng)目，需求響應(yīng)仍以電力能源中的需求響應(yīng)為主。

1 需求響應(yīng)的重要作用和意義

需求響應(yīng)的重要作用可以總體從三個(gè)方面來分析。

(1)從宏觀的角度來看，在電力行業(yè)實(shí)施需求響應(yīng)有助于減少溫室氣體和污染物排放，這是因?yàn)樾枨箜憫?yīng)有助于降低對新建燃煤電廠的需求。隨著我國夏季空調(diào)用量的逐年增長，電力需求峰谷差日益增大。當(dāng)前主要依靠燃煤電廠參與電力系統(tǒng)調(diào)頻解決用電高峰問題，因此需要新建大量燃煤電廠，不利于節(jié)能減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。通過需求響應(yīng)降低高峰負(fù)荷不僅能改善電網(wǎng)穩(wěn)定性，同時(shí)還可以提高電網(wǎng)運(yùn)行效率。

(2)需求響應(yīng)可以促進(jìn)新能源發(fā)電的消納。新能源發(fā)電規(guī)模一方面在逐年增加，另一方面又出現(xiàn)了大量的“棄風(fēng)棄光”現(xiàn)象，這與新能源發(fā)電的特點(diǎn)有關(guān)。以風(fēng)電為例，風(fēng)電出力時(shí)常具有反調(diào)峰特性，在傳統(tǒng)負(fù)荷用電高峰時(shí)出力小，而在用電低谷時(shí)出力反而大。在含風(fēng)電的電力系統(tǒng)中引入填谷需求響應(yīng)，則可以較好地對風(fēng)電進(jìn)行消納[1]。

(3)需求響應(yīng)可以進(jìn)一步促進(jìn)電力市場化進(jìn)程，為能效產(chǎn)品和服務(wù)領(lǐng)域創(chuàng)造新的商業(yè)機(jī)會。從社會效益來說，有效的需求響應(yīng)項(xiàng)目可以創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益，單次需求響應(yīng)甚至可以節(jié)省數(shù)億至幾十億美元的投資。實(shí)施需求響應(yīng)可顯著提高消費(fèi)者的能源消費(fèi)意識，改變能源消費(fèi)習(xí)慣，控制能源消費(fèi)。

2 我國電力能源需求響應(yīng)發(fā)展歷程及相關(guān)政策

20世紀(jì)70年代，幾乎波及全球的能源危機(jī)愈演愈烈，許多國家為了滿足電力需求開始嘗試有效的市場機(jī)制，而非單純地增加發(fā)電裝機(jī)和建設(shè)電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，能源管理的概念被提出并在實(shí)踐中取得顯著效果。美國是世界上最早實(shí)施需求響應(yīng)的國家，不管是相關(guān)政策法規(guī)還是理論研究水平都處于世界領(lǐng)先水平，是實(shí)施需求項(xiàng)目最多、種類最為齊全的國家。歐洲國家、澳大利亞、日本、新西蘭等也是需求響應(yīng)發(fā)展比較完善的國家[2]。

我國電力需求響應(yīng)起步于20世紀(jì)90年代。1992年，關(guān)于需求側(cè)管理的概念被引入中國。1993年，國家部委和地方能源公司在深圳試點(diǎn)需求側(cè)管理。2004年，國家發(fā)改委、國家電監(jiān)會發(fā)布《加強(qiáng)電力需求側(cè)管理工作的指導(dǎo)意見》，這是我國電力需求響應(yīng)發(fā)展的里程碑。2010年國家發(fā)改委頒布了《電力需求側(cè)管理辦法》，進(jìn)一步完善了電力需求響應(yīng)規(guī)范。2012年北京、蘇州、唐山、佛山四個(gè)城市被設(shè)立為首批電力需求側(cè)管理城市綜合試點(diǎn)，上海作為需求側(cè)響應(yīng)試點(diǎn)。從2014年開始，北京、上海、江蘇、佛山、山東、河南與天津等地分別開始實(shí)施需求響應(yīng)項(xiàng)目試點(diǎn)工作，需求響應(yīng)在我國開始迅速發(fā)展起來。

作為國內(nèi)特大型城市代表，上海用電負(fù)荷呈現(xiàn)典型大都市特征，空調(diào)負(fù)荷占比高、負(fù)荷波動性強(qiáng)且用電峰谷差較大，這對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行是一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。從2012年國家發(fā)改委設(shè)立首批需求響應(yīng)試點(diǎn)城市開始，上海就如何利用需求響應(yīng)降低峰谷差、穩(wěn)定電網(wǎng)運(yùn)行進(jìn)行了積極探索。2014年開展我國首個(gè)電力需求響應(yīng)城市試點(diǎn)項(xiàng)目，2014年8月29日開展了第一次電力需求響應(yīng)試點(diǎn)試驗(yàn)工作，實(shí)現(xiàn)降低負(fù)荷5.5萬kW。2015年開始由國網(wǎng)上海市電力公司牽頭開展需求響應(yīng)管理平臺開發(fā)工作，歷經(jīng)三年完成了上海市需求側(cè)響應(yīng)管理平臺的建設(shè)、改版和完善，為需求響應(yīng)的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。2018年至2020年間，上海市多次在高溫、臺風(fēng)、節(jié)假日期間利用需求響應(yīng)、虛擬電廠等措施針對電力負(fù)荷進(jìn)行削峰填谷并取得良好效果。上海地區(qū)需求響應(yīng)發(fā)展的主要?dú)v程，如圖1所示。

在我國電力能源需求響應(yīng)發(fā)展過程中，《電力需求側(cè)管理辦法》等文件的出臺為其發(fā)展提供了重要支持。對2010年至今的重要需求響應(yīng)相關(guān)文件進(jìn)行了梳理和匯總，如表1所示。

圖1 上海地區(qū)需求響應(yīng)發(fā)展主要?dú)v程

3 我國電力能源需求響應(yīng)發(fā)展現(xiàn)狀與典型案例

從2012年國家確定了北京、蘇州、唐山、佛山四個(gè)城市設(shè)立為首批電力需求側(cè)管理城市綜合試點(diǎn)以后，需求響應(yīng)已在全國多地開展試點(diǎn)示范和應(yīng)用。從規(guī)模、類型、參與用戶和需求響應(yīng)效果都在不斷拓展。

表1 我國電力能源需求響應(yīng)發(fā)展過程中的重要政策匯總

2014年，上海首次實(shí)施需求響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)降低峰負(fù)荷5.5萬kW，初步展現(xiàn)了需求響應(yīng)削峰效果。隨后，需求響應(yīng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，目前江蘇電網(wǎng)已具備邀約削峰響應(yīng)能力600萬kW、邀約填谷響應(yīng)能力320萬kW和自動削峰響應(yīng)能力100萬kW。需求響應(yīng)的應(yīng)用地也從當(dāng)初的4個(gè)試點(diǎn)城市拓展到包括北京、上海、江蘇、浙江、河南、天津、新疆等10余個(gè)省市。根據(jù)預(yù)測，到2030年，全球需求響應(yīng)規(guī)模將達(dá)到177 GW，中國將占到其中30%左右，與美國相當(dāng)，并列世界前列。

需求響應(yīng)實(shí)施初期的目的是解決夏季高峰時(shí)段電力緊張局面，通過削減高峰時(shí)段的電力負(fù)荷穩(wěn)定電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，減少新建燃煤電廠的建設(shè)。隨著需求響應(yīng)技術(shù)的不斷成熟、能源體系結(jié)構(gòu)不斷變化，特別是新能源發(fā)電比例的提高，需求響應(yīng)的功能目前除了削峰作用外，還逐步用于“填谷”、新能源消納、應(yīng)對極端氣候條件和突發(fā)事件時(shí)重點(diǎn)負(fù)荷用能保障等方面。2017年，國網(wǎng)新疆電力試點(diǎn)利用需求響應(yīng)促進(jìn)新能源風(fēng)電消納，響應(yīng)電力約3萬kW。2018年，上海、江蘇、天津等地先后開展大規(guī)模“填谷”式需求響應(yīng)。2018年8月上海實(shí)施的一次需求響應(yīng)正值臺風(fēng)“溫比亞”影響期間，驗(yàn)證突發(fā)災(zāi)害事件情況用電側(cè)負(fù)荷應(yīng)急需求響應(yīng)的效果。

我國需求響應(yīng)實(shí)施初期階段的激勵(lì)機(jī)制通常以約定補(bǔ)償為主。2018年，江蘇省在需求響應(yīng)中推出了競價(jià)模式，而上海則在2019年開展了需求響應(yīng)年度競價(jià)工作，交易品種和方式更加多樣化。隨著山東省啟動2020年創(chuàng)新推出基于電力現(xiàn)貨市場的新型需求響應(yīng)機(jī)制試點(diǎn)，電力需求響應(yīng)實(shí)施模式由“需求側(cè)報(bào)量+固定補(bǔ)償價(jià)”模式向市場化的“需求側(cè)競價(jià)+最高限價(jià)”模式轉(zhuǎn)變。標(biāo)志著需求響應(yīng)激勵(lì)機(jī)制市場化的進(jìn)程加快，我國電力需求側(cè)管理進(jìn)入了一個(gè)新的階段。表2針對我國近年來各種類型的需求響應(yīng)典型案例進(jìn)行了匯總。

4 我國能源需求響應(yīng)發(fā)展趨勢與展望

我國需求響應(yīng)發(fā)展前期存在的問題主要有補(bǔ)貼資金不到位、實(shí)時(shí)反饋技術(shù)欠缺、自動化程度不夠高、標(biāo)準(zhǔn)體系不完善及市場化程度不高等[3]。隨著電力體制改革的進(jìn)行、科技技術(shù)的不斷進(jìn)步，需求響應(yīng)發(fā)展過程中面臨的問題也逐步得到解決。

表2 我國電力能源需求響應(yīng)典型案例梳理

市場化程度越來越高是需求響應(yīng)最重要的發(fā)展趨勢，從約定補(bǔ)償機(jī)制到需求側(cè)競價(jià)模式，我國電力需求響應(yīng)的市場化程度不斷提高，由市場決定價(jià)格，是未來電力需求響應(yīng)發(fā)展方向。隨著運(yùn)行機(jī)制不斷成熟，需求響應(yīng)的運(yùn)行模式也將由最初的政府主導(dǎo)[4]變?yōu)槭袌鲆龑?dǎo)和用戶主動參與。

自動化和標(biāo)準(zhǔn)化是我國需求響應(yīng)發(fā)展的另一個(gè)重要趨勢。隨著各類人工智能、大數(shù)據(jù)、智能儀表的不斷發(fā)展，需求響應(yīng)的自動化程度越來越高，需求響應(yīng)方式已從最初的約定響應(yīng)逐步轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣禹憫?yīng)。我國需求響應(yīng)試點(diǎn)過程中，由于缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，曾造成各需求響應(yīng)服務(wù)商之間的業(yè)務(wù)流程、需求響應(yīng)基線負(fù)荷計(jì)算方法不一致，需求響應(yīng)產(chǎn)品制造商所生產(chǎn)的系統(tǒng)、終端接口型式不一等問題。隨著需求響應(yīng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系[5-7]包括系統(tǒng)類、終端類、接口類、測評類和管理類的制訂和完善，我國需求響應(yīng)工作進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展階段。

伴隨電力市場改革、市場機(jī)制的不斷成熟，我國電力能源需求響應(yīng)正在步入一個(gè)快速發(fā)展階段。而隨著能源互聯(lián)、多能互補(bǔ)等技術(shù)的不斷進(jìn)步，單一的電力需求響應(yīng)正在向綜合能源系統(tǒng)的多能需求響應(yīng)方向發(fā)展[8]。