能源互聯網技術在福建省電力需求側管理的應用研究

（中國電建集團福建省電力勘測設計院有限公司 福建福州 350003）

0 引言

電力需求側管理對優化電力資源配置、促進能源利用效率提升等方面起到了重要的作用，而大規模可再生能源的開發和并網接入，使得電力系統安全穩定運行的難度逐步加大，電力需求側管理也面臨新的挑戰。隨著智能電網發展，以及拓展延伸的能源互聯網概念的提出，為電力需求側管理提供了新的發展方向。電力需求側管理正逐步向電力需求響應變革，主動滿足負荷側和供給側的匹配和優化，促進電力系統安全運行。

針對智能電網、能源互聯網等背景下的電力需求側管理，不少學者開展了大量的研究：曾鳴等［1］提出了智能電網條件下的需求側管理技術，并設計出相應的需求管理決策支持系統。劉俊等［2］通過研究發現我國需求側管理逐步轉向以經濟手段為主的需求側響應模式，并給出了相關的需求側管理應用策略。王健等［3］構建了大數據在電力需求側方面的應用模型，提升了電力企業對電力客戶的認知，以及電力企業的綜合管理水平和經營效益。

目前，福建省電網已實施需求側管理的相關措施，并取得了一定的成效，隨著能源互聯網技術推進，預計“十四五”時期需求側管理將發揮更大作用。但由于能源互聯網建設項目多、投資大、建成后社會效益大，而投資者的經濟效益尚未能完成發揮，因此，構建能源互聯網投資回收機制和政策頂層設計，推動能源互聯網持續健康發展，仍是今后研究的重要課題。

1 福建省電力需求側管理實施情況

1.1 福建省產業結構及負荷特性

福建省三次產業結構主要以工業用電為主，占全省60%以上。近年來，福建省經濟進入新常態發展階段，工業發展逐步往高質量方向發展，產業結構進行逐步調整，逐步淘汰高耗能低附加值的第二產業，并鼓勵第三產業的發展。全省“十三五”以來，二產比重逐步下降，三產比重逐步增加。2015 年全省三產用電結構逐步由1.38∶67.32∶12.67 調整為2019 年的1.49∶64.04∶15.15。

2019 年福建省全社會最高負荷、用電量分別約為3 838萬kW、2 402 億kWh，同比增長4.7%、3.8%。近年來，全省典型日負荷曲線一般呈現早高峰、午高峰、晚高峰模式，早高峰發生時段在11-12 時，午高峰13-15 時，晚高峰發生在21-22時。2015—2019 年，年最大負荷日日負荷曲線見圖1。

圖1 福建省典型日負荷曲線示意圖

1.2 福建省已實施的需求側管理措施及成效

2011 年起，福建省自先后推動需求側管理措施的探索和應用，通過開展有序用電管理、實施分時電價、階梯電價等政策措施，采取鼓勵電能替代、開展蓄冰蓄冷等手段，推動全省移峰填谷，促進節能減排，并取得了一些經驗和效果。

“十三五”期間，福建省累計安排36 836 戶參與有序用電，最大壓減負荷874.7 萬kW，占年度預計最大負荷的22.8%。全省高峰、平段、低谷的用電比重維持在35.8∶35.1∶29.1 左右，實現了較好的削峰填谷效果。通過需求側響應負荷模型還原的方法，計算得出未執行峰谷電價的負荷曲線，對比結果見圖2所示。由圖2 可知，福建省通過實施需求側管理措施，可削減約11.9%的高峰負荷，同時提升8.7%的低谷負荷，從而達到縮減全省峰谷差的效果。

1.3 需求側管理發展的存在問題和面臨形勢

我國電力需求側管理的手段仍在不斷探索中，受限于電力發展的體制機制以及需求響應的重視程度，電力需求側管理存在的問題主要如下：

（1）電力市場仍不夠成熟。我國電力市場建設還處于初期階段，尤其是現貨市場、輔助服務市場等的建設尚在起步階段，缺乏完整成熟的市場體系和運行機制支撐需求響應資源的開發。

圖2 實行需求側管理措施的負荷特性對比曲線

（2）需求響應運行機制有待完善。目前仍缺乏較為成熟的需求響應商業模式，導致市場主體參與積極性不高，同時需求響應成本低，用戶參與響應的市場意識程度不高。

（3）需求響應技術有待提升。大規模靈活資源優化配置、運行調控策略與電網運行控制等理論研究與實踐應用有待深入研究。此外，需要構建相關的互動平臺、通信技術和能效管理系統等終端應用平臺，并推動需求響應的能力和效益評估。

隨著新能源、儲能、微網、多能互補等新模式的發展，電力需求側管理不僅實現削峰填谷，更重要的是滿足不可控的可再生能源接入以及電動車等多元化負荷的接入，實現發電端和用電端的匹配，提高能源效率、改變生產消費方式。

能源互聯網的建設和推進，也推動電力需求側管理產生新的商業模式。伴隨著電力市場體制的成熟，電力負荷曲線平穩的用戶在電力市場上將具有更大的競爭優勢，將促使用戶投入成本進行改進自身的電力需求側管理，或者通過購買節能服務優化自身曲線，降低生產的電力成本。傳統的以生產順應需求的能源供給模式將發生重大變化，處于能源互聯網中的各個參與主體都是“生產者”和“消費者”的有機結合體，互聯共享逐步成為新型能源體系中的核心價值觀［4］。

2 能源互聯網技術在需求側管理的應用措施

2.1 能源互聯網概述

能源互聯網是能源和互聯網的深度融合，各領域學者均對其做了大量的研究。結合馬釗等［5］的研究成果，能源互聯網初步定義為：以電力系統為中心，智能電網為骨干，互聯網、大數據、云計算及其他前沿信息通信技術為紐帶，綜合運用先進的電力電子技術和智能管理技術，能夠實現橫向多源互補、縱向源—網—荷—儲協調的能源與信息高度融合的下一代能源體系，同時具有扁平化性、面向社會的平臺性、商業性和用戶服務性［5］。

2.2 能源互聯網技術的需求管理應用措施

能源互聯網技術具有智能感知、云計算、大數據分析、需求響應等先進信息技術，可為電力需求側管理提供信息采集、分析、反饋、管理等手段，從而實現改善系統用電特征的效果。主要的需求側管理應用措施可歸納為以下4 個層面的應用：

（1）大數據技術應用。在電力大數據的環境下，管理層可通過數據挖掘技術動態實時掌握用戶的用電規律及其相關信息，并制定出不同響應策略的電價，以引導用戶改善自身的用電行為［6］。用戶層則可利用數據挖掘技術從紛繁復雜的數據中發現規律提取新的知識，得出參與需求響應的最優決策。最終，在約束的效益目標下，實現社會資源的最優分配，合理優化電網的運行條件以及峰谷差水平。

（2）云計算技術應用。電力需求側管理云平臺集成了數據采集系統、數學模型、網關、云計算分析和處理系統、結果輸出系統等方面，并作為統一、開放、分布式的服務平臺提供給用戶。服務商和用戶通過云平臺的數據和計算能力，進行電力需求優化響應的匹配，實現電力流的最佳分配。

（3）負荷管理優化應用。在能源互聯網通訊基礎設施完善的條件下，用戶之間可通過5G 通信技術實現區域內用戶的互聯和信息交互。負荷管理系統通過用戶的信息、當前的電價機制、電網運行參數等約束條件進行整合和優化計算，為用戶制定系統運行優化的節能用電計劃。所有用戶的用電計劃共同構成了系統的能源消費計劃，并具備節能、經濟、高效等運行特征，從而使得系統的用戶用能負荷實現最優化管理。

（4）能效管理優化應用。電力需求側管理中的能效管理就是引導用戶優化設備的節能水平，提升終端用能設備利用效率。能源互聯網具有完善的數據收集能力，通過收集和分析用戶的能耗信息，結合設備的用戶標準和節電潛力進行對比評估，提供用戶節能信息報表和節能改造經濟效益分析，服務用戶能效管理決策，進而改善用戶設備，實現能效優化管理。

3 能源互聯網技術的應用成效及發展建議

3.1 “十四五”福建省需求側管理的改善效果

“十四五”時期是福建省海上風電、分布式光伏等可再生能源有序、健康發展時期，也是儲能商業化應用的關鍵時期。隨著技術性需求側管理措施的深入推進，對全省負荷的控制效果主要體現在三方面：一是可再生能源提升就地消納能力，降低遠距離輸送，降低全省輸配電損耗；二是儲能設施的建設，對全省進行削峰填谷，降低全省最大負荷及峰谷差；三是通過能源互聯網平臺參與電力市場交易，主動控制調減用戶負荷需求，從而降低用電成本。

依托能源互聯網技術及衍生的新能源及儲能等設施建設，電力需求側管理能力逐步提升。福建省電力需求側管理按照著重響應尖峰負荷需求、抬升低谷負荷水平的原則，對全省負荷曲線進行優化和改善，預計2025 年可降低全省最高負荷約170 萬kW，縮減年最大峰谷差約300 萬kW。全省尖峰負荷由5 770 萬kW 下降至5 600 萬kW，97%以上尖峰小時數由13 h 提升至73 h，負荷尖峰化的趨勢更加明顯。

從全省負荷特性上分析，在需求側管理措施控制下，負荷早高峰、午高峰的雙峰模式預計將合并為中午的單峰模式。一方面，中午時段為平價用電時段，較早高峰、午高峰具有用電成本優勢；同時，中午累積的氣溫效應較高，降溫負荷較大；此外，部分需求側控制設施作用于早高峰、午高峰，降低了全省尖峰負荷需求量。2025 年福建省典型日負荷曲線的需求側管理效果對比見圖3。

3.2 投資回收機制分析

能源互聯網包含能源生產、輸送、銷售、分配、消費以及優化分析等環節，具有較多的節點單元，其投資量巨大。電力系統處于能源互聯網的核心地位，構建打造能源互聯網企業是電網公司未來發展的主要目標之一。而在電力體制改革框架下，僅以輸配電價進行投資回收的電網模式難以有效推動能源互聯網的建設積極性，需要充分挖掘其產生的社會效益，并通過電價機制獲得合理的回報。

圖3 典型日負荷曲線的需求側管理效果對比圖

能源互聯網技術形成的可再生能源就近消納提升、降低全省峰谷差、提升能源供應能力等方面改善效果，所取得的效益基本上為社會屬性效益，但能源互聯網的投資建設者獲取此部分收益較為困難，這就造成能源互聯網的建設驅動力不足，發展進展較慢。另一方面，能源互聯網技術在需求側管理控制措施的配套運行政策機制不夠完善，也難以形成相應的商業模式，發展可持續性較差。

以福建地區為例，全省2025 年預計可削減尖峰負荷約170 萬kW。在省級電力規劃中，若考慮通過新增電力裝機及輸配電設施滿足尖峰負荷供電要求，則其投資額可達數十億元，而通過需求側管理的手段進行削峰填谷，則其成本預計僅為投資成本的十分之一以下。雖然需求側管理的效益相對可觀，但需要構建相對較為完善的基礎設施平臺以及配套的政策措施，才能推動需求側管理運行順暢。而搭建適用于需求側管理開展的基礎設施則需要花費巨大的費用，才能取得長久的社會成效。因此，針對能源互聯網技術在電力需求側響應部分取得的社會效益，可參照輸配電價回收機制，進行評估并給予合理的回報率進行回收投資。

3.3 發展的政策建議

為更好推進能源互聯網的建設，促進需求側管理的實施和發展，需要搭建相應的頂層設計機制，主要提出如下的發展建議：

（1）構建完善的需求側響應市場機制。構建完善的市場機制是大規模發展需求響應項目的關鍵。在逐步培育發展電力市場的同時，應考慮電力需求側管理與需求響應與電力市場的銜接機制，構建激發需求側資源響應的電力供需實時價格信號，加快完善電力現貨市場與輔助服務市場的建設。在充分研究需求響應發展路徑的基礎上，形成可復制、可推廣的市場建設方案。

（2）加強需求響應技術體系架構建設。通過能源互聯網技術，打破源、網、荷、儲等單元間的數據壁壘，形成綜合化、系統化的用能數據體系，進一步結合大數據技術進行系統分析和優化，實現需求側響應資源的優化分配。完善需求響應技術標準體系，并在需求響應項目的設計、建設、運行和維護中，重視現行標準的推廣和應用，提高項目建設質量，降低項目投資運維成本。

（3）建立能源互聯網的投資回收機制。對能源互聯網在電力需求側管理層面取得的社會效益進行充分評估。在電網建設過程中，對于必要的能源互聯網相關項目，納入輸配電價投資審計成本，并對產生的社會效益層面相應的投資及其合理的利潤率給予投資回收。

4 結論

能源互聯網的建設，有利于推動能源行業技術進步，推動我國能源向清潔低碳、安全高效的發展方向轉型。能源互聯網技術涉及廣泛，可充分應用到電力需求側管理過程中，通過數據分析、優化控制等手段，實現系統需求側主動響應和控制。預計將進一步削減福建省“十四五”期間的尖峰負荷，優化負荷特性，避免造成大量的電力投資浪費，形成較為良好的社會效益。然而能源互聯網建設投資巨大、投資者經濟效益有限，需要搭建合理的能源互聯網投資回收機制，構建完善的電力市場體系和電力需求側頂層設計，從而推動能源互聯網技術在電力需求側管理更好發揮作用，實現電網的優化運行。