我國電力需求響應發展成效及“十四五”工作展望

何 勝，徐玉婷，陳宋宋，袁金斗，宮飛翔

（1.國家電網有限公司，北京 100031；2.需求側多能互補優化與供需互動技術北京市重點實驗室（中國電力科學研究院有限公司），北京 100192）

0 引言

“十三五”時期，我國電力需求響應（以下簡稱需求響應）總體呈現快速發展趨勢，從局部試點摸索逐步轉向省級范圍大規模示范應用，為我國能源結構轉型、清潔能源消納、電網安全運行、電力供需平衡、用戶能效提升提供了有力支撐［1—4］。不同于有序用電“一刀切”的調節方式，需求響應作為用戶側參與電網調節的彈性手段，用戶可根據激勵政策或電價信號自主進行負荷調節，在保證電力用戶用電滿意度的基礎上引入了市場化的電網調節方式［5—7］，有助于新一輪電力體制改革落實。

目前，我國需求響應發展形勢良好，華北、華東、華中等區域需求響應工作均取得較好效果。截至2020年12月，全國共有11個省（市）開展需求響應相關試點工作，單次響應容量最高達402萬kW，有效緩解了電網供需平衡壓力。天津、山東、江蘇、浙江、上海、江西、河南、重慶、陜西、廣東等地均出臺了需求響應支持政策，建立了需求響應實施機制，在迎峰度夏（冬）、節假日和夜間低谷期開展了需求響應，成效明顯［8—9］。

然而，需求響應仍存在地區發展不平衡的問題，部分省市仍在起步階段。此外，需求響應發展仍然受到政策機制、實施模式、潛力分析等因素制約［10—11］。從響應方式來看，目前國內需求響應開展以基于激勵的需求響應為主，通過相應的補貼政策，引導用戶參與需求響應。但是此種方式補貼資金來源有限，無法形成長效的激勵作用，亟需通過健全完善市場交易機制來保障需求響應可持續發展［12—13］。“十四五”時期，“碳達峰、碳中和”的“雙碳”目標的提出，以新能源為主體的新型電力系統建設戰略的落實，給需求響應工作帶來了巨大機遇，也提出了更高要求。為推動“十四五”時期需求響應工作取得更多實效，文章在分析我國“十三五”時期需求響應工作基礎上，從政策機制、市場交易、技術研發、標準實施4個方面對“十四五”時期需求響應工作提出了相關建議，并對未來發展趨勢進行了展望。

1 “十三五”需求響應工作分析

1.1 政策設計

“十三五”時期，國家和地方出臺多項相關政策，提出了需求響應建設的相關目標，初步形成了支持需求響應發展的國家、省兩級政策體系［14］。

2016—2020年，為推動需求側建設，國家層面陸續出臺了相關指導意見、宏觀規劃以及管理辦法。2017年，《電力需求側管理辦法（修訂版）》中明確提出“支持、激勵各類電力市場參與方開發和利用需求響應資源，提供有償調峰、調頻服務，逐步形成占年度最大用電負荷3%左右的需求側機動調峰能力，保障非嚴重缺電情況下電力供需平衡”。地方層面也積極響應國家需求側建設相關要求，全國共有10個省（市）出臺需求響應相關支持政策，從市場準入條件、補償原則、補償對象、需求響應資源類型、考核評價等方面對需求響應開展進行規范引導。山東省發展和改革委員會發布《2020年全省電力需求響應工作方案》，推動建立“系統導向+價格導向”的需求響應參與模式、“容量市場+電能量市場”的價格補償機制并與現貨市場有效銜接，山東省緊急型需求響應補貼資金列入供電成本；廣東省能源局編制了《廣東省2019年電力需求響應方案》（征求意見稿），該方案規定了形成一般地區3%峰時負荷調節能力，重點地區5%峰時負荷調節能力的目標。國家電網有限公司在《電力需求響應工作兩年行動計劃（2020—2021年）》文件中，提出形成占年度最大用電負荷5%的可調節負荷資源庫的目標，在最新的《國家電網有限公司構建以新能源為主體的新型電力系統行動方案（2021—2030年）》文件中，明確了到2025年、2030年可調節負荷容量分別達到5 900萬kW、7 000萬kW的目標。國家、地方、企業對需求響應的重視程度與支持力度都在逐年增強。

1.2 技術攻關與產品研發

需求響應的實施需要技術和產品作為軟硬件支撐。技術方面，需求響應終端、需求響應服務系統、聚合系統、省級智慧能源服務平臺等設施的建設為需求響應實施構建了物理基礎。攻關力量建設方面，中國電科院籌建了多個實驗室支撐需求響應技術研究。2015年籌建的“電力需求側管理實驗室”獲得國家電網有限公司科技部授牌；2016年獲得美國OpenADR聯盟需求響應信息交換一致性測試實驗室資質授權；2016年申報并獲批需求側多能互補與供需互動北京市重點實驗室。中國電科院經過多年研發，已有一整套需求響應服務系統、需求響應聚合系統、需求響應終端，覆蓋需求響應業務全流程，滿足不同業務主體參與響應需求。截至2020年底，系列產品在浙江、河北、山東等地推廣應用，有效地支撐了各試點省市需求響應工作的開展。

1.3 標準體系建設

目前，國內電力需求響應標準體系已涵蓋系統軟件、硬件終端、互操作接口、檢驗檢測、業務管理5類要素［15］，并成立了專門的標準委員會進行相關標準的制修訂工作。2014年，SAC/TC 549全國智能電網用戶接口標準化技術委員會（以下簡稱標委會）成立。標委會設有電力需求響應工作組，圍繞需求響應標準體系2層架構開展相關標準化工作，目前已完成《電力需求響應系統通用技術規范》等5項國家標準的編制。為了進一步加快需求響應標準體系的完善進度，彌補國家標準無法對需求響應系統軟件、硬件終端功能細化規定的不足，專門編制了相關電力行業標準、中電聯團體標準、電網公司企業標準數十項，進一步規范了需求響應業務發展，推動需求響應技術在不同場景下的應用。

1.4 示范試點

在各級力量的支持下，“十三五”時期，我國需求響應在配合電網削峰填谷、促進新能源消納、助力電力市場發展3方面取得了較好的成效。

需求響應配合電網削峰填谷有助于實現供需平衡調節。2016—2020年，國家電網有限公司經營區累計實施需求響應125次，其中削峰響應86次，填谷響應39次，實現削峰響應量1 853萬kW，填谷響應量1 925萬kW，極大緩解了用電高峰時段電網供電壓力。2019年夏季高溫天氣下，江蘇省實施需求響應削減尖峰負荷402萬kW，刷新了單次需求響應最大削減負荷量的記錄。南方電網經營區，廣東省通過電力需求響應實現持續穩定削峰80萬kW，通過市場化的方式解決電力緊平衡問題。據統計，2019年華北、華中、華東地區各省最大負荷95%以上尖峰持續時間僅為7～60 h，單純通過增加調峰機組和電網配套措施來滿足尖峰負荷需求資源致其利用率低且經濟性差，亟需創新調節機制，從負荷側采用需求響應等靈活措施來解決電網調峰問題。

需求響應是促進新能源消納的有力手段。需求響應能夠緩解新能源發電與用電需求時域不匹配的矛盾，促進新能源消納已成為需求響應的重要應用場景。2017年3月，新疆電網通過需求響應平臺邀約電力客戶，響應負荷18 MW，響應電量30 MWh，是國內首次將需求響應與風力發電協同互補，為探索需求響應促進新能源消納提供了良好的應用實例。

2016—2020年需求響應總量與實施次數如圖1所示。

需求響應需要良好市場機制來支持其可持續發展，同時也促進了我國電力市場建設與完善。山東省作為最早將市場機制引入需求響應的省份，建立了需求側資源參與容量競價與電能量競價的市場機制。2020年11月，山東電網分別實施了首次經濟型填谷需求響應和緊急型填谷需求響應，累計響應負荷達688 MW，其中主動參與經濟型填谷需求響應的負荷達88 MW，這充分體現了采用市場機制引導需求側和發電側協同配合的成效。廣東省在最新的市場化需求響應實施方案中，需求響應費用由所有參與市場化交易的用戶分攤。冀北和上海在虛擬電廠實踐方面走在我國前列，將大量分布式的電源和負荷資源進行聚合，為負荷側資源參與電網調度提供了新的實現路徑。2019年需求響應實施時間如圖2所示。

“十三五”期間，我國需求響應的形式、規模、參與用戶數量、市場機制均有較大的發展，開展情況如表1所示。

年份2016 2017 2018 2019 2020削峰/填谷/次9285 1 16次——51 6 18削峰響應量/萬kW 419.1 7.7 244.8 703.3 477.8填谷響應量/萬kW——374.3 543.6 1 007.2參與用戶數/戶3 340 36 2 394 111 218 18 862參與省份/個22688

2019年需求響應參與用戶數量超過了10萬戶。需求響應的形式主要為削峰和填谷。削峰響應實施時間大多集中在7月、8月，夏季高溫天氣導致制冷負荷迅速增長，午高峰與晚高峰階段用電壓力較大；填谷響應實施時間主要集中在節假日，節假日期間全社會用電負荷低，新能源棄電嚴重、電網輕載。需求響應作為一種靈活的調節手段，對延緩電網投資、提高電網調節能力和資源利用效率、促進新能源消納具有重要意義。

2 面臨的新形勢

2.1 政策要求

在“碳達峰、碳中和”目標下，“十四五”時期新能源裝機比例將保持高速增長。2020年非化石能源在一次能源中的占比約為15.8%，為實現2030年占比25%的目標，2030年風力發電與光伏發電總裝機容量將達到12億kW。

新基建戰略帶動新興負荷快速增長，將顯著增加負荷的隨機特性和沖擊特性。未來5G基站、邊緣計算服務器、電動汽車充電樁將帶來大量的負荷增長。據公安部統計，截至2020年，全國新能源汽車保有量為492萬輛，其中純電動汽車400萬輛，占新能源汽車總量的81.32%。據中國電科院預測，2025年電動汽車數量將達到2 000萬輛，新增充電負荷將達2.4億kW。然而，電動汽車無序充電時造成的臺區負荷劇烈變化對電網沖擊較大，因此，迫切需要研究以新興負荷為代表的可調節負荷和儲能資源參與電網互動響應。

2.2 業務需要

“十四五”時期，在經濟增長與極端天氣雙重影響下，電網負荷將繼續呈現尖峰化特點，最高負荷持續攀升，電網運行調節壓力增大。近年來多地最高負荷連創新高。2021年1月7日，受極寒天氣影響國家電網有限公司經營區最高負荷達9.6億kW，同比增長27.7%，共有11個省份負荷創歷史新高，已超過2020年夏季最高負荷8.75億kW，其中江蘇電網負荷高達1.17億kW。雖然我國電力供應形勢整體充足，但局部電網短時間尖峰供電矛盾突出。

“雙碳”目標下高比例新能源使得電網日最大功率波動顯著增加，調峰調差要求進一步提高。風電光伏等新能源的開發利用是電力行業碳減排的關鍵，然而其較強的隨機性和波動性，不僅無法對電網電壓頻率波動進行快速調整，提供穩定持續的電力供應，而且新能源出力與用電負荷不相匹配，具有一定的反調峰特性，影響電網安全穩定運行。未來，在“碳達峰、碳中和”戰略引領下，我國新能源規模將進一步提高，依靠傳統的調節手段已不能應對高比例新能源帶來的問題，亟需調動需求側柔性資源來應對挑戰。

3 “十四五”時期需求響應發展建議

“十四五”時期，我國需求響應面臨著新形勢、新任務和新要求。“碳達峰、碳中和”及以新能源為主體的新型電力系統建設的不斷推進，對需求側資源利用的高效性要求也不斷提高。“十三五”時期，需求響應取得了良好的成效，同時也顯現出多方面不足。“十四五”時期可從政策、市場、技術、標準4方面采取針對性措施。

3.1 政策支持

政策支持是需求響應能否從試點走向全面推廣的根基。目前需求響應政策機制仍不完善，難以支撐需求響應常態化、規模化開展。國家層面出臺了需求側管理的相關指導意見、宏觀規劃及管理辦法，但對于需求響應細化實施并未出臺全國性的政策。

“十四五”時期制定相關細化政策建議從以下3方面來考慮：一是構建支持需求響應發展的政策體系，明確規定各類資源參與需求響應的準入條件、基本操作流程、收益計算原則、成本疏導原則等，推動將需求響應能力建設有關投資通過納入輸配電價（市場建立前）或輔助服務費用（市場建立后）來進行回收。在此框架下，鼓勵各省因地制宜制定屬地需求響應政策。對于夏季與冬季尖峰負荷高的地區，重點挖掘樓宇空調、電采暖負荷，適當提升快速響應的激勵標準；對于清潔能源消納困難、節假日采暖季電網負備用不足地區，重點挖掘蓄熱蓄冰、電化學儲能負荷，合理控制填谷補貼標準，避免與削峰補貼出現交叉。二是健全需求響應市場化的法律保障，通過修訂完善能源法、電力法，鞏固需求響應各參與方市場主體地位，對需求側資源參與電網輔助服務、分布式電源建設配套服務等方面提供優先保障。三是在新的專項激勵政策下，在“碳達峰、碳中和”目標下，出臺需求響應減少CO2排放量規則，將需求響應作為優質碳交易品種，納入碳市場，幫助用電企業控排創收，形成電力用戶-電網企業-發電企業多方共贏的商業模式。

3.2 市場環境

市場環境是需求響應能否發展成熟的關鍵因素。需求響應建設資金與響應執行的補貼來源是需求響應發展面臨的挑戰，目前需求響應補貼來源集中于尖峰電價增收資金、現貨市場形成的資金空間、項目專項基金等，資金規模有限，未實現市場性的資金補貼來源，本質上仍是計劃性的需求響應。

目前，相關市場化交易主要以參與現貨市場與輔助服務市場為主，且仍處于理論研究設計與試點驗證階段，僅局部地區進行小規模試點工作，暫無大規模市場化應用，相關交易品種、交易機制和操作流程還十分欠缺。

“十四五”時期要抓住電力市場化改革契機，從以下3方面建立健全市場機制營造良好的市場環境：一是進一步完善電價機制，考慮不同地區系統調節需求與能力和新能源裝機情況，因地制宜選擇合適的峰谷電價、分時電價、實時電價、尖峰電價等定價方式，充分發揮電價的市場調節作用。二是設計需求響應參與各類市場的詳細規則，包括容量市場、輔助服務市場、電能量市場等，加強市場信息披露的及時性與公開性，推動更多類型可調節負荷納入市場主體，激發市場潛力，為需求響應的常態化開展提供動力。三是豐富需求響應產品類型、參與方式和商業模式，根據需求側資源特性，設計相應的產品類型參與市場交易，形成可持續的商業模式以支撐需求響應長期發展。

3.3 技術研發

技術研發是需求響應切實應用的重要支撐。我國可調節負荷可挖掘潛力巨大，技術上有2大關鍵問題：一是如何精準感知、預測、聚合大量柔性負荷，準確評估柔性負荷的可調節潛力，提高其響應規模與響應速率，充分發揮需求響應調節作用。二是如何采用準確的負荷基線評估需求響應執行效果，負荷基線的計算直接與用戶補貼激勵相關，基線計算比實際偏高導致用戶補貼減少，參與積極性下降；反之，基線偏低，導致實際補貼資金支出增加，不利于可持續發展。

目前，需求響應技術瓶頸依舊存在，科研開發投入仍需穩步推進。國家電網有限公司制定的新型電力系統行動方案中提出要加快需求響應等關鍵技術攻關。

“十四五”時期應對需求響應的技術問題從以下3個方面重點推進：一是擴大可調節負荷資源庫建設，對各類可調節資源進行普查，到2030年建立7 000萬kW容量的可調節負荷資源庫。二是創新可調節潛力評估方法，應用人工智能、區塊鏈［16］、分布式計算等新技術準確計算不同需求響應場景下，各類柔性需求響應資源的可調節潛力，從響應容量、響應速度、響應可持續時間等角度進行綜合評估。三是進一步完善現有系統、平臺和終端功能，深化可調節負荷互動感知接口研究，提高可調節負荷在線監測調節能力，發揮可調節負荷資源在全網資源優化配置中的作用。

3.4 標準應用

完善的標準體系有利于需求響應業務的規模化發展。現有的電力需求響應標準體系在需求側靈活資源可調節潛力分析、需求響應系統建設、驗收規范等方面仍缺乏相關標準。此外，各省需求響應實施平臺各不相同，平臺間數據通用性不強，各類設備及負荷聚合商的通信接口、協議不統一，交互壁壘拉高了建設成本和難度，不利于形成可復制推廣的需求響應模式。

“十四五”時期加強標準應用從以下3個方面重點推進：一是豐富完善現有標準體系，凝聚全國智能電網用戶接口標準化技術委員會（SAC/TC 549）等相關標委會、高校、科研機構和產業單位力量，學習引進國際先進經驗，開展相關標準的制修訂工作。二是規范可調節負荷與電網信息交互統一接口，出臺相關強制性國家標準或政策要求，提高信息交互效率。三是加強現有標準體系的實用化，提高現有標準的宣貫培訓力度，促進現有標準在實際需求響應平臺建設的應用。

4 未來展望

從未來發展趨勢來看，我國電力消費需求仍將保持平穩較快增長。在能源結構轉型與“碳達峰、碳中和”目標促進下，2030年前風電、光伏總裝機容量將達到12億kW。國家電網有限公司為推動“雙碳”目標實現，制定了構建以新能源為主體的新型電力系統行動方案。新型電力系統的建設帶來了機遇，同時也面臨著巨大的挑戰。隨著發電側大量新能源的涌入，電網運行方式更加復雜，對于調峰、調頻、備用等輔助服務的需求日益增大。與此同時，夏季高溫與冬季寒潮導致的季節性尖峰負荷給電力供需平衡帶來極大挑戰。高比例新能源發電與負荷側尖峰負荷日益提高的雙重壓力下，需求響應將是提升電網調節能力，促進清潔能源消納，提升終端用電能效，保障能源安全的重要手段。

“十四五”時期，我國需求響應發展趨勢將呈現出新的發展特點：

（1）需求響應相關政策進一步完善。在新一輪電力體制改革契機下，隨著國內現貨市場建設不斷成熟，需求側可調節負荷將通過各類靈活電價政策充分發揮市場“無形的手”優化配置作用，讓用戶以競爭方式參與需求響應，調動需求側資源主動參與電網供需平衡調節。

（2）需求響應關鍵技術研究逐步深入。可調節負荷資源庫建設方面，資源類型更加豐富，形成工業、樓宇、居民及新興負荷等需求側可調節負荷模型庫。可調節負荷控制方面，通過大數據分析等技術進一步挖掘用戶側可調節負荷潛力，對可調節負荷進行分層分區聚合優化，參與電網實時互動。

（3）可調節負荷技術標準體系和試驗檢測體系逐步建立并完善。將形成包含數據模型、運行調控、安全穩定、仿真評估等的可調節負荷并網運行與控制技術標準體系。同時，相關系統、平臺、軟件、終端的產品試驗檢測規范完成落地，將明顯提高可調節負荷資源的接入和聚合效率。

5 結束語

“十三五”時期，需求響應從局部的試點測試向全省推廣應用，實踐表明需求響應在促進新能源消納、提升電網調節能力、提升用戶終端用能效率、保障電網安全方面有良好的效果，目前需求響應潛力并未充分挖掘，“十四五”時期可從政策、市場、技術和標準4方面進一步推動我國需求響應快速發展，未來各項政策機制逐步完善，市場交易體系初步形成，商業模式不斷豐富，需求側資源可調節潛力進一步釋放，需求響應成效將進一步顯現。D