“雙碳”背景下供需互動發展路徑及關鍵技術

鈐恩魁

關鍵詞：碳中和;碳達峰;供需互動;電力市場

為了緩解環境污染、氣候變化等的問題，全世界都在積極探索清潔能源的使用。加快能源轉型，構建以可再生清潔能源為主的新型能源體系，已經成為全世界的共識。國際能源署在新能源發展報告中指出，截至2020年，全球將會建成超過700GW的可再生能源機組。目前來看，歐洲國家在新能源體系的建設中走在了世界的前列。其中，丹麥的新能源滲透率（新能源裝機容量與最大負荷的比值）超過了90%，西班牙與葡萄牙的新能源滲透率也分別超過了75%和60%。美國加州能源委員會的報告也顯示，在2030年之前，加州政府將實現州內可再生能源占整體發電容量的50%以上。

與此同時，我國也向世界承諾2030年實現“碳達峰”，2060年實現“碳中和”。在“雙碳”目標的壓力下，我國的能源供給勢必逐漸以可再生能源為核心。但隨著新能源電力的大量滲透，許多新的問題接踵而來。新能源機組的出力特性決定了其靈活調節能力較傳統的火電機組大大降低，從而導致電網調節的靈活性快速下降，同時，新能源機組出力負荷曲線難以與用戶的負荷曲線良好的匹配，從而造成大量棄風棄光現象的發生。為了解決這一問題，需要利用各種手段，充分調動需求側資源，實現供需兩側的靈活互動。

1高比例可再生能源電網供需互動發展路徑

火電機組的大量退出，使得需求側可調節資源在維持電網平衡中的作用愈發突出。需求側可調節資源具有產權分散、單個設備容量小、數量巨大等特點，因此很難直接通過集中化的手段進行調節，需要依托電力市場，進行綜合的引導。目前，國內的電力市場還處于初級階段，負荷條件的大中型用戶通過售電公司參與到電力市場的年度以及月度競價中去。而隨著現貨市場的逐漸開放，電力市場的相關業務會逐漸豐富，同時，其用戶群體也會逐漸拓展至終端小用戶。在目前較為成熟的電力市場中，終端用戶通過聚合商/售電商參與到電力市場的相關業務中，但由于各個聚合商/售電商為單獨的利益體，其在業務開展的過程中有著較強的排他性，導致終端用戶同一時間只能夠接受同一個聚合商/售電商的服務。

對于系統來說，聚合商會以自身利益最大化為目標進行需求側資源的調配，但多個聚合商/售電商之間相互獨立，使得系統難以達到全局最優。對于用戶來說，其在同一時間段內只能選擇一家聚合商/售電商購電，對用戶多樣化的自主選擇構成了限制。

這種交易模式的形成，一方面受限于商業模式未能充分發展，另一方面受限于信息采集與通信能力。而隨著互聯網以及能源物聯網的快速發展，各個主體之間的實時互動已經能夠實現，因此，需要在用戶側發展出一套電力綜合交易平臺，以充分調動需求側資源參與需求響應業務。

如圖1所示，可以在電力市場下級建立一個電力綜合交易平臺，由第三方進行運營。聚合商/售電商在平臺中建立相關的群組，并在平臺中發布群組的相關信息，如激勵補貼措施，響應率以及地區性要求等。用戶不需要與某一聚合商/售電商單獨聯絡，只需要在綜合服務交易平臺中查詢合適的群組，并申請加入，由相應的聚合商/售電商進行審核，達到要求之后便可以進入相應的組群參與需求響應業務，由建立該組群的聚合商/售電商提供服務。用戶可以根據自己的需求隨時選擇更換或者退出組群。用戶的歷史響應數據以及信用記錄由綜合服務交易平臺統一記錄，聚合商/售電商能夠查詢平臺內所有用戶的相關數據，進而可以向自己所需求的潛在客戶推送相應的人群推薦。

通過綜合服務交易平臺，可以將現有電力零售市場聚合商/售電商與用戶之間一對一的關系變為多對多的關系，在增加聚合商/售電商之間競爭的同時，也使得其能夠在更加廣泛的用戶群體中選擇出符合自己業務開展需求的用戶，從而建立起響應特性更加穩定的需求響應業務群組，能夠更好地參與電力市場的相關業務。用戶在參與需求響應相關業務時，也有了更加多樣靈活的選擇，從而能夠最大化地釋放出自身的需求響應潛力。

2關鍵技術

2.1碳排放流追蹤技術

目前，無論是國內還是國際上對于碳排放的核算方法多基于《IPCC國家溫室氣體排放清單指南》，在此指南的基礎上，根據生產工藝，選取經驗系數，計算生產過程的碳排放。但該過程難以反映碳排放的實時變化，從而難以反映生產過程中的實時碳排放。此外，研究表明超過40%的二氧化碳排放是在發電過程中化石燃料的燃燒產生的。但應當指出的是，雖然發電廠直接產生碳排放，但最終還是用戶消費了能源，因此應該由終端用戶對碳排放負責。因此，對于碳排放流的追蹤技術就顯得格外重要。又考慮到電力的傳輸需要遵循物理規律，電能量經濟層面的交易與實際的電力傳輸不完全對應。例如，用戶與某發電廠簽訂了購電協議，但其實際使用的電能量未必完全來自于該發電廠。目前，已有研究提出按比例分攤的碳排放流計算方法，但還處于起步階段，未來需要更加深入的研究。

2.2調節能力綜合評價技術

完善的用戶調節綜合評價技術是順利開展需求側調節的先決條件。在開展需求側調節業務時，主要的技術指標有響應率、響應速度、偏差量等，不同的業務對于用戶響應特性的需求不同，在負荷削減型的業務中，需要用戶盡可能多地去響應，而在新能源消納型的業務中，需要盡可能地去匹配新能源的出力曲線，從而偏差量成為最主要的指標，而在調頻等輔助服務類型的業務中，響應速度無疑是所有關鍵指標中最為重要的。因此，很難有一個簡單通用的評判標準去評判用戶響應行為的好與不好，需要建立一套全新的標準評判體系。

可以提取出履約能力、響應潛力、響應速度、響應率以及偏差量等不同業務開展所需要的關鍵指標，建立用戶需求響應能力評價圖，從不同的角度對用戶的響應能力進行評價，進而形成用戶的綜合評價體系。

2.3多方參與下的信用體系支撐技術

在用戶綜合評價體系的基礎上，建立起完善的用戶信用體系，有助于供需互動業務的開展。對于聚合商/售電商來說，完善的用戶信用體系，能夠幫助其深入了解用戶的特點，從而在開展定向需求響應業務時能夠更加針對性的制定激勵措施，提升用戶響應的效果。對于用戶來說，信用體系的建立能夠促進其認真對待每一次的響應調節。聚合商/售電商也可以對于高信用用戶進行額外的調節獎勵，這也能夠促進用戶維護自己的信用評分，從而達到雙贏的目的。

但用戶信用體系的存儲是一個需要解決的關鍵問題。在完善的電力市場環境下，會有多個聚合商/售電商共存，建立統一的信用數據庫授權不同的聚合商/售電商對用戶的信用信息進行存儲與讀取，其權限的交叉授權十分復雜，且多用戶共用數據庫還存在著用戶數據泄露甚至被篡改的風險。需要一套完善的用戶信用記錄體系，使得被授權用戶能夠方便的查看用戶的信用記錄，同時最大限度地規避用戶信用記錄被篡改的風險。

區塊鏈技術能夠很好地解決這一問題。區塊鏈可以看作是一種去中心化的協作機制，在可信網絡上的交易可以隨時進行，區塊鏈的賬本空間也在無限延長，根據時間序列表所生成鏈條的每個全功能節點均具有區塊鏈的完整備份，用戶的信任完全基于全網節點的獨立記賬以及在網絡上的各個去中心化節點上的公開賬本，無需第三方機構監管或者單獨創建信息核驗機制。利用區塊鏈技術能夠很好地解決用戶信用評價的記錄問題，方便多主體查看，且杜絕了用戶信用體系被篡改的可能。但區塊鏈技術在用戶信用評價存儲上的具體應用方式，還需要進一步去研究與完善。

3發展展望

3.1需求側調節參與容量市場

容量市場即聚合商/售電商向電網承諾，在需要的時候能夠提供合同月定量的負荷削減或者出力增加的服務，而電網則定期對容量服務提供商支付相應的補償，以彌補其備用容量的投資成本。目前，世界各國都在對需求側資源參與容量市場的方法進行研究，例如，在美國PJM電力市場的需求響應發展規劃中，就著重對需求響應參與容量市場的發展路線進行了規劃。

傳統的容量市場一般由發電商參與，機組通過預留一定量的熱備用來滿足緊急情況下的負荷需求。但這種方式是以犧牲經濟性為代價的，同時，在某些情況下，機組熱備也可能面臨失效。而將需求側資源進行整合之后參與容量市場，就可以極大的緩解這一情況，用戶在平時享受備用容量補貼，在緊急情況下主動斷電，以彌補發電機跳閘帶來的功率虧損，從而能夠最大程度上降低對合同外用戶用電的影響。

聚合商/售電商通過實施定向需求響應，能夠激勵用戶在需要的時候對其用電行為進行調整，從而釋放出可調節容量。聚合商/售電商通過聚合用戶釋放出的可調節容量，參與到電力市場中去。一般來說，容量市場給予聚合商/售電商的補貼較高，但其違約懲罰也較高，而電量市場的利潤空間相對較小，其違約懲罰也較小。不同于發電側，用戶用電行為的波動性很強，很可能會出現各種不同的情況導致需求響應調節效果難以達到預期。因此，聚合商/售電商需要對用戶行為進行分析與預測，選擇合適的量來參與容量市場，從而保證最大化其盈利的同時，不會有違約的情況發生。

3.2定向需求響應參與輔助服務市場

輔助服務市場主要包括：調峰、調頻（AGC）、調壓（AVC）、備用、黑啟動、阻塞消除、安全啟動等，以上所有的業務都對負荷變動的時效性以及精準性有著較高的需求。而定向需求響應能夠對負荷側的負荷曲線進行整形，從而形成預期的曲線形狀。尤其在以小時或分鐘為單位的輔助服務市場中，定向需求響應由于對用戶有所甄別，因此能夠滿足其時效性與精準性的需求，從而聚合負荷側資源參與到輔助服務市場中去。

不同于能量市場與容量市場，輔助服務市場對負荷變動的時效性要求較高，通常以5min為單位抑或更短。因此，這就對需求響應業務的開展提出了挑戰。在定向需求響應的框架下，聚合商/售電商在對用戶進行分群時，可以根據業務特點，以用戶的響應速率為主要指對用戶進行劃分，從而保證在參與輔助服務市場的相關業務時，其響應速率能夠達到要求。