湖北電網需求側資源利用實踐與分析

鄧桂平，畢 偉，吳鋒艷，吳海濤

（1.國網湖北省電力有限公司電力科學研究院，湖北 武漢 430077；2.國網湖北省電力有限公司，湖北 武漢 430077；3.國網湖北省電力有限公司物資公司（國網湖北招標有限公司），湖北 武漢 430010；4.國網湖北省電力有限公司武漢公司，湖北 武漢 430010）

0 引言

新型電力系統中電源結構、用電結構和系統生態將發生深刻變化［1-2］，系統調節資源缺乏、新能源消納困難的問題已越來越突出［3］。中國工業企業、商業建筑、充電樁及充電站等用電需求側蘊藏了巨大的可調節資源［4］，在高比例新能源發電與尖峰負荷日益提高的雙重壓力下，亟需推動電力系統由“源隨荷動”向“源荷互動”轉變，充分發揮需求側資源在以新能源為主體的新型電力系統中的作用十分迫切和必要［5-9］。截至2022年7月，湖北電網新能源裝機達1 848.9萬kW、占比20.48%，預計2025 年湖北電網新能源裝機將突破4 000 萬kW。另一方面，近年來湖北電網負荷增長迅速，特別是度夏、度冬、極端天氣期間電力供需形勢嚴峻，充分挖掘利用需求側資源已成為湖北電網安全穩定運行的迫切要求。為推動湖北電網需求側資源利用工作取得更好實效，本文在分析湖北電網2022年迎峰度夏負荷資源結構特點、需求響應典型實踐情況基礎上，提出了當前湖北電網需求側資源利用的主要問題及下一步技術措施。

1 湖北電網需求側資源利用現狀

從需求側資源利用的發展歷程看，需求側資源利用方式主要包括有序用電、節約用電、需求響應等。有序用電是在電力供應不足、突發事件等情況下，通過行政措施、經濟手段、技術方法，依法控制部分用電需求，維護供用電秩序平穩的管理工作。節約用電是指采取技術和管理措施，在用電環節制止浪費、降低電耗、實現電力電量節約的需求側資源利用方式。需求響應是指電力用戶根據經濟激勵措施做出響應，自主調整用電行為、在特定時段減少或增加用電的需求側資源利用方式，原則上無政府強制行政干預，受用戶自主意愿和經濟激勵措施的影響較大。

國際上早已就負荷用戶與電網的互動模式開展了前瞻性研究［10-14］，國內在彈性負荷接入對電力系統的影響分析［15-16］、電動汽車［17-21］和分布式儲能［22-23］及虛擬電廠［24-25］等負荷參與電網運行優化控制方面也做了大量的策略研究和技術儲備。“十三五”時期，我國電力需求響應總體呈現快速發展趨勢，從2014年局部試點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、電力供需平衡提供了有力支撐［26-28］。截至2020 年12 月，全國共有11個省（市）開展了需求響應相關試點工作，單次最高響應容量達402 萬kW，有效緩解了電網供需平衡壓力。與國內江蘇、浙江、上海［29］等需求側資源開發和市場培育水平較高省（市）相比，湖北電網需求側資源利用發展目前處于起步階段。湖北電網近十年未實施有序用電措施，2021 年首次發布需求響應方案并實施5 次小規模需求響應試點，共87 戶次用戶參與、壓降負荷6.39萬kW；2022年湖北電網全面升級電力需求響應政策，湖北省能源局于2022年6月印發《湖北省電力需求響應實施方案（2022 年）》（鄂能源調度〔2022〕32 號）。2022年迎峰度夏期間全省電力供需形勢空前嚴峻，湖北電網累計執行19 次削峰需求響應（全網16 次、局部斷面3 次），參與用戶共5.3 萬戶次，壓降尖峰負荷共4 632 萬kW，單次最高響應容量達510 萬kW、占湖北電網歷史最大負荷的10.5%，是湖北電網首次大規模、長時間利用需求側資源支撐電力供需平衡的典型實踐。

2 湖北電網負荷資源結構及特點

2.1 湖北電網負荷資源結構

2022 年8 月9 日至2022 年8 月23 日，全省連續執行14 輪全網需求響應，2022 年8 月8 日是執行全網需求響應前一天，且該日最大用電負荷4 846萬kW接近2022 年全省度夏期間最大供電能力4 861.6 萬kW，能客觀反映湖北電網度夏真實的尖峰負荷情況，故選取2022年8月8日負荷來分析湖北電網夏季尖峰負荷資源結構及特點，為湖北電網需求側資源利用及潛力挖掘提供基礎。

從午、晚高峰負荷來看，全省午高峰時段（13：00-16：00）平均負荷4 773.42 萬kW，晚高峰時段（20：00-23：00）平均負荷4 736.13 萬kW。湖北電網2022 年夏季典型午、晚高峰全量用電負荷情況如表1所示。

表1 湖北電網夏季典型午、晚高峰全量用電負荷情況Table 1 Typical summer noon and evening peak loads of Hubei power grid

從各產業負荷來看，午高峰時段，三次產業用戶平均負荷分別為28.08萬kW、1 959.39萬kW、1 387.27萬kW，占比分別為0.59%、41.05%、29.06%；城鄉居民用電負荷為1 398.68萬kW，占比29.30%。晚高峰時段，三次產業用戶平均負荷分別為24.21 萬kW、1 594.79 萬kW、969.79萬kW，占比分別為0.51%、33.67%、20.48%；城鄉居民平均負荷為2 147.34萬kW，占比45.34%。

對比以上數據可知：湖北電網夏季典型午、晚高峰整體負荷幾乎相當，但午、晚高峰負荷結構差別顯著。相較于午高峰，晚高峰時段第二和第三產業負荷分別下降364.60 萬kW 和417.48萬kW、兩個產業負荷共下降782.08萬kW的情況下，居民負荷大幅提升748.66萬kW。晚高峰可調控負荷資源嚴重下降，削峰需求響應執行難度嚴重提高。

2.2 工業、服務業可調控負荷資源特點

從各工業行業負荷來看，2022年8月8日午高峰負荷最高的14個工業行業，午高峰時段總平均負荷為634.57萬kW、占第二產業午高峰總平均負荷1 959.39萬kW的32.39%；晚高峰時段，以上14 個行業總平均負荷為578.09 萬kW、占第二產業晚高峰總平均負荷1 594.79萬kW的36.25%。相較于午高峰，在第二產業晚高峰負荷總下降364.60萬kW情況下，在午高峰占第二產業負荷32.39%的14 個負荷最高工業行業，在晚高峰時負荷僅下降56.48 萬kW，56.48 萬kW 僅占第二產業晚高峰下降總負荷364.60 萬kW 的15.49%。對比可知：負荷最高的14個工業行業可作為午、晚高峰可調控的主力負荷資源。

從各服務業負荷來看，房地產業、批發零售、住宿/餐飲、租賃/商務服務等4個含有空調建筑樓宇行業的負荷可調控潛力較大，對經營影響較小的可調負荷（如空調、照明等）占用戶總負荷的23%～36%。相較于午高峰，以上4個服務行業晚高峰負荷總下降約150萬kW。根據午、晚高峰負荷情況及可調負荷比例，以上4個服務行業在午、晚高峰對用戶經營影響較小的可調負荷資源潛力分別約為150萬kW、110萬kW，可作為午、晚高峰的優質可調負荷資源。

3 湖北電網需求響應執行情況

2022年8月19日湖北全網執行需求響應，執行時段目標壓降負荷量為520萬kW（超過歷史最大負荷的10%）、實際最大壓降響應量407.58萬kW，是湖北電網2022年迎峰度夏典型需求響應執行日，故通過2022年8 月19 日響應數據來分析湖北電網2022 年迎峰度夏需求響應執行情況。

從各產業響應量來看，第一產業未參與響應，第二、第三產業在執行時段的平均響應量分別為327.43萬kW、23.48 萬kW，占比分別為93.31%、6.69%，第二產業中工業平均響應量為316.48萬kW、占總平均響應量的90.19%，各產業在2022年8月19日需求響應量如表2所示。

表2 湖北電網需求響應典型執行日各產業響應量Table 2 Response quantity of each industry on typical implementation day of demand response of Hubei power grid

從午、晚高峰響應量來看，午高峰期間各產業頂峰響應能力不足，全行業、第二產業、第三產業午高峰平均響應量較執行時段平均響應量分別下降8.64 萬kW、4.25萬kW、4.39 萬kW；與午高峰平均響應量相比，晚高峰頂峰響應能力呈現全行業和第二產業明顯上升、第三產業繼續下降的態勢，晚高峰全行業、第二產業、第二產業中工業平均響應量分別提升20.97 萬kW、25.70 萬kW、28.63 萬kW，第三產業平均響應量下降4.73萬kW。

從各行業響應量來看，2022年8月19日需求響應執行時段共有113 個行業參與，各行業響應量呈現聚集效應，平均響應量排前10 的行業都在2022 年8 月8日午高峰負荷最高的14個工業行業之中，以上10個工業行業在需求響應執行全時段、午高峰時段、晚高峰時段總平均響應量分別為247.36萬kW、236.10萬kW、268.52萬kW，分別占對應時段全行業總平均響應量的70.49%、68.98%、73.92%。

通過以上對比可知：第二產業中工業特別是用電負荷高的10個工業行業是需求響應資源的聚集主力，而且在晚高峰頂峰響應能力明顯上升。相比于第三產業負荷的可調資源潛力，第三產業中特別是含有空調建筑樓宇的房地產業、批發零售、住宿/餐飲、租賃/商務服務等4個服務行業在午、晚高峰響應量都較低。

4 湖北電網需求側資源利用的主要問題

通過湖北電網首次大規模、長時間執行需求響應實踐過程情況及困難來看，當前湖北電網需求側資源利用主要面臨以下四方面問題：

1）僅通過需求響應方式難以解決長時間、大規模的負荷缺口。湖北電網2022 年迎峰度夏期間連續多日執行削峰需求響應，負荷缺口從50 萬kW 逐步攀升至超過500 萬kW，需求響應可調控資源已接近極限。隨著需求響應連續長時間、大規模開展，企業參與意愿減弱，響應執行率呈明顯下降趨勢，需求響應執行面臨負荷資源壓無可壓的困境。

2）亟需加快多元可調節負荷資源庫建設。目前對各類工業可調節設備和可調節能力未形成“線上化、標簽化、體系化”管理，對用戶負荷特性、實際可調可控能力等信息掌握不足；目前僅聚集于主要大工業企業的剛性調控方案無法應對今后常態化的需求側資源利用需求，亟需加快工業企業、園區、辦公及商業樓宇、充電站及充電樁、5G基站分布式儲能等多元可調節負荷資源庫建設。

3）系統支撐能力有待優化。當前負荷壓降監測數據延時約為30 min，無法滿足供電缺口緊急時刻下負荷壓降實時監控需求；系統基線計算能力、執行策略分解、多維度統計分析等功能還需不斷優化。

4）技術支撐水平有待提高。負荷特性分析、負荷資源響應特征參數辨識及潛力評估等技術手段不足，缺乏對非居民空調、充電站及充電樁、5G 基站分布式儲能等柔性負荷資源聚合調控技術手段，缺乏行業負荷分析、客戶畫像等重要信息化支撐手段。

5 湖北電網需求側資源利用下一步技術措施

為推動湖北電網需求側資源利用工作取得更多實效，針對以上4方面問題的技術措施如下：

1）明確不同需求側資源利用方式的銜接互補策略及技術方案。針對湖北迎峰度冬及度夏、極端天氣等時段電網運行和負荷特性，全面梳理需求響應、有序用電、節約用電等各類負荷資源，明確需求響應、有序用電、節約用電等不同負荷資源利用方式“優先、保底、助力”的啟動條件、銜接互補策略及銜接技術方案。

2）加快分區、分層、分級負荷資源庫建設。規范基層到戶核定重點大工業用戶保安負荷、分輪次及各分路可調可控負荷容量，擴大分輪次及各分路的精準可調可控負荷資源池；深入開展辦公及商業樓宇、園區、充電站及充電樁、5G 基站分布式儲能等快速可調資源摸排，加快對各類快速可調資源的聚合調控能力建設；利用大數據分析、負荷資源潛力評估、客戶畫像等技術，加快“線上化、標簽化、體系化”管理的分區、分層、分級負荷資源庫建設。

3）全面提升負荷管理系統應用深度。鞏固完善新型電力負荷管理系統一期功能，強化平臺負荷資源分析，細分資源所屬行業及生產特性，精準判斷客戶實際負荷控制能力。做好系統二期建設前期準備，加快負荷管理終端升級改造和用戶側控制回路建設［30］，開展智慧能源單元等新型智能終端在需求響應、能效服務、營調協同控制等場景的試點應用及技術驗證，不斷提升需求側資源利用的實用化水平。

4）加快需求側資源利用關鍵技術攻關及應用。加強自動需求響應技術的研究與應用，加快需求側資源與電網供需互動響應的潛力評估、模型構建、負荷聚合、信息交互、安全接入、調控策略及調控體系等方面的技術研究及示范應用，提高需求響應的自動化和實時化水平，為需求側資源參與緊急供需平衡、調峰調頻輔助服務及電力市場交易等場景提供技術支撐。

6 結語

為應對新形勢下湖北電網在電力供需平衡、安全穩定運行等方面的新挑戰，亟需加快挖掘需求側資源參與電網友好互動能力。結合當前湖北電網需求側資源利用現狀及面臨的主要問題，下一步需從資源利用方式銜接互補、資源庫建設、系統深化應用和關鍵技術攻關4方面技術措施推動湖北電網需求側資源利用工作取得更多實效。