摘要
能源轉(zhuǎn)型背景下的電力清潔低碳化將推動(dòng)傳統(tǒng)電力系統(tǒng)向以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)發(fā)展。新型電力系統(tǒng)中的電力供應(yīng)保障和安全穩(wěn)定運(yùn)行能力將受到高比例新能源的極大挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)運(yùn)行模式下單靠電源側(cè)資源已無(wú)法滿(mǎn)足安全穩(wěn)定且經(jīng)濟(jì)高效的電力供應(yīng)要求，必須充分挖掘需求側(cè)資源的潛力，由“源隨荷動(dòng)”向“源荷互動(dòng)”轉(zhuǎn)變。文中首先闡述了新型電力系統(tǒng)面臨的電力安全可靠經(jīng)濟(jì)供應(yīng)新形勢(shì)，其次研究分析了國(guó)內(nèi)外需求側(cè)資源利用實(shí)踐，在此基礎(chǔ)上，提出了面向新型電力系統(tǒng)的需求側(cè)資源利用關(guān)鍵技術(shù)，并從資源開(kāi)發(fā)重點(diǎn)、運(yùn)行管理、市場(chǎng)機(jī)制、政策措施、商業(yè)模式5個(gè)方面對(duì)中國(guó)新型電力系統(tǒng)需求側(cè)資源利用進(jìn)行了展望。
關(guān)鍵詞
新能源; 新型電力系統(tǒng); 需求側(cè)資源; 需求響應(yīng); 電力供應(yīng)
0 引言
隨著全球氣候問(wèn)題日益凸顯，世界主要國(guó)家積極推進(jìn)碳中和。加快發(fā)展非化石能源，尤其是風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電等新能源，是推動(dòng)能源低碳轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵。2021年3月，中央財(cái)經(jīng)委員會(huì)第九次會(huì)議提出構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。新型電力系統(tǒng)中電源結(jié)構(gòu)、用電結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)生態(tài)將發(fā)生深刻變化［1］，僅依靠電源側(cè)的調(diào)節(jié)能力已經(jīng)難以保障新型電力系統(tǒng)的電力可靠供應(yīng)和安全穩(wěn)定運(yùn)行，并且成本高昂。相比之下，需求側(cè)的解決方案則通常規(guī)模較小，且選擇更加多元化，推動(dòng)電力系統(tǒng)由“源隨荷動(dòng)”向“源荷互動(dòng)”轉(zhuǎn)變，充分發(fā)揮需求側(cè)資源在以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)中的作用十分迫切和必要［2-4］。
隨著分布式電源、儲(chǔ)電、儲(chǔ)熱、柔性調(diào)節(jié)等技術(shù)的應(yīng)用，負(fù)荷用電特性發(fā)生重大變化。中國(guó)工業(yè)企業(yè)、商業(yè)建筑等用電負(fù)荷中蘊(yùn)藏了巨大的可調(diào)節(jié)資源，但目前對(duì)需求側(cè)資源調(diào)節(jié)能力挖掘不足，受到了市場(chǎng)、政策、技術(shù)等多方面的約束，難以形成穩(wěn)定的負(fù)荷與電網(wǎng)協(xié)調(diào)互動(dòng)能力，在新型電力系統(tǒng)中的作用發(fā)揮十分有限。諸多文獻(xiàn)對(duì)需求側(cè)資源的利用進(jìn)行了研究，但相關(guān)研究仍基于傳統(tǒng)電力系統(tǒng)開(kāi)展，新能源為主體的電力系統(tǒng)中，需求側(cè)資源利用的環(huán)境發(fā)生了深刻變化，其功能定位、市場(chǎng)機(jī)制、支持政策均需要重新考量；同時(shí)，需求側(cè)資源的類(lèi)型也發(fā)生了深刻變化，由傳統(tǒng)單向利用向雙向互動(dòng)轉(zhuǎn)變，其開(kāi)發(fā)重點(diǎn)、支撐技術(shù)、商業(yè)模式均需要?jiǎng)?chuàng)新拓展。
本文圍繞以新能源為主體的電力系統(tǒng)面臨的新挑戰(zhàn)，從需求側(cè)資源的利用方式和實(shí)踐入手，研究未來(lái)需求側(cè)資源開(kāi)發(fā)重點(diǎn)，分析了以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)中需求側(cè)資源利用關(guān)鍵技術(shù)，并進(jìn)行了展望。
1 需求側(cè)資源利用面臨的新形勢(shì)
從需求側(cè)資源利用的發(fā)展歷程來(lái)看，需求側(cè)資源利用方式主要包括有序用電、能效管理、需求響應(yīng)、精準(zhǔn)實(shí)時(shí)負(fù)荷控制等。有序用電是指在電力供應(yīng)不足、突發(fā)事件等情況下，通過(guò)行政措施、經(jīng)濟(jì)手段、技術(shù)方法，依法控制部分用電需求，維護(hù)供用電秩序平穩(wěn)的管理工作。能效管理是指采取技術(shù)和管理措施，在用電環(huán)節(jié)制止浪費(fèi)、降低電耗、實(shí)現(xiàn)電力電量節(jié)約的需求側(cè)資源利用方式。需求響應(yīng)是指電力用戶(hù)根據(jù)價(jià)格信號(hào)或激勵(lì)措施，改變用電行為的需求側(cè)資源利用方式。精準(zhǔn)實(shí)時(shí)負(fù)荷控制是指由電網(wǎng)運(yùn)行機(jī)構(gòu)精準(zhǔn)實(shí)時(shí)控制可快速響應(yīng)的柔性負(fù)荷的需求側(cè)資源利用方式。
隨著中國(guó)電力市場(chǎng)改革的推進(jìn)以及數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用，需求側(cè)資源在新型電力系統(tǒng)中的價(jià)值日益凸顯。中國(guó)2021年1月出現(xiàn)寒潮期間，在統(tǒng)籌全網(wǎng)支援能力、本地可用機(jī)組已全開(kāi)滿(mǎn)發(fā)情況下，需求側(cè)資源在電網(wǎng)中發(fā)揮的作用不可或缺。未來(lái)，在繼續(xù)做好發(fā)電側(cè)與電網(wǎng)側(cè)資源優(yōu)化利用的同時(shí)，將需求側(cè)資源納入電網(wǎng)規(guī)劃與運(yùn)行管理，發(fā)揮需求側(cè)資源的靈活調(diào)節(jié)作用將成為保障新型電力系統(tǒng)電力可靠、穩(wěn)定和低成本供應(yīng)的關(guān)鍵手段。
相比于傳統(tǒng)電力系統(tǒng)，新型電力系統(tǒng)在電源結(jié)構(gòu)、用電結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)生態(tài)方面呈現(xiàn)新變化。在電源側(cè)，新能源裝機(jī)和發(fā)電占比將不斷提升，逐步成為電力系統(tǒng)中的新增裝機(jī)主體乃至電量供給主體，煤電逐步成為調(diào)節(jié)性電源。在用電側(cè)，一方面，冬季、夏季“雙峰”特征明顯，尖峰負(fù)荷持續(xù)時(shí)間只有30~50 h，冬季高峰負(fù)荷逐步接近或超過(guò)夏季負(fù)荷，受氣候變化影響，夏季極熱、冬季極寒等極端天氣下負(fù)荷可能急劇增長(zhǎng)；另一方面，隨著第三產(chǎn)業(yè)和居民用電負(fù)荷占比增加，電網(wǎng)負(fù)荷峰谷差持續(xù)擴(kuò)大。此外，隨著分布式新能源、儲(chǔ)能等發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)、通信等技術(shù)不斷創(chuàng)新，電力消費(fèi)模式正在發(fā)生變化，更多的電力用戶(hù)參與到電力生產(chǎn)中，形成虛擬電廠(chǎng)、負(fù)荷聚合商、綜合能源系統(tǒng)等多種新業(yè)態(tài)。
與此同時(shí)，電力系統(tǒng)也將面臨前所未有的挑戰(zhàn)。
一是電力系統(tǒng)將面臨新的電力電量平衡難題，保供應(yīng)壓力加大。新能源發(fā)電具有隨機(jī)性、波動(dòng)性，從歷史統(tǒng)計(jì)規(guī)律看，季節(jié)上的大風(fēng)期和冬夏用電高峰期不一致［5］，冬夏季高負(fù)荷期，新能源近六成的時(shí)間出力處于裝機(jī)容量的15%以下，電力平衡較緊張；從日內(nèi)電力供應(yīng)看，極熱無(wú)風(fēng)、晚峰無(wú)光，新能源發(fā)電能力與實(shí)際用電需求不匹配，晚峰時(shí)段新能源七成的時(shí)間處于裝機(jī)容量的15%以下。極端場(chǎng)景下負(fù)荷激增，新能源卻無(wú)能為力，如2020年末寒潮期間，湖南用電負(fù)荷快速增長(zhǎng)，但超八成風(fēng)電機(jī)組因冰凍無(wú)法發(fā)電，晚峰出力不足裝機(jī)容量2%，甚至出現(xiàn)瞬時(shí)為零的情況。
二是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)增加，保安全難度加大。新能源設(shè)備具有低抗擾性和弱支撐性，系統(tǒng)故障和極端情景下將嚴(yán)重沖擊電力系統(tǒng)安全［6］。近年來(lái)，中國(guó)新能源引發(fā)的電網(wǎng)安全事故時(shí)有發(fā)生，國(guó)外典型高比例新能源地區(qū)已出現(xiàn)新能源導(dǎo)致大規(guī)模停電的極端事故，如2019年8月英國(guó)大停電事故中新能源在系統(tǒng)發(fā)生擾動(dòng)時(shí)大規(guī)模脫網(wǎng)，進(jìn)一步加大了系統(tǒng)功率缺額［7］。
三是新能源跨越式發(fā)展情況下，將新能源利用率保持在較高水平難度加大。實(shí)現(xiàn)新能源高效利用面臨系統(tǒng)成本大幅上漲壓力。隨著新能源大規(guī)模接入電力系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模新能源高效利用需付出靈活性電源投資成本、平衡成本、運(yùn)行損失成本和電網(wǎng)投資成本等系統(tǒng)成本，推高電力系統(tǒng)供應(yīng)成本。初步研究顯示，新能源電量滲透率超過(guò)15%后，系統(tǒng)成本進(jìn)入快速增長(zhǎng)臨界點(diǎn)。
面向中國(guó)未來(lái)以新能源為主體的電力系統(tǒng)，需求側(cè)資源利用方式將以能效管理為基礎(chǔ)，以有序用電作保底，更加注重需求響應(yīng)和精準(zhǔn)實(shí)時(shí)負(fù)荷控制在保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行中的作用。具體來(lái)講，需求側(cè)資源的主要作用可分為3類(lèi)：第1類(lèi)是保供應(yīng)，即保障電力可靠供應(yīng)，在新的電源結(jié)構(gòu)和用電結(jié)構(gòu)形勢(shì)下，支撐電力供需平衡；第2類(lèi)是保安全，即保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，在電網(wǎng)緊急情況下，作為常態(tài)化可調(diào)度資源；第3類(lèi)是以最低的成本實(shí)現(xiàn)新能源高效利用。即需求側(cè)資源與發(fā)電側(cè)資源、電網(wǎng)側(cè)資源、儲(chǔ)能等協(xié)同利用，以最經(jīng)濟(jì)的方式實(shí)現(xiàn)電力安全可靠供應(yīng)與新能源高效利用。
2 國(guó)內(nèi)外需求側(cè)資源利用的實(shí)踐
2.1 需求側(cè)資源利用的國(guó)外實(shí)踐
歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)在需求側(cè)資源利用方面的研究開(kāi)展較早，20世紀(jì)70年代美國(guó)最早提出了電力需求側(cè)管理，得益于較為成熟的政策法規(guī)和市場(chǎng)環(huán)境，歐美在需求側(cè)資源利用方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)［8-9］。
在應(yīng)用場(chǎng)景方面，需求側(cè)資源廣泛應(yīng)用于提升系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性、安全性、可靠供電以及節(jié)能增效。提升系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性方面，美國(guó)能源部報(bào)告顯示紐約獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商（NYISO）、新英格蘭獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商（ISO-NE）、賓夕法尼亞-新澤西-馬里蘭聯(lián)合電力市場(chǎng)（PJM）等區(qū)域輸電組織通過(guò)需求響應(yīng)每年每千瓦分別獲益0.22、0.04、0.29 美元［10］；提升安全性方面，如2006年，美國(guó)得克薩斯州電網(wǎng)發(fā)電容量瞬時(shí)缺失1 000 MW，頻率跌至59.7 Hz，需求側(cè)資源快速響應(yīng)，總?cè)萘窟_(dá)到1 150 MW，在保障電網(wǎng)頻率穩(wěn)定方面起到關(guān)鍵作用［11］；保障可靠供電方面，2015年，德國(guó)日全食期間光伏出力呈“V”形變化，為解決供需不平衡問(wèn)題，啟動(dòng)了需求響應(yīng)，減少負(fù)荷3 800 MW，約占光伏下降出力的46%；提升能效管理方面，日本積極引進(jìn)需求側(cè)資源利用新形式，提出了“負(fù)電力”市場(chǎng)，實(shí)行終端用能產(chǎn)品能效領(lǐng)跑者制度。
在激勵(lì)機(jī)制方面，歐美均建立了“尖峰電價(jià)+中斷補(bǔ)償”的激勵(lì)機(jī)制。美國(guó)采用居民用戶(hù)分時(shí)電價(jià)、工業(yè)用戶(hù)實(shí)時(shí)電價(jià)激勵(lì)機(jī)制，為用戶(hù)提供不同電價(jià)方案，激發(fā)用戶(hù)參與積極性，加州等地區(qū)逐步試點(diǎn)尖峰電價(jià)，削峰效果顯著。針對(duì)中斷負(fù)荷激勵(lì)，加大補(bǔ)償力度，如挪威提前15 min通知，補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到了502倍電價(jià)，負(fù)荷種類(lèi)不限；在美國(guó)加州對(duì)于提前30 min通知的中斷負(fù)荷，補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)為120倍電價(jià)。
在市場(chǎng)建設(shè)方面，依托成熟的電力市場(chǎng)環(huán)境，歐美建立了較為完備的需求側(cè)資源參與各類(lèi)細(xì)分市場(chǎng)的規(guī)則和交易機(jī)制。通過(guò)立法明確需求側(cè)資源參與容量市場(chǎng)、電量市場(chǎng)、輔助服務(wù)市場(chǎng)等各類(lèi)市場(chǎng)的主體地位，市場(chǎng)主體主要包括配售電公司、負(fù)荷聚合商、工商業(yè)負(fù)荷等；利用方式包括以降低電價(jià)為目標(biāo)的經(jīng)濟(jì)型利用方式和以保障電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行為目標(biāo)的緊急型負(fù)荷控制利用方式；收益模式上普遍按照可用性和響應(yīng)效果進(jìn)行獎(jiǎng)懲［12］。2019年，美國(guó)PJM中需求側(cè)資源平均收益達(dá)到了34.73 美元/MW。2020年，美國(guó)聯(lián)邦能源委員會(huì)（FERC）批準(zhǔn)了一項(xiàng)具有突破性的規(guī)則，允許分布式能源資源聚合商在批發(fā)電力市場(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng)，擴(kuò)展了需求側(cè)資源的應(yīng)用空間。
在商業(yè)模式方面，歐美形成了集合需求響應(yīng)、能效管理、能源交易和數(shù)據(jù)增值服務(wù)的多元化商業(yè)模式。美國(guó)售電公司基于智能能源中心開(kāi)展電力需求側(cè)資源利用，用戶(hù)在總用電成本和生產(chǎn)生活習(xí)慣不變的情況下，豐富了能源使用選擇權(quán)，有利于提高用戶(hù)滿(mǎn)意度。歐美也是負(fù)荷聚合商最為活躍的地區(qū)，為需求側(cè)資源的匯聚利用提供了良好的平臺(tái)環(huán)境，美國(guó)EnerNOC公司全球網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)中心每月可收集和評(píng)估近15億個(gè)能源數(shù)據(jù)點(diǎn)，為客戶(hù)提供可靠的需求響應(yīng)能力和節(jié)能機(jī)會(huì)；德國(guó)Next Kraftwerke公司聚合其龐大的分布式電源與可調(diào)負(fù)荷參與電能量交易、輔助服務(wù)、需求響應(yīng)以及峰谷套利，通過(guò)市場(chǎng)與技術(shù)手段并用，實(shí)現(xiàn)單體規(guī)模小、分布零散、調(diào)度和交易難度大、成本高的需求側(cè)資源獲利。澳大利亞等通過(guò)智能電表開(kāi)展用戶(hù)友好互動(dòng)、配電網(wǎng)運(yùn)行管理等增值業(yè)務(wù)。
在重點(diǎn)技術(shù)方面，分布式電源、儲(chǔ)能等需求側(cè)資源進(jìn)入市場(chǎng)，創(chuàng)新應(yīng)用蜂窩技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)得到了推動(dòng)［13-14］。美國(guó)通過(guò)創(chuàng)建能源數(shù)據(jù)云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)智能電表數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控、分析、預(yù)測(cè)，提高需求響應(yīng)的精準(zhǔn)度；美國(guó)某負(fù)荷聚合商集中控制加州地區(qū)的電池儲(chǔ)能，向電力公司提供需求響應(yīng)服務(wù)；愛(ài)爾蘭某公司通過(guò)聚合電動(dòng)汽車(chē)參與需求響應(yīng)；法國(guó)和比利時(shí)聚合商通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)將工商業(yè)負(fù)荷以及分布式電源聚合以提升需求側(cè)資源利用水平。
2.2 需求側(cè)資源利用的國(guó)內(nèi)實(shí)踐
國(guó)內(nèi)需求側(cè)資源利用以需求響應(yīng)優(yōu)先、有序用電保底［15］。2014年以來(lái)，中國(guó)上海、北京、江蘇、天津等省市相繼實(shí)施了削峰、填谷需求響應(yīng)。2016年，江蘇省大規(guī)模源網(wǎng)荷友好互動(dòng)系統(tǒng)投運(yùn)。
在應(yīng)用場(chǎng)景方面，中國(guó)需求響應(yīng)實(shí)踐主要集中于江蘇、浙江、上海、江西、山東等中東部負(fù)荷密集、峰谷差較大的地區(qū)，針對(duì)送、受端電網(wǎng)在冬季供暖、迎峰度夏、電網(wǎng)極端故障等場(chǎng)景下的新能源利用、供需平衡、事故支撐等需求，形成了削峰、填谷、精準(zhǔn)實(shí)時(shí)負(fù)荷控制3種具體實(shí)施方式。削峰方面，2016年，江蘇為了緩解迎峰度夏期間電網(wǎng)供需壓力、解決局部負(fù)荷過(guò)載問(wèn)題，通過(guò)尖峰電價(jià)和可中斷負(fù)荷補(bǔ)貼，工商業(yè)自主響應(yīng)負(fù)荷3.52 GW；填谷方面，如2020年10月前3日，江蘇通過(guò)需求響應(yīng)累計(jì)填谷13.4 GW，促進(jìn)清潔能源利用86.9 GW·h，保障了長(zhǎng)假期間電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行；精準(zhǔn)負(fù)荷控制方面，為提升華東電網(wǎng)最大可受直流饋入容量，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，江蘇實(shí)現(xiàn)了3.76 GW秒級(jí)、2.60 GW毫秒級(jí)的精準(zhǔn)切負(fù)荷能力，參與用戶(hù)達(dá)1 788個(gè)。
在激勵(lì)機(jī)制方面，江蘇、天津等地建立針對(duì)工業(yè)用戶(hù)的尖峰電價(jià)機(jī)制，利用提價(jià)收入建立資金池，用于需求響應(yīng)補(bǔ)貼及相關(guān)平臺(tái)系統(tǒng)建設(shè)。天津區(qū)分填谷和削峰需求響應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)貼管理，同時(shí)根據(jù)電力供需情況，確定啟動(dòng)需求響應(yīng)的類(lèi)型和規(guī)模。江蘇、山東等地制定了分級(jí)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)，補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)與響應(yīng)持續(xù)時(shí)間和響應(yīng)前通知時(shí)間有關(guān)。
在市場(chǎng)建設(shè)方面，江蘇率先出臺(tái)需求響應(yīng)實(shí)施細(xì)則，江蘇、山東以單邊市場(chǎng)競(jìng)價(jià)方式采購(gòu)需求側(cè)資源；浙江出臺(tái)鼓勵(lì)第三方參與輔助服務(wù)市場(chǎng)的試點(diǎn)方案，建立需求響應(yīng)補(bǔ)貼和市場(chǎng)“雙重”機(jī)制。
在商業(yè)模式方面，中國(guó)需求側(cè)資源利用的商業(yè)模式較為傳統(tǒng)和單一，多由電網(wǎng)公司組織，用戶(hù)獨(dú)立參與，最終通過(guò)中標(biāo)容量和實(shí)際響應(yīng)效果獲得補(bǔ)償。近年來(lái)，以分布式電源、可調(diào)節(jié)負(fù)荷為代表的新型需求側(cè)資源庫(kù)不斷拓展，新的商業(yè)模式不斷得到嘗試，如上海積極推動(dòng)虛擬電廠(chǎng)運(yùn)營(yíng)試點(diǎn)參與中長(zhǎng)期需求響應(yīng)，成功組織虛擬電廠(chǎng)參與需求響應(yīng)市場(chǎng)化試點(diǎn)交易3次（端午填谷、國(guó)慶填谷、迎峰度冬削峰），有效交易出清容量總計(jì)151.5 MW，有效支撐了上海電網(wǎng)用電高峰期的調(diào)峰需求。
在技術(shù)方面，江蘇電網(wǎng)和浙江電網(wǎng)分別依托自主研發(fā)的需求響應(yīng)平臺(tái)，積極開(kāi)展多類(lèi)型用戶(hù)的負(fù)荷柔性控制改造及智能終端部署，研發(fā)各類(lèi)可調(diào)節(jié)智能終端和負(fù)荷集控系統(tǒng)，滿(mǎn)足電力供需平衡和動(dòng)態(tài)響應(yīng)的不同要求。江蘇電網(wǎng)利用大數(shù)據(jù)分析，智能挖掘潛在客戶(hù)。上海的自動(dòng)需求響應(yīng)客戶(hù)端為用戶(hù)參與需求響應(yīng)提供了便捷條件。
3 面向新型電力系統(tǒng)的需求側(cè)資源利用關(guān)鍵技術(shù)
3.1 需求側(cè)資源利用關(guān)鍵技術(shù)研究現(xiàn)狀
針對(duì)需求側(cè)資源技術(shù)的研究主要包括2類(lèi)：一類(lèi)是需求側(cè)資源的利用技術(shù)，另一類(lèi)是需求側(cè)資源利用的支撐技術(shù)。其中需求側(cè)資源的利用技術(shù)包括運(yùn)行控制技術(shù)、優(yōu)化調(diào)度技術(shù)以及協(xié)同規(guī)劃技術(shù)。需求側(cè)資源利用支撐技術(shù)主要以“大云物移智鏈”為基礎(chǔ)的計(jì)算、通信、交易等技術(shù)。
1）需求側(cè)資源參與系統(tǒng)調(diào)頻和安全穩(wěn)定運(yùn)行的控制技術(shù)研究
面向未來(lái)新型電力系統(tǒng)，需求側(cè)資源發(fā)揮保安全、保供應(yīng)的作用需要納入電力系統(tǒng)運(yùn)行控制體系。目前，已有需求側(cè)資源利用的運(yùn)行控制研究主要集中在調(diào)頻和保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行領(lǐng)域。調(diào)頻方面，文獻(xiàn)［16］提出一種大功率缺失下頻率響應(yīng)負(fù)荷聚合建模與分散控制方法；文獻(xiàn)［17］研究了通過(guò)模糊控制調(diào)節(jié)需求側(cè)各類(lèi)變頻空調(diào)的出力，輔助發(fā)電機(jī)組改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)調(diào)頻性能。保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行方面，文獻(xiàn)［18］介紹了支撐特高壓互聯(lián)電網(wǎng)安全穩(wěn)定的負(fù)荷友好互動(dòng)技術(shù)，提出了毫秒級(jí)緊急控制、秒級(jí)次緊急控制、分鐘級(jí)常規(guī)控制3種模式，并介紹江蘇電網(wǎng)在負(fù)荷參與電網(wǎng)友好互動(dòng)方面的工程實(shí)踐；文獻(xiàn)［19］提出了備調(diào)池的概念，將溫控負(fù)荷、電動(dòng)汽車(chē)、電儲(chǔ)能等納入需求側(cè)資源備調(diào)池，通過(guò)聚合需求側(cè)可控負(fù)荷資源，為電力系統(tǒng)低頻減載提供負(fù)荷削減，并通過(guò)資源池內(nèi)多類(lèi)可控負(fù)荷協(xié)同控制，提供較長(zhǎng)時(shí)域的負(fù)荷削減持續(xù)時(shí)間，為電力系統(tǒng)頻率故障排除及頻率恢復(fù)爭(zhēng)取時(shí)間。需求側(cè)資源單體容量小，分布廣而散，在實(shí)際應(yīng)用中難以做到接收自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）指令并進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)，而在電網(wǎng)二次調(diào)頻領(lǐng)域應(yīng)用較少，但隨著電動(dòng)汽車(chē)、用戶(hù)側(cè)分布式儲(chǔ)能的普及，需求側(cè)資源參與二次調(diào)頻逐漸被關(guān)注［20］。已有研究已在將需求側(cè)資源納入電網(wǎng)運(yùn)行控制方面做了有益探索，未來(lái)仍需豐富需求側(cè)資源參與系統(tǒng)運(yùn)行控制的類(lèi)型，特別是將需求側(cè)資源納入安全防御體系的運(yùn)行控制的研究亟待開(kāi)展。
2）以新能源高效利用為目標(biāo)的需求側(cè)資源優(yōu)化調(diào)度策略研究
將需求側(cè)資源常態(tài)化納入系統(tǒng)調(diào)度是新型電力系統(tǒng)構(gòu)建的重要內(nèi)容。需要綜合考量需求側(cè)資源的成本、調(diào)節(jié)特性等，并與儲(chǔ)能、常規(guī)電源等做好協(xié)同優(yōu)化。目前，需求側(cè)資源尚未常態(tài)化納入調(diào)度計(jì)劃安排中，考慮需求側(cè)資源在系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行方面的重要價(jià)值，部分文獻(xiàn)分別從大電網(wǎng)和園區(qū)層面進(jìn)行了研究。大電網(wǎng)中，相關(guān)研究主要集中在經(jīng)濟(jì)調(diào)度和促進(jìn)新能源利用領(lǐng)域。文獻(xiàn)［21-22］以系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)和棄風(fēng)率最小為目標(biāo)函數(shù)，構(gòu)建了考慮火電深度調(diào)峰主動(dòng)性與需求響應(yīng)的含儲(chǔ)能電力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度模型；文獻(xiàn)［23］以多目標(biāo)安全為約束，兼顧發(fā)電側(cè)與需求側(cè)柔性負(fù)荷的雙側(cè)協(xié)調(diào)配合，建立了機(jī)組組合優(yōu)化模型。在配電網(wǎng)以及園區(qū)環(huán)境下，需求側(cè)資源優(yōu)化調(diào)度的目的在于提升能源綜合利用效率。文獻(xiàn)［24］以綜合能源系統(tǒng)中能耗成本、污染排放、風(fēng)電消納等多個(gè)調(diào)度為目標(biāo)，建立了考慮綜合需求響應(yīng)的優(yōu)化模型；文獻(xiàn)［25］設(shè)計(jì)了園區(qū)多能源系統(tǒng)綜合需求側(cè)響應(yīng)策略，以解決傳統(tǒng)工業(yè)園區(qū)能源利用效率低、電能緊缺等問(wèn)題。已有研究多以降低新能源棄電率為優(yōu)化目標(biāo)，考慮需求側(cè)資源與電源的協(xié)同優(yōu)化調(diào)度，對(duì)需求側(cè)資源利用、儲(chǔ)能、電源調(diào)節(jié)等成本的綜合比對(duì)與系統(tǒng)優(yōu)化考慮不足，且在源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化調(diào)度與需求側(cè)資源聚合體的分層控制協(xié)調(diào)方面需要進(jìn)一步深化研究。
3）考慮需求側(cè)資源的多目標(biāo)協(xié)同規(guī)劃技術(shù)研究
將需求側(cè)資源常態(tài)化納入系統(tǒng)規(guī)劃，在規(guī)劃階段做好各類(lèi)資源協(xié)同、實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)是提高系統(tǒng)效率、降低系統(tǒng)成本的重要內(nèi)容。目前，需求側(cè)資源利用尚無(wú)專(zhuān)項(xiàng)的規(guī)劃，也未被納入電力系統(tǒng)規(guī)劃之中，文獻(xiàn)［26］研究顯示預(yù)計(jì)“十四五”期間大部分地區(qū)需求響應(yīng)占最大負(fù)荷的比例達(dá)到5%左右，為應(yīng)對(duì)電力供需矛盾應(yīng)將需求響應(yīng)納入電力規(guī)劃。面向高比例新能源電力系統(tǒng)，部分文獻(xiàn)對(duì)考慮需求側(cè)資源的網(wǎng)源規(guī)劃進(jìn)行了研究，文獻(xiàn)［27］闡述了靈活性資源規(guī)劃的迫切性，并提出了包含需求側(cè)資源的源網(wǎng)荷儲(chǔ)四元結(jié)構(gòu)平衡的規(guī)劃模型；文獻(xiàn)［28］提出了考慮廣義需求側(cè)資源的江蘇“十四五”電源規(guī)劃方案；文獻(xiàn)［29］提出考慮環(huán)境成本和需求側(cè)管理的電源規(guī)劃模型；文獻(xiàn)［30］提出考慮可再生能源與需求響應(yīng)協(xié)同增效的規(guī)劃方法。在配電網(wǎng)方面，需求側(cè)資源的規(guī)劃更多是提升分布電源的接入水平。如文獻(xiàn)［31］考慮主動(dòng)管理與需求側(cè)管理研究主動(dòng)配電網(wǎng)分布式光伏最大準(zhǔn)入容量配置方法；文獻(xiàn)［32］考慮分布式電源和需求側(cè)響應(yīng)的配電網(wǎng)綜合規(guī)劃以提高配電網(wǎng)運(yùn)行的良好經(jīng)濟(jì)性和安全可靠性。將需求側(cè)資源作為新型電力系統(tǒng)的常態(tài)化資源納入規(guī)劃，如何評(píng)估需求側(cè)資源的潛力、特性、成本，并與其他資源做好協(xié)同，仍需進(jìn)一步深化研究。
4）“大云物移智鏈”下需求側(cè)資源利用支撐技術(shù)研究
需求側(cè)資源潛力挖掘和作用發(fā)揮離不開(kāi)“大云物移智鏈”等各類(lèi)先進(jìn)技術(shù)的支撐。文獻(xiàn)［33］開(kāi)展了電力需求側(cè)的大數(shù)據(jù)應(yīng)用研究，從幾個(gè)典型應(yīng)用案例出發(fā)分析了電力大數(shù)據(jù)應(yīng)用的瓶頸問(wèn)題；文獻(xiàn)［34］從需求側(cè)響應(yīng)、有序用電和能效管理3個(gè)方面對(duì)基于數(shù)據(jù)挖掘的電力需求側(cè)管理進(jìn)行了綜述；文獻(xiàn)［35-36］分別研究了人工智能和深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)技術(shù)在需求響應(yīng)方面的應(yīng)用；文獻(xiàn)［37］提出了一種以電網(wǎng)側(cè)云平臺(tái)為主導(dǎo)、聚合商內(nèi)部分散協(xié)同加用戶(hù)側(cè)邊緣控制主動(dòng)響應(yīng)的能源互聯(lián)網(wǎng)供需資源協(xié)調(diào)控制框架及方法；文獻(xiàn)［38］提出一種需求響應(yīng)邊緣節(jié)點(diǎn)云部署方法，緩解電網(wǎng)需求側(cè)管理平臺(tái)處理海量業(yè)務(wù)的壓力，提高電力用戶(hù)底層終端的管理質(zhì)量；文獻(xiàn)［39］從工作量證明機(jī)制、互聯(lián)共識(shí)、智能合約、信息安全等方面剖析了區(qū)塊鏈在自動(dòng)需求響應(yīng)系統(tǒng)中的關(guān)鍵問(wèn)題。量測(cè)和通信技術(shù)作為用戶(hù)參與需求響應(yīng)的支持技術(shù)［40-43］，是承擔(dān)用戶(hù)管控用電設(shè)備、參與電力交易和電網(wǎng)互動(dòng)任務(wù)的基礎(chǔ)技術(shù)［44］。面向新能源為主體的新型電力系統(tǒng)中，需求側(cè)資源具有海量的通信節(jié)點(diǎn)，并對(duì)通信實(shí)時(shí)性、可靠性、安全性提出了更高要求，有必要對(duì)基礎(chǔ)性、通用性的通信技術(shù)開(kāi)展研究。
3.2 面向新能源為主體的新型電力系統(tǒng)需求側(cè)資源利用關(guān)鍵技術(shù)研究探討
1）考慮需求側(cè)資源利用的新型電力系統(tǒng)安全防御及韌性提升技術(shù)
高比例新能源接入情況下，電力系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)理更加復(fù)雜，故障不確定性更強(qiáng)，傳統(tǒng)安全防御體系不具備靈活應(yīng)對(duì)不確定性故障的能力，無(wú)法保障復(fù)雜故障條件下的電網(wǎng)安全運(yùn)行。需要將需求側(cè)資源納入電網(wǎng)安全防御體系，研究需求側(cè)資源與源、儲(chǔ)等資源的系統(tǒng)運(yùn)行控制，提出綜合考慮源網(wǎng)荷儲(chǔ)各類(lèi)資源的電力系統(tǒng)安全防御設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)和韌性提升方法。
2）源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化分層協(xié)同調(diào)度技術(shù)
將需求側(cè)資源作為常態(tài)化資源納入電網(wǎng)調(diào)度體系，實(shí)現(xiàn)源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同調(diào)度，是發(fā)揮需求側(cè)資源作用的關(guān)鍵。源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同調(diào)度技術(shù)包括大規(guī)模源網(wǎng)荷儲(chǔ)多維度協(xié)調(diào)優(yōu)化控制方法、大規(guī)?？芍袛嘭?fù)荷精準(zhǔn)控制技術(shù)、基于多安全約束的大規(guī)模精準(zhǔn)負(fù)荷恢復(fù)技術(shù)、負(fù)荷優(yōu)化控制技術(shù)、調(diào)度營(yíng)銷(xiāo)一體化控制技術(shù)等。
3）新型電力系統(tǒng)源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同規(guī)劃技術(shù)
一方面，分布式電源和電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展，使得負(fù)荷曲線(xiàn)發(fā)生根本性變化，用電設(shè)備隱蔽性也不斷增加，需要采取更加靈活的監(jiān)測(cè)手段，如使用非侵入式量測(cè)方式和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)等，對(duì)需求側(cè)資源進(jìn)行識(shí)別和分析建模。
另一方面，需要建立面向新型電力系統(tǒng)源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同規(guī)劃的典型場(chǎng)景，研究靈活調(diào)節(jié)資源平衡技術(shù)，綜合比對(duì)源網(wǎng)荷儲(chǔ)各類(lèi)調(diào)節(jié)資源的利用成本與調(diào)節(jié)特性，研究滿(mǎn)足源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同發(fā)展的規(guī)劃方法及全環(huán)節(jié)成本綜合效益評(píng)估技術(shù)，研究在極端氣候條件下源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同保障供能安全的可靠性評(píng)估技術(shù)。
4）面向海量通信節(jié)點(diǎn)的需求側(cè)資源互動(dòng)通信技術(shù)
未來(lái)，隨著需求側(cè)資源種類(lèi)和規(guī)模的不斷增加，需求響應(yīng)的復(fù)雜性、互動(dòng)性和靈活性也不斷增強(qiáng)［45］，各類(lèi)傳統(tǒng)和新興資源的檢測(cè)、識(shí)別和管理的要求也不斷提高，并出現(xiàn)多技術(shù)、多層級(jí)、多主體的綜合管控平臺(tái)［46］，在豐富需求側(cè)資源利用手段的同時(shí)，也極大地增加了協(xié)調(diào)控制和運(yùn)營(yíng)管理的難度。未來(lái)需求側(cè)資源小型化、分散化和數(shù)字化的趨勢(shì)日益明顯，對(duì)信息通信的要求也不斷提高。一方面需要建立電網(wǎng)與需求側(cè)資源統(tǒng)一的互操作協(xié)議，統(tǒng)一、安全、高效的互操作協(xié)議可以為復(fù)雜業(yè)務(wù)交互邏輯提供有力支撐。另一方面，需求側(cè)資源利用模式和應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)通信服務(wù)的質(zhì)量要求也各有不同，需要制定合理的通信服務(wù)并輔以通信自適應(yīng)控制策略加以?xún)?yōu)化。面對(duì)海量需求側(cè)資源的接入以及互動(dòng)水平的提升，網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題應(yīng)引起高度重視，部分聚合商已經(jīng)具備了大型發(fā)電廠(chǎng)同等容量規(guī)模的資源，在網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)方面需要做到隔離、認(rèn)證等多重防護(hù)。
4 面向新型電力系統(tǒng)的需求側(cè)資源利用展望
4.1 總體原則
“十四五”期間中國(guó)新能源將實(shí)現(xiàn)超常規(guī)、跨越式發(fā)展，以新能源為主體的電力系統(tǒng)迫切需要需求側(cè)資源提升安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性。目前，中國(guó)需求側(cè)資源的利用多以解決個(gè)別實(shí)際問(wèn)題（例如迎峰度冬、度夏）為導(dǎo)向，尚未形成系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)思路和原則。因此，“十四五”期間需求側(cè)資源的利用迫在眉睫，需要及早明確總體原則。
一是承擔(dān)“共同但有區(qū)別”的系統(tǒng)責(zé)任。將需求側(cè)資源作為常態(tài)化資源納入電力系統(tǒng)運(yùn)行管理，與各類(lèi)發(fā)電機(jī)組類(lèi)似，共同承擔(dān)支撐電網(wǎng)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的責(zé)任。初期，可以根據(jù)需求側(cè)資源特性以及電力系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)景不同，適當(dāng)降低需求側(cè)資源承擔(dān)的責(zé)任。
二是結(jié)合系統(tǒng)需求，因地制宜開(kāi)展。結(jié)合地區(qū)性系統(tǒng)需求，分地區(qū)、有側(cè)重地推進(jìn)需求側(cè)資源利用。對(duì)于上海、江蘇等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)且有一定應(yīng)用基礎(chǔ)的電力受端省市，重點(diǎn)探索需求側(cè)資源在保證電力可靠供應(yīng)和安全穩(wěn)定運(yùn)行中的作用；對(duì)于西北新能源富集地區(qū)，優(yōu)先探索需求側(cè)資源與儲(chǔ)能、火電機(jī)組靈活性改造等其他靈活性資源的協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)行，降低電力系統(tǒng)供應(yīng)成本。
三是政策引導(dǎo)，市場(chǎng)主導(dǎo)。初期，通過(guò)完善分時(shí)電價(jià)、補(bǔ)貼等激勵(lì)機(jī)制，推動(dòng)需求側(cè)資源利用方式和規(guī)模持續(xù)發(fā)展。隨著中國(guó)電力市場(chǎng)的建設(shè)，應(yīng)逐步將用戶(hù)或負(fù)荷聚合商作為市場(chǎng)主體，納入電力市場(chǎng)體系，更多地采用市場(chǎng)化的方式，調(diào)動(dòng)需求側(cè)資源參與各類(lèi)細(xì)分市場(chǎng)。
4.2 新能源為主體的電力系統(tǒng)需求側(cè)資源利用體系構(gòu)建
在明確總體利用原則的基礎(chǔ)上，對(duì)比國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合中國(guó)電力體制特點(diǎn)，從需求側(cè)資源的利用場(chǎng)景出發(fā)，分別從資源開(kāi)發(fā)重點(diǎn)、運(yùn)行管理、市場(chǎng)機(jī)制、政策措施以及商業(yè)模式5個(gè)方面對(duì)中國(guó)新型電力系統(tǒng)需求側(cè)資源的利用架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，如表1所示。
需求側(cè)資源潛力的開(kāi)發(fā)取決于利用技術(shù)和市場(chǎng)機(jī)制［47］。隨著利用技術(shù)的提升和市場(chǎng)機(jī)制的成熟，需求側(cè)資源潛力也會(huì)持續(xù)增加。例如在美國(guó)，這一比例從2005年的3%升至2020年的6%。在中國(guó)，預(yù)計(jì)到2025年，需求側(cè)資源利用規(guī)模有望達(dá)到70 GW，約占最大負(fù)荷的4%。長(zhǎng)期來(lái)看，未來(lái)高比例新能源電力系統(tǒng)的需求側(cè)資源利用規(guī)模有望達(dá)到20%以上的較高水平。
大工業(yè)用戶(hù)仍是目前需求側(cè)資源利用的主體，但隨著未來(lái)控制技術(shù)和管理手段的豐富完善，居民用戶(hù)的資源利用潛力和實(shí)際規(guī)模均將快速增加。目前，參與需求響應(yīng)的用戶(hù)以工業(yè)負(fù)荷為主，規(guī)模占比達(dá)95%以上。未來(lái)，隨著用戶(hù)側(cè)儲(chǔ)能和電動(dòng)汽車(chē)等多元新興負(fù)荷不斷涌現(xiàn)，居民負(fù)荷中可參與需求響應(yīng)的占比將不斷攀升，并將逐步成為主要的需求響應(yīng)資源［48-50］。根據(jù)國(guó)際可再生能源署的2050能源場(chǎng)景研究，預(yù)計(jì)全球電動(dòng)汽車(chē)總數(shù)將達(dá)10億輛，電儲(chǔ)能容量達(dá)到12 TW·h，空調(diào)熱泵數(shù)驟增至2.5億臺(tái)以上，長(zhǎng)途貨運(yùn)等其他領(lǐng)域則可能使用電制氫及合成氣［51］。
不同需求側(cè)資源的特性存在較大差異，如表2所示，需要在資源潛力分析和實(shí)際利用時(shí)加以考慮，充分發(fā)揮各自特點(diǎn)。例如，大部分空調(diào)負(fù)荷、工業(yè)負(fù)荷、電蓄熱/冰蓄冷等可中斷負(fù)荷通常是分鐘級(jí)以上的響應(yīng)，滿(mǎn)足電力供需平衡的長(zhǎng)時(shí)間尺度要求，可視為常規(guī)需求側(cè)資源；電動(dòng)汽車(chē)、用戶(hù)側(cè)儲(chǔ)能等則可實(shí)現(xiàn)秒級(jí)甚至毫秒級(jí)的快速響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷精準(zhǔn)控制，參與更加快速的電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)，屬于調(diào)節(jié)性能更為優(yōu)越的動(dòng)態(tài)響應(yīng)資源。綜合來(lái)看，大工業(yè)負(fù)荷、空調(diào)負(fù)荷等是近期需求側(cè)資源開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)；用戶(hù)側(cè)儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車(chē)、電蓄熱和數(shù)據(jù)中心等不斷涌現(xiàn)的新興資源，代表了未來(lái)需求側(cè)資源開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)。
2）運(yùn)行管理
已有研究將需求響應(yīng)概念擴(kuò)展到快速需求響應(yīng)以及動(dòng)態(tài)需求響應(yīng)［52］，對(duì)需求側(cè)資源的響應(yīng)速度更為關(guān)注，更加注重需求側(cè)資源在改善電網(wǎng)動(dòng)態(tài)過(guò)程中的作用。實(shí)際運(yùn)行中，目前對(duì)于參與需求響應(yīng)的需求側(cè)資源以自主響應(yīng)為主，響應(yīng)時(shí)長(zhǎng)一般為小時(shí)級(jí)，運(yùn)行方式不受調(diào)度直接控制；對(duì)于參與精準(zhǔn)負(fù)荷控制的需求側(cè)資源，目前已實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)、秒級(jí)及分鐘級(jí)的響應(yīng)時(shí)間，且完全由調(diào)度控制，但規(guī)模仍然較小。對(duì)于未來(lái)的新型電力系統(tǒng)，需要根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)景，對(duì)需求側(cè)資源的控制模式、響應(yīng)性能、量級(jí)要求和運(yùn)行方式等進(jìn)行精細(xì)化管理。
控制模式方面，保供應(yīng)和降低電力供應(yīng)成本的需求側(cè)資源以自主響應(yīng)為主，調(diào)度機(jī)構(gòu)進(jìn)行安全校核；保安全的需求側(cè)資源主要為緊急負(fù)荷控制，在電網(wǎng)需要時(shí)調(diào)度機(jī)構(gòu)可通過(guò)預(yù)先通知或緊急控制的模式利用需求側(cè)資源。
響應(yīng)性能方面，保供應(yīng)和降低電力供應(yīng)成本的需求側(cè)資源側(cè)重于對(duì)響應(yīng)時(shí)長(zhǎng)的要求，一般為小時(shí)級(jí)；保安全的需求側(cè)資源側(cè)重于對(duì)響應(yīng)速度的要求，根據(jù)不同的運(yùn)行需要一般在毫秒級(jí)到數(shù)分鐘級(jí)。
量級(jí)要求方面，保供應(yīng)和降低電力供應(yīng)成本的需求側(cè)資源多為電量型負(fù)荷，容量大小一般根據(jù)電力系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性出發(fā)，由市場(chǎng)交易規(guī)模和交易價(jià)格確定；保安全的需求側(cè)資源多為功率型，從滿(mǎn)足電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行需求出發(fā)，由調(diào)度核定規(guī)模和響應(yīng)量級(jí)。
運(yùn)行方式方面，保供應(yīng)和降低電力供應(yīng)成本的需求側(cè)資源運(yùn)行方式主要包括調(diào)峰和電力平衡，以應(yīng)對(duì)高比例新能源電力系統(tǒng)上下調(diào)節(jié)能力不足和用電高峰時(shí)段系統(tǒng)發(fā)電能力不足的問(wèn)題；保安全的需求側(cè)資源運(yùn)行方式主要包括一二次調(diào)頻、緊急功率支撐、緊急負(fù)荷控制等，以應(yīng)對(duì)暫態(tài)工況下電力系統(tǒng)調(diào)頻能力不足導(dǎo)致的頻率失穩(wěn)問(wèn)題。
3）市場(chǎng)機(jī)制
成熟的電力市場(chǎng)環(huán)境與激勵(lì)政策可有效提高需求側(cè)資源服務(wù)電力系統(tǒng)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的積極性。歐美等國(guó)家和地區(qū)需求側(cè)資源主要通過(guò)常態(tài)化參與電力市場(chǎng)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，對(duì)引導(dǎo)需求側(cè)資源參與系統(tǒng)調(diào)節(jié)發(fā)揮了重要作用。中國(guó)電力市場(chǎng)的建設(shè)為需求側(cè)主動(dòng)響應(yīng)提供了發(fā)展機(jī)遇［53］，相關(guān)研究給出了需求響應(yīng)市場(chǎng)化交易分階段的設(shè)計(jì)思路，構(gòu)建需求側(cè)資源參與輔助服務(wù)、現(xiàn)貨市場(chǎng)、中長(zhǎng)期市場(chǎng)的基本框架，并對(duì)日前、實(shí)時(shí)市場(chǎng)進(jìn)行優(yōu)化分析［54］。在以新能源為主體的電力系統(tǒng)中，應(yīng)以需求為導(dǎo)向，細(xì)化產(chǎn)品類(lèi)型，發(fā)揮市場(chǎng)的資源優(yōu)化配置作用，調(diào)用不同類(lèi)型需求側(cè)資源提供差異化的服務(wù)。需求側(cè)資源利用的市場(chǎng)機(jī)制設(shè)計(jì)主要包括市場(chǎng)類(lèi)型、交易品種、交易標(biāo)的以及價(jià)格機(jī)制。
市場(chǎng)類(lèi)型方面，保供應(yīng)的需求側(cè)資源利用以中長(zhǎng)期和現(xiàn)貨等電能量市場(chǎng)為主；保安全的需求側(cè)資源利用以輔助服務(wù)市場(chǎng)和容量市場(chǎng)為主；降低電力供應(yīng)成本的需求側(cè)資源利用以中長(zhǎng)期、現(xiàn)貨市場(chǎng)和容量市場(chǎng)為主。
交易品種方面，保供應(yīng)的需求側(cè)資源利用主要參與調(diào)峰和爬坡等輔助服務(wù)市場(chǎng)。調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)本質(zhì)上屬于電能量市場(chǎng)，中國(guó)多個(gè)省份出臺(tái)的調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)規(guī)則允許需求側(cè)資源與新能源進(jìn)行雙邊交易，未來(lái)隨著現(xiàn)貨市場(chǎng)的成熟運(yùn)營(yíng)，調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)將與現(xiàn)貨市場(chǎng)融合；保安全的需求側(cè)資源利用主要參與調(diào)頻和容量備用市場(chǎng)，隨著高比例新能源并網(wǎng)，電力系統(tǒng)對(duì)快速調(diào)頻、容量備用等靈活性資源需求迫切，該類(lèi)新型市場(chǎng)交易品種為需求側(cè)資源利用提供了更多的選擇；降低電力供應(yīng)成本的需求側(cè)資源利用主要參與調(diào)峰和容量備用交易。
交易標(biāo)的方面，保供應(yīng)的需求側(cè)資源交易標(biāo)的為某些時(shí)段的電量；保安全的需求側(cè)資源交易標(biāo)的以容量、調(diào)節(jié)里程為主。降低電力供應(yīng)成本的需求側(cè)資源交易標(biāo)的以電量和容量為主。
價(jià)格機(jī)制方面，保供應(yīng)的需求側(cè)資源主要通過(guò)激勵(lì)性的電量電價(jià)來(lái)確定收益；保安全的需求側(cè)資源主要通過(guò)容量補(bǔ)償與調(diào)用后的有效電量、有效里程補(bǔ)償相結(jié)合確定收益，并突出按利用效果補(bǔ)償；降低電力供應(yīng)成本的需求側(cè)資源主要通過(guò)減少電源電網(wǎng)投資、節(jié)約電量、容量備用成本等確定收益。
4）政策措施
“十三五”時(shí)期，中國(guó)電力需求側(cè)管理政策體系逐漸完善，并取得了顯著成效［55］。以新能源為主體的電力系統(tǒng)中，需求側(cè)資源的利用將面臨新形勢(shì)、新任務(wù)和新要求，已有研究主要集中在支持政策上，如提出財(cái)政資金支持電力需求側(cè)管理工作的政策建議［56］；建立投資補(bǔ)貼機(jī)制，以基金方式對(duì)新能源并網(wǎng)相關(guān)需求響應(yīng)項(xiàng)目進(jìn)行一次性投資補(bǔ)貼；通過(guò)峰谷分時(shí)電價(jià)對(duì)居民進(jìn)行激勵(lì)等［57］。目前，中國(guó)需求側(cè)資源的利用形式較為單一，主要側(cè)重于削峰填谷，僅作為保障電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的補(bǔ)充手段，利用規(guī)模上仍然較小，用戶(hù)參與意識(shí)和意愿不強(qiáng)，因此需要加強(qiáng)政策頂層設(shè)計(jì)，發(fā)揮政策引導(dǎo)和驅(qū)動(dòng)作用，近期應(yīng)著重加快激勵(lì)機(jī)制、技術(shù)平臺(tái)、試點(diǎn)應(yīng)用和標(biāo)準(zhǔn)完善等相關(guān)政策、措施的制定。
一是完善需求側(cè)資源利用的激勵(lì)機(jī)制，提高需求側(cè)資源響應(yīng)的積極性。明確市場(chǎng)過(guò)渡期需求側(cè)資源常態(tài)化納入系統(tǒng)運(yùn)行的政策激勵(lì)機(jī)制，加大激勵(lì)力度，培育市場(chǎng)主體參與意識(shí)，根據(jù)電力系統(tǒng)不同應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)需求側(cè)資源的特性需求，以及相應(yīng)需求側(cè)資源的稀缺程度，建立不同等級(jí)、不同幅度的激勵(lì)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)立專(zhuān)項(xiàng)資金，形成長(zhǎng)期穩(wěn)定的資金來(lái)源。
二是推進(jìn)技術(shù)支撐和平臺(tái)建設(shè)，為需求側(cè)資源利用提供物理基礎(chǔ)。采用先進(jìn)的軟硬件技術(shù)作為支撐，實(shí)現(xiàn)信息交互和共享、用電在線(xiàn)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、用電決策支持等功能。利用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等先進(jìn)理念和技術(shù)，建設(shè)線(xiàn)上線(xiàn)下一體化客戶(hù)服務(wù)平臺(tái)，及時(shí)向用戶(hù)發(fā)布用能信息，引導(dǎo)用戶(hù)主動(dòng)節(jié)約用能。推動(dòng)智慧能源系統(tǒng)建設(shè)，通過(guò)綜合能源服務(wù)等挖掘需求側(cè)資源的潛力。
三是擴(kuò)大需求側(cè)資源利用試點(diǎn)范圍，為需求側(cè)資源利用推廣積累經(jīng)驗(yàn)。尤其是結(jié)合部分省份推進(jìn)的源網(wǎng)荷儲(chǔ)調(diào)度系統(tǒng)建設(shè)，加大對(duì)保安全的需求側(cè)資源利用試點(diǎn)示范，持續(xù)完善需求側(cè)資源保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的相關(guān)技術(shù)要求，并在現(xiàn)有精準(zhǔn)負(fù)荷控制試點(diǎn)的基礎(chǔ)上，豐富需求側(cè)資源應(yīng)用模式和控制方式，從多樣性、靈活性、協(xié)同性等方面優(yōu)化完善運(yùn)行調(diào)控手段。
四是完善技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，降低需求側(cè)資源利用的成本。加快需求側(cè)資源利用效果測(cè)量驗(yàn)證、負(fù)荷聚合商響應(yīng)技術(shù)、空調(diào)系統(tǒng)終端技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究，為開(kāi)展需求側(cè)資源利用提供統(tǒng)一的技術(shù)基礎(chǔ)。與此同時(shí)，推動(dòng)需求側(cè)資源利用平臺(tái)功能、互動(dòng)終端接入、信息交換等方面的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)。
5）商業(yè)模式與工程建設(shè)投資
歐美得益于成熟的售電側(cè)競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制和開(kāi)放的市場(chǎng)環(huán)境，需求側(cè)資源利用的新模式、新業(yè)態(tài)不斷涌現(xiàn)。中國(guó)需求側(cè)資源利用尚未形成成熟的商業(yè)模式，部分試點(diǎn)示范尚未大面積推廣和商業(yè)化應(yīng)用，負(fù)荷聚合商數(shù)量較少，盈利模式缺失。根據(jù)價(jià)格形成與疏導(dǎo)機(jī)制，可以分為3類(lèi)。第1類(lèi)滿(mǎn)足特定響應(yīng)要求時(shí)，通過(guò)獲得一定的補(bǔ)償獲得收益。該模式下，對(duì)于不同的需求側(cè)資源利用方式，有明確的補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)，需求側(cè)資源提供相應(yīng)的服務(wù)，通過(guò)中標(biāo)容量和實(shí)際響應(yīng)效果獲得補(bǔ)償。第2類(lèi)是需求側(cè)資源納入電力市場(chǎng)，通過(guò)市場(chǎng)機(jī)制疏導(dǎo)成本。該模式下由大型的工商業(yè)用戶(hù)或者負(fù)荷聚合商、虛擬電廠(chǎng)等市場(chǎng)主體通過(guò)參與電能量市場(chǎng)、容量市場(chǎng)或輔助服務(wù)市場(chǎng)，提供相關(guān)的服務(wù)獲得收益。第3類(lèi)是將需求側(cè)資源利用的相關(guān)成本納入電網(wǎng)輸配電價(jià)。該模式下電網(wǎng)為需求側(cè)資源服務(wù)的購(gòu)買(mǎi)者，相關(guān)成本在用電側(cè)進(jìn)行全電量分?jǐn)?。?類(lèi)模式目前已經(jīng)采用，但存在補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)低、缺乏穩(wěn)定補(bǔ)貼資金來(lái)源的問(wèn)題；第2類(lèi)模式是未來(lái)的發(fā)展方向；第3類(lèi)模式因全體電力用戶(hù)受益且難以分配具體時(shí)段的成本（如特定情況下保障系統(tǒng)安全），需要相關(guān)政策的支持。
新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，需求側(cè)資源利用的相關(guān)投資和工程建設(shè)將成為重要內(nèi)容。研究顯示，在供給側(cè)建設(shè)調(diào)峰電廠(chǎng)和配套電網(wǎng)滿(mǎn)足尖峰負(fù)荷的投資成本高達(dá)約1萬(wàn)元/kW，在需求側(cè)開(kāi)展需求響應(yīng)削減尖峰負(fù)荷的投資成本僅為前者的14%~20%。以陜西電網(wǎng)2020年迎峰度冬高峰電力缺口1.5 GW測(cè)算，需投資150億元解決短時(shí)用電需求，而采取需求響應(yīng)，則僅需要24億元（按照需求響應(yīng)補(bǔ)貼20元/（kW·h），利用天數(shù)20 d，每天高峰時(shí)段4 h測(cè)算），在有效解決供需矛盾的同時(shí)，將大大減少全社會(huì)整體投資［58］。國(guó)家對(duì)需求響應(yīng)能力建設(shè)提出明確要求，通過(guò)引導(dǎo)和激勵(lì)電力用戶(hù)挖掘調(diào)峰資源，形成占年度最大用電負(fù)荷3%左右的需求響應(yīng)能力［59］。面對(duì)如此大規(guī)模需求側(cè)資源的利用，相關(guān)的終端設(shè)備、通信網(wǎng)絡(luò)、管理平臺(tái)建設(shè)投資需要穩(wěn)定的商業(yè)模式進(jìn)行支撐。目前，國(guó)家-省級(jí)-企業(yè)信息化平臺(tái)架構(gòu)基本建成［60］，國(guó)家電力需求側(cè)管理平臺(tái)側(cè)重于監(jiān)測(cè)和目標(biāo)考核，省級(jí)電力需求側(cè)管理平臺(tái)側(cè)重于組織和管理。未來(lái)應(yīng)加快電網(wǎng)與負(fù)荷之間以控制運(yùn)行為主要功能的設(shè)施建設(shè)投資，真正發(fā)揮需求側(cè)資源的價(jià)值。
5 結(jié)語(yǔ)
為應(yīng)對(duì)以新能源為主體的電力系統(tǒng)在電力供應(yīng)、安全穩(wěn)定運(yùn)行等方面的新挑戰(zhàn)，必須將需求側(cè)資源充分調(diào)動(dòng)起來(lái)，從技術(shù)、運(yùn)行管理、市場(chǎng)、政策等方面協(xié)同發(fā)力，推動(dòng)電力系統(tǒng)由“源隨荷動(dòng)”向“源荷互動(dòng)”轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)需求側(cè)資源在新能源為主體的電力系統(tǒng)中的大規(guī)模應(yīng)用。
面向“十四五”時(shí)期乃至中遠(yuǎn)期，如何在電力系統(tǒng)規(guī)劃以及運(yùn)行管理中充分考慮需求側(cè)資源，將是未來(lái)以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、低碳電力供應(yīng)的一個(gè)重要考量，對(duì)實(shí)現(xiàn)中國(guó)能源革命與能源高質(zhì)量發(fā)展具有重大意義。
