中國儲能網(wǎng)訊：化石能源減少及氣候變化問題促使各國積極發(fā)展新能源電力，未來新能源電力必將由當(dāng)前的補(bǔ)充性能源快速發(fā)展，并最終成為能源結(jié)構(gòu)中的重要組成部分。在智能電網(wǎng)宏觀背景下，一方面，新能源的隨機(jī)性、不可控性特點，對電力系統(tǒng)安全運(yùn)行、可靠供電帶來挑戰(zhàn)，另一方面，需求響應(yīng)作為一類市場化運(yùn)作手段，能夠通過鼓勵電力用戶主動改變自身用電行為，以克服新能源高滲透帶來的不確定性。那么，如何考慮需求響應(yīng)克服新能源發(fā)電間歇性問題？哪些需求響應(yīng)關(guān)鍵問題需要研究？如何推動需求響應(yīng)的應(yīng)用？成為了社會各界普遍關(guān)注的焦點。
一、新能源電力系統(tǒng)特點
在智能電網(wǎng)宏觀背景下，新能源與傳統(tǒng)能源不同，其供給受自然環(huán)境影響，具有很強(qiáng)的隨機(jī)性，通常難以準(zhǔn)確預(yù)測。當(dāng)大規(guī)模新能源發(fā)電接入后，上述特性將對電力系統(tǒng)的運(yùn)行控制帶來顯著影響。本文“新能源電力系統(tǒng)”主要強(qiáng)調(diào)了電網(wǎng)對新能源的利用能力，它區(qū)別于與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)，具有以下特征：
（1）雙側(cè)隨機(jī)性。在傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中，規(guī)劃或運(yùn)行決策僅主要考慮來自負(fù)荷的不確定性。然而，在新能源電力系統(tǒng)中，間歇性發(fā)電所占比重較高，因此電力系統(tǒng)在供需雙側(cè)都呈現(xiàn)出顯著的隨機(jī)性特征。
（2）不可控性。電力系統(tǒng)是一個受控設(shè)備眾多、分布廣泛、控制精度要求高、未知擾動多的復(fù)雜系統(tǒng)。新能源發(fā)電的進(jìn)入使電力系統(tǒng)總發(fā)電單位數(shù)量大幅增長，系統(tǒng)中可調(diào)度容量與可調(diào)度電力所占比例大幅度降低，隨機(jī)擾動性進(jìn)一步增強(qiáng)，從而導(dǎo)致系統(tǒng)的可控性降低，安全風(fēng)險增大。
（3）整體性。新能源電力系統(tǒng)中，隨著新能源發(fā)電比重的上升，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)“發(fā)輸配售用”的功能界限將逐漸趨于模糊。利用可控發(fā)電機(jī)組和需求響應(yīng)技術(shù)應(yīng)對新能源發(fā)電的隨機(jī)波動性，可以形成多能源互補(bǔ)的協(xié)同機(jī)制，實現(xiàn)源網(wǎng)荷多元協(xié)調(diào)，從而使得整個電力系統(tǒng)成為一個不可分割的整體。
（4）智能性。新能源電力系統(tǒng)的諸多環(huán)節(jié)，如新能源發(fā)電并網(wǎng)消納、電動汽車與儲能、需求響應(yīng)等，都需要建立在先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)、智能控制與管理系統(tǒng)以及大數(shù)據(jù)處理、云計算等技術(shù)的基礎(chǔ)上。因此，整個新能源電力系統(tǒng)表現(xiàn)出很強(qiáng)的智能性特征。
二、需求側(cè)資源對新能源電力系統(tǒng)潛在貢獻(xiàn)
新能源電力系統(tǒng)中，需求響應(yīng)資源既可以作為一類虛擬發(fā)電機(jī)組與常規(guī)電源共同參與調(diào)度計劃，同時也能夠為系統(tǒng)提供所需要的各種輔助服務(wù)，如調(diào)頻、旋轉(zhuǎn)備用等?；诓煌恼{(diào)控機(jī)制及實現(xiàn)手段，需求響應(yīng)對于新能源電力系統(tǒng)運(yùn)行的貢獻(xiàn)作用存在著顯著差異。
可以看到，對于分時電價、實時電價和尖峰電價等價格型需求響應(yīng)項目而言，由于相關(guān)控制信號大多以“小時級”作為控制周期，負(fù)荷無法及時根據(jù)新能源的出力情況做出響應(yīng)，因此對于解決因新能源發(fā)電短時劇烈波動造成的并網(wǎng)難問題的幫助不大。因此，在實際應(yīng)用中，希望單純借助價格型需求響應(yīng)來保障新能源電力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)、高效運(yùn)行，往往是十分困難的。
相比價格型需求響應(yīng)，基于合同的激勵型需求響應(yīng)則在促進(jìn)新能源發(fā)電大規(guī)模并網(wǎng)和高效運(yùn)行方面顯露出更大潛力。主要原因是，激勵型需求響應(yīng)屬于一種直接控制方式，通過直接管理負(fù)荷的用電活動使其能夠快速、可靠、精確地響應(yīng)系統(tǒng)信號，追蹤并匹配新能源出力。對我國而言，近年來國家發(fā)改委經(jīng)濟(jì)運(yùn)行局組織全國開展有序用電工作，為未來實施基于經(jīng)濟(jì)激勵的需求響應(yīng)創(chuàng)造了良好條件，因此激勵型需求響應(yīng)相對更易實施。
三、關(guān)鍵技術(shù)分析
傳統(tǒng)意義上的電力系統(tǒng)（無論是否含有新能源發(fā)電）主要基于調(diào)控供應(yīng)側(cè)資源追蹤負(fù)荷變化這一前提實施規(guī)劃調(diào)控。然而，當(dāng)原本“剛性”的需求側(cè)負(fù)荷轉(zhuǎn)變?yōu)橐活惪烧{(diào)控資源后，其規(guī)模化應(yīng)用將賦予電力系統(tǒng)規(guī)劃、運(yùn)行、控制以全新內(nèi)涵。
1 兼容需求響應(yīng)的綜合資源規(guī)劃技術(shù)
科學(xué)的規(guī)劃策略是確保需求響應(yīng)效益能夠?qū)崿F(xiàn)的基礎(chǔ)和先決條件。按照涉及對象的不同，規(guī)劃設(shè)計大致可分為需求側(cè)獨立規(guī)劃、源-荷聯(lián)合規(guī)劃以及源-網(wǎng)-荷聯(lián)合規(guī)劃3類。所考慮的需求響應(yīng)資源包括電動汽車、暖通空調(diào)及可轉(zhuǎn)移負(fù)荷等?，F(xiàn)有研究成果表明，在規(guī)劃決策中合理考慮需求側(cè)管理的影響有助于提高最終方案的總體效益；同時，需求響應(yīng)對新能源發(fā)電的貢獻(xiàn)作用與其在電網(wǎng)中的位置及特性密切相關(guān)，而充分利用不同負(fù)荷可調(diào)能力的互補(bǔ)性對于改善規(guī)劃方案的成本效益具有重要作用。
需求響應(yīng)的引入使得規(guī)劃建模必須細(xì)致計及系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的多樣性，但由于新能源電力系統(tǒng)存在雙側(cè)隨機(jī)特性，這將使模型在求解方面的難度大大增加。因此，針對上述含不確定性優(yōu)化問題的高效求解算法同樣成為當(dāng)前研究著重探討的相關(guān)課題。
2 需求側(cè)互動模式下發(fā)用電一體化調(diào)度技術(shù)
在新能源電力系統(tǒng)中，需求響應(yīng)負(fù)荷可作為“虛擬發(fā)電資源”與各類常規(guī)電源聯(lián)合參與調(diào)度計劃。針對供應(yīng)側(cè)資源的調(diào)控與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)類似，而需求側(cè)調(diào)控手段則可分為基于電價、基于合同及基于市場競價3種方式。
電價模式主要通過引入動態(tài)電價信號引導(dǎo)用戶進(jìn)行負(fù)荷削減或轉(zhuǎn)移。由于對相關(guān)指令的執(zhí)行在一定程度上取決于用戶行為，缺乏強(qiáng)制性，因此電價模式屬于一種間接負(fù)荷調(diào)控方式，大多用于對價格信號相對敏感的小型工商業(yè)或居民用戶。與此相比，基于合同或市場競價的模式則賦予了系統(tǒng)運(yùn)行者對負(fù)荷的直接調(diào)控權(quán)。二者的區(qū)別在于前者主要基于電力公司與用戶的雙邊合同，而后者則是在統(tǒng)一的電力市場下通過競爭實現(xiàn)對負(fù)荷響應(yīng)規(guī)則的約定。與電價模式相比，上述負(fù)荷調(diào)控手段不易受外部市場環(huán)境的影響，且便于實施，因此更適用于大型工商業(yè)用戶。
四、需求側(cè)負(fù)荷的協(xié)調(diào)優(yōu)化控制技術(shù)
在新能源電力系統(tǒng)中，需求響應(yīng)資源可有效補(bǔ)充常規(guī)機(jī)組快速調(diào)節(jié)能力的不足，并用于參與電網(wǎng)穩(wěn)定或調(diào)頻控制。與集中調(diào)控方式相比，通過聚合方式接入的需求響應(yīng)資源通常需要更為復(fù)雜的控制技術(shù)。從目前情況看，該方面的研究主要集中在單一需求響應(yīng)資源的控制策略設(shè)計以及多種需求響應(yīng)資源的協(xié)調(diào)配合2個方面。
對于前者，常用的控制目標(biāo)包括平抑新能源發(fā)電波動、提高系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性或安全裕度等。相關(guān)研究表明，借助合理的調(diào)控策略，需求響應(yīng)資源能夠有效平抑新能源發(fā)電波動，提高系統(tǒng)應(yīng)對外部不確定性的能力，此外在一些情況下比依賴供應(yīng)側(cè)資源的方案具有更好的經(jīng)濟(jì)性。對于后者，主要面向關(guān)注不同類型需求響應(yīng)資源之間的互補(bǔ)性及其蘊(yùn)含的潛在效益。
1、需求響應(yīng)的效益評價
在新能源電力系統(tǒng)環(huán)境下，實施需求響應(yīng)能夠為電力系統(tǒng)地各個環(huán)節(jié)帶來可觀的效益：對于電網(wǎng)公司，有效降低新發(fā)電并網(wǎng)帶來的不利影響，延緩擴(kuò)容建設(shè)需求，同時改善電網(wǎng)資產(chǎn)利用率；對于發(fā)電商，可以降低機(jī)組的調(diào)峰成本和發(fā)電碳排放；對于用戶，通過參與需求響應(yīng)可減少自身用電支出，甚至獲得額外經(jīng)濟(jì)收益；對于全社會，源荷互動可促進(jìn)新能源發(fā)電并網(wǎng)，推動實現(xiàn)真正意義上的電能低碳化。
2、需求響應(yīng)的市場化運(yùn)作機(jī)制
需求響應(yīng)資源對于保障新能源電力系統(tǒng)安全、高效、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要作用，而其大規(guī)模開發(fā)及推廣則需要借助完善的市場化運(yùn)作機(jī)制才能實現(xiàn)。目前，現(xiàn)有需求響應(yīng)市場化運(yùn)作機(jī)制主要包括基于價格與基于激勵2種類型。對于基于價格的市場化機(jī)制，典型項目包括：美國的實時電價機(jī)制、以及我國部分地區(qū)的分時電價機(jī)制等；對于激勵型機(jī)制，則種類繁多，如英國的“能源企業(yè)義務(wù)”項目，以及我國部分城市近期開始的“需求響應(yīng)補(bǔ)貼”等，其主要實施模式有基金發(fā)放、多邊補(bǔ)貼、電價回收等。
而在新能源電力系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)運(yùn)行面臨更大不確定性，因此無論從容量規(guī)?；蚱涠鄻有陨隙紝π枨箜憫?yīng)提出更高要求。這就需要在現(xiàn)有基礎(chǔ)上，探索更為新穎的市場化運(yùn)作模式。目前，為充分吸引各相關(guān)方積極參與，有學(xué)者提出將期權(quán)等金融措施引入需求響應(yīng)商業(yè)化運(yùn)作。其基本模式是以實時電價為基礎(chǔ)，針對用戶響應(yīng)方式及其與新能源發(fā)電的匹配關(guān)系，通過設(shè)計不同類型的需求響應(yīng)期權(quán)，從而實現(xiàn)對用戶實施需求響應(yīng)策略的合理定價。上述機(jī)制的提出一方面有助于供電商對各類需求響應(yīng)市場價值進(jìn)行更加精確的評估，另一方面由于能夠有效降低用戶參與需求響應(yīng)面臨的收益風(fēng)險，從而有助于增加其參與的積極性。
五、新能源電力系統(tǒng)背景下需求響應(yīng)應(yīng)用保障機(jī)制
1 健全技術(shù)支撐體系，夯實支撐技術(shù)
一是引入智能化采集、量測技術(shù)。因地制宜制定用電信息采集技術(shù)發(fā)展路線，實現(xiàn)對各類用戶用電信息采集的“全覆蓋、全采集”滿足不同業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享和智能應(yīng)用需求。二是升級調(diào)度控制技術(shù)，提升系統(tǒng)調(diào)度能力，升級、開發(fā)相關(guān)軟件。三是引入用戶用能設(shè)備控制技術(shù)。推動用戶用能設(shè)備控制技術(shù)與智能工業(yè)生產(chǎn)、智能樓宇、智能家居等方面的融合。
2 建立投資促進(jìn)機(jī)制，確保需求響應(yīng)資源充裕性
面對新能源的大規(guī)模接入，系統(tǒng)需要充足的需求響應(yīng)資源才能有效保證系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性。一是建立投資促進(jìn)工作體系。在新能源富集區(qū)，將針對新能源并網(wǎng)的需求響應(yīng)項目優(yōu)先納入政府推進(jìn)計劃，授權(quán)電力調(diào)度機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)需求響應(yīng)項目的具體實施，并對其實施效果進(jìn)行評價和考核。二是建立投資補(bǔ)貼機(jī)制。以基金方式對針對新能源并網(wǎng)的需求響應(yīng)項目進(jìn)行一次性投資補(bǔ)貼。三是引入市場化項目投資機(jī)制。采用合同能源管理方式推動需求響應(yīng)項目投資，建立風(fēng)險與收益雙方均攤機(jī)制。
3 完善經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償機(jī)制，提高用戶參與積極性
建立對需求響應(yīng)資源提供輔助服務(wù)的補(bǔ)償機(jī)制，充分調(diào)動用戶參與的積極性。一是建立涵蓋需求響應(yīng)資源的輔助服務(wù)分擔(dān)共享機(jī)制。適應(yīng)新能源并網(wǎng)條件下系統(tǒng)調(diào)峰、調(diào)頻等輔助服務(wù)新要求，完善需求響應(yīng)項目的輔助服務(wù)考核機(jī)制和補(bǔ)償機(jī)制。二是適時建立涵蓋需求響應(yīng)資源的輔助服務(wù)市場。針對新能源并網(wǎng)運(yùn)行特性，在條件成熟時建立供需雙向投標(biāo)的輔助服務(wù)交易機(jī)制，通過市場化手段進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)各類需求響應(yīng)資源的輔助服務(wù)價值。
