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(diǎn), 對(duì)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(chǎng)化運(yùn)作手段, 能夠通過鼓勵(lì)電力用戶主動(dòng)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(dòng)需求響應(yīng)的應(yīng)用? 成為了社會(huì)各界普遍關(guān)注的焦點(diǎn)。
1新能源電力系統(tǒng)特點(diǎn)
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(cè)。當(dāng)大規(guī)模新能源發(fā)電接入后, 上述特性將對(duì)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(duì)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(gè)受控設(shè)備眾多、分布廣泛、控制精度要求高、未知擾動(dòng)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(dòng)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(xiǎn)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(duì)新能源發(fā)電的隨機(jī)波動(dòng)性, 可以形成多能源互補(bǔ)的協(xié)同機(jī)制, 實(shí)現(xiàn)源網(wǎng)荷多元協(xié)調(diào), 從而使得整個(gè)電力系統(tǒng)成為一個(gè)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(dòng)汽車與儲(chǔ)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(jì)算等技術(shù)的基礎(chǔ)上。因此, 整個(gè)新能源電力系統(tǒng)表現(xiàn)出很強(qiáng)的智能性特征。
2需求側(cè)資源對(duì)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(jì)劃, 同時(shí)也能夠?yàn)橄到y(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(shí)現(xiàn)手段, 需求響應(yīng)對(duì)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(duì)于分時(shí)電價(jià)、實(shí)時(shí)電價(jià)和尖峰電價(jià)等價(jià)格型需求響應(yīng)項(xiàng)目而言, 由于相關(guān)控制信號(hào)大多以“小時(shí)級(jí)”作為控制周期, 負(fù)荷無法及時(shí)根據(jù)新能源的出力情況做出響應(yīng), 因此對(duì)于解決因新能源發(fā)電短時(shí)劇烈波動(dòng)造成的并網(wǎng)難問題的幫助不大。因此, 在實(shí)際應(yīng)用中, 希望單純借助價(jià)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(jià)格型需求響應(yīng), 基于合同的激勵(lì)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(lì)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(dòng)使其能夠快速、可靠、精確地響應(yīng)系統(tǒng)信號(hào), 追蹤并匹配新能源出力。對(duì)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(shí)施基于經(jīng)濟(jì)激勵(lì)的需求響應(yīng)創(chuàng)造了良好條件, 因此激勵(lì)型需求響應(yīng)相對(duì)更易實(shí)施。
3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(shí)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)?；瘧?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(duì)象的不同, 規(guī)劃設(shè)計(jì)大致可分為需求側(cè)獨(dú)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(dòng)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(shí), 需求響應(yīng)對(duì)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(duì)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(jì)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(duì)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(dòng)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(jì)劃。針對(duì)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(jià)、基于合同及基于市場(chǎng)競(jìng)價(jià)3種方式。
電價(jià)模式主要通過引入動(dòng)態(tài)電價(jià)信號(hào)引導(dǎo)用戶進(jìn)行負(fù)荷削減或轉(zhuǎn)移。由于對(duì)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(jià)模式屬于一種間接負(fù)荷調(diào)控方式, 大多用于對(duì)價(jià)格信號(hào)相對(duì)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(chǎng)競(jìng)價(jià)的模式則賦予了系統(tǒng)運(yùn)行者對(duì)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(chǎng)下通過競(jìng)爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)荷響應(yīng)規(guī)則的約定。與電價(jià)模式相比, 上述負(fù)荷調(diào)控手段不易受外部市場(chǎng)環(huán)境的影響, 且便于實(shí)施, 因此更適用于大型工商業(yè)用戶。
3）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(jì)以及多種需求響應(yīng)資源的協(xié)調(diào)配合2個(gè)方面。
對(duì)于前者, 常用的控制目標(biāo)包括平抑新能源發(fā)電波動(dòng)、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(dòng), 提高系統(tǒng)應(yīng)對(duì)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(duì)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。
4）需求響應(yīng)的效益評(píng)價(jià)
在新能源電力系統(tǒng)環(huán)境下, 實(shí)施需求響應(yīng)能夠?yàn)殡娏ο到y(tǒng)地各個(gè)環(huán)節(jié)帶來可觀的效益: 對(duì)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(shí)改善電網(wǎng)資產(chǎn)利用率; 對(duì)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(duì)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(duì)于全社會(huì), 源荷互動(dòng)可促進(jìn)新能源發(fā)電并網(wǎng), 推動(dòng)實(shí)現(xiàn)真正意義上的電能低碳化。
5）需求響應(yīng)的市場(chǎng)化運(yùn)作機(jī)制
需求響應(yīng)資源對(duì)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(chǎng)化運(yùn)作機(jī)制才能實(shí)現(xiàn)。目前, 現(xiàn)有需求響應(yīng)市場(chǎng)化運(yùn)作機(jī)制主要包括基于價(jià)格與基于激勵(lì)2種類型。對(duì)于基于價(jià)格的市場(chǎng)化機(jī)制, 典型項(xiàng)目包括: 美國的實(shí)時(shí)電價(jià)機(jī)制、以及我國部分地區(qū)的分時(shí)電價(jià)機(jī)制等; 對(duì)于激勵(lì)型機(jī)制, 則種類繁多, 如英國的“能源企業(yè)義務(wù)”項(xiàng)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(shí)施模式有基金發(fā)放、多邊補(bǔ)貼、電價(jià)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)模或其多樣性上都將對(duì)需求響應(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(chǎng)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(shí)時(shí)電價(jià)為基礎(chǔ), 針對(duì)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(jì)不同類型的需求響應(yīng)期權(quán), 從而實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶實(shí)施需求響應(yīng)策略的合理定價(jià)。上述機(jī)制的提出一方面有助于供電商對(duì)各類需求響應(yīng)市場(chǎng)價(jià)值進(jìn)行更加精確的評(píng)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(xiǎn), 從而有助于增加其參與的積極性。
4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(shí)支撐技術(shù)
一是引入智能化采集、量測(cè)技術(shù)。因地制宜制定用電信息采集技術(shù)發(fā)展路線, 實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jí)調(diào)度控制技術(shù),提升系統(tǒng)調(diào)度能力, 升級(jí)、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(dòng)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(duì)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(duì)新能源并網(wǎng)的需求響應(yīng)項(xiàng)目?jī)?yōu)先納入政府推進(jìn)計(jì)劃, 授權(quán)電力調(diào)度機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)需求響應(yīng)項(xiàng)目的具體實(shí)施, 并對(duì)其實(shí)施效果進(jìn)行評(píng)價(jià)和考核。二是建立投資補(bǔ)貼機(jī)制。以基金方式對(duì)針對(duì)新能源并網(wǎng)的需求響應(yīng)項(xiàng)目進(jìn)行一次性投資補(bǔ)貼。三是引入市場(chǎng)化項(xiàng)目投資機(jī)制。采用合同能源管理方式推動(dòng)需求響應(yīng)項(xiàng)目投資, 建立風(fēng)險(xiǎn)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(duì)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(dòng)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(xiàng)目的輔助服務(wù)考核機(jī)制和補(bǔ)償機(jī)制。二是適時(shí)建立涵蓋需求響應(yīng)資源的輔助服務(wù)市場(chǎng)。針對(duì)新能源并網(wǎng)運(yùn)行特性, 在條件成熟時(shí)建立供需雙向投標(biāo)的輔助服務(wù)交易機(jī)制, 通過市場(chǎng)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(jià)值。
原標(biāo)題:新能源電力系統(tǒng)中需求響應(yīng)若干關(guān)鍵問題
