潘小輝，王蓓蓓，李 揚

（東南大學 電氣工程學院，南京 210096）

國外需求響應技術及項目實踐

潘小輝，王蓓蓓，李 揚

（東南大學 電氣工程學院，南京 210096）

在深入調研國外需求響應發(fā)展現(xiàn)狀的基礎上，對國外需求響應的政策、項目類型、關鍵技術等進行了重點分析，以獲取國外需求響應發(fā)展的先進成果和經驗，為未來我國需求響應的進一步深入和全面發(fā)展提供參考和借鑒，最后給出對我國需求響應發(fā)展的啟示與建議。

需求響應；需求響應項目；需求響應政策

由于我國需求響應（Demand response,DR）的發(fā)展相比于歐美發(fā)達國家起步較晚，目前只有峰谷電價在多數(shù)城市推行，而尖峰電價、可中斷負荷還處于試行和探索階段。需求響應項目較少且技術薄弱、項目實踐經驗缺乏，阻礙了我國需求響應進一步深入和全面發(fā)展。因此對國外需求響應發(fā)展現(xiàn)狀進行梳理分析，借鑒國外先進經驗，解決目前我國需求響應發(fā)展存在的問題，具有必要性和現(xiàn)實意義。

1 國外需求響應實施現(xiàn)狀與分析

1.1 環(huán)境與政策方面

在美國，獨立系統(tǒng)營運商（ISOs）/區(qū)域輸送組織（RTOs）充分利用電力市場環(huán)境的優(yōu)越性，積極推出了基于市場的DR市場產品：容量、能源（日前，實時平衡）、輔助備用服務（調頻、旋轉備用、非旋轉備用）等。歐洲共有八大區(qū)域性電力市場，各自有不同的市場規(guī)則及技術標準。歐洲不是單一的電力市場，沒有一個整體性的需求響應實施計劃，因此歐洲各國所開展的需求響應項目主要依據(jù)于各自制定的方案和規(guī)則。而歐洲國家的一些地區(qū)電力市場的設計和政策并沒有給DR的發(fā)展帶來機會和創(chuàng)新。

國外開展的需求響應得到了政策上大力支持，推動了需求響應的發(fā)展。2010年歐盟委員會發(fā)布了歐洲的3個2020年氣候和能源目標，需求響應是幫助歐盟委員會實現(xiàn)2020年3個目標的一個重要手段，這將直接促進需求響應在歐洲的發(fā)展。美國需求響應起步早，相關政策相對完備。2005年、2007年美國分別頒布了《能源政策法案》[12]和《能源獨立與安全法案》，明確規(guī)定了對實施需求響應的大力支持。2009年2月,美國總統(tǒng)奧巴馬簽署《美國復蘇與再投資法案》，明確將45億美元劃撥給美國能源部,用于促進電網(wǎng)現(xiàn)代化、整合DR設備和實現(xiàn)智能電網(wǎng)技術。

1.2 項目方面

按照終端用戶針對市場價格信號或激勵機制做出響應并改變正常電力消費模式的市場參與行為，需求響應項目可以分為基于電價和基于激勵2類。基于電價的需求響應項目就是讓消費者直接面對基于時間的電價并自主做出用電時間、用電方式的安排和調整，包括分時電價（TOU）、尖峰電價（CPP）、實時電價（RTP）等?；诩畹男枨箜憫椖渴侵苯硬捎眉畹姆绞絹砑詈鸵龑в脩魠⑴c各種系統(tǒng)所需要的負荷削減，包括直接負荷控制、可中斷負荷、需求側競價、緊急需求響應計劃、旋轉備用和非旋轉備用計劃、調頻服務等。這2種需求響應項目是互相聯(lián)系的，使用時要保證這2類需求響應措施的目標不能相互沖突。

在過去的20年里,歐洲在大工業(yè)用戶中使用了不同形式的切負荷機制來削減高峰負荷，因此目前歐洲的DR項目也主要面向于大型工業(yè)用戶。歐洲需求響應主要的形式是可中斷負荷和分時電價，部分電力市場采用了需求側競價，如表1。

目前在美國，尖峰電價相對沒有分時電價和實時電價那么普及,只有部分機構針對大型工商業(yè)用戶和普通居民用戶實施了尖峰電價。美國最早的尖峰電價項目是海灣電力公司在2000年開始實施的。直接負荷控制（DLC）項目在美國已經采用了40多年，最常用的DLC項目就是空調、熱水器和水池水泵等用電設備的遠方控制和調節(jié)。全美各州可中斷負荷項目的開展各具特色，加州的可中斷負荷主要以運營負荷參與計劃和需求削減計劃為主；紐約電力市場中的可中斷負荷參與日前現(xiàn)貨市場或運行備用市場；PJM的可中斷負荷分為緊急負荷響應計劃和經濟負荷響應計劃。調查發(fā)現(xiàn)，全美2010年基于激勵的DR項目數(shù)量顯著的增加：2010年有486個，2008年有274個。而基于電價的項目有所減少：2010年有346個，2008年有508個。

1.3 用戶方面

工業(yè)用戶能夠針對價格或激勵信號快速做出響應并削減大量的用電需求，因此非常適合需求響應項目，過去開展的需求響應也主要集中面向工業(yè)用戶。目前用戶與電網(wǎng)之間的互動還十分匱乏：用戶方面，他們并不關心自己的需求彈性對電網(wǎng)是否有作用；電網(wǎng)方面，它對用戶是否有能力去管理自己的設備這方面的信息非常缺乏。

用戶參與度是衡量需求響應項目是否成功的重要指標。假如一個項目方案效果顯著但用戶參與度僅占總人數(shù)的1%，那么項目方案的實施對于整個電力系統(tǒng)影響作用也不大。國外實踐表明：提高激勵和加強教育、宣傳可提高用戶對DR項目的滿意度和接受度，繼而提升用戶參與度。另外，對DR理解和接受度高的用戶也能夠減少更多的電力需求。國外十分重視DR宣傳、教育：歐洲研究了許多通過教育方式讓用戶改變消費習慣的需求響應方案，通常規(guī)模較小但效果顯著；美國把對DR相關人員的教育、培訓工作寫入了國家DR行動計劃中。

1.4 成效

國外通過開展需求響應實現(xiàn)了峰荷削減，峰荷的潛在削減量也在逐年增大。輸電協(xié)作聯(lián)盟（UCTE）指出歐洲各國現(xiàn)有需求響應資源平均可削減峰荷的2.9%。2020年，輸電協(xié)作聯(lián)盟對歐洲各國可削減峰荷總值預測為13.77 GW，未來歐洲DR將發(fā)揮出的成效依然值得期待。

從美國現(xiàn)有資源來看，2010年可實現(xiàn)峰荷削減53 062 MW，見表2，約占全國峰荷的6.7%。其中參與基于激勵的DR項目的用戶可削減峰荷47 448 MW，而參與基于電價的DR項目的用戶只能削減峰荷5 614 MW；從百分率上看,大約有89%的高峰負荷削減由基于激勵的DR項目提供。2009年FERC提出了4種美國DR實施方案，2019年可分別削減38、82、138、188 GW不等的峰荷，其中最高方案可削減峰荷的20%，意味著需求響應措施可消化全美10年內的電力需求增長。

表1 歐洲各地區(qū)需求項目及實施模式

表2 美國需求響應項目可實現(xiàn)的負荷削減 MW

2 國外需求響應關鍵技術與典型項目實踐

2.1 關鍵技術

有效地開展需求響應項目，最大程度挖掘出DR潛力，同樣離不開技術上的支撐。智能電能表方面，歐盟指示在整個歐洲裝備智能電能表，并由各國家政府強制執(zhí)行；美國計劃2013年前使全美電能表的1/3更換為智能電能表。通信技術方面，室內顯示裝置、雙向互動通信裝置等設備已在DR項目中使用?？刂萍夹g方面，遠程負荷控制裝置、溫控器等設備已在需求響應項目中廣泛使用。自動化技術方面，自動需求響應技術的開發(fā)與使用，使最初的手動、半自動化需求響應發(fā)展到現(xiàn)在的全自動需求響應。平臺方面，美國的技術供應商推出了需求響應管理平臺，以方便用戶科學地管理和控制用電負荷；歐洲將以智能電能表基礎設施為依托，建立大范圍的需求響應項目功能和服務平臺，以更深入更有效的開展需求響應項目。另外歐洲公共事業(yè)單位和通信公司正合作開發(fā)各種形式的智能能量盒，以實現(xiàn)設備的控制與管理及其它輔助服務。

建立行業(yè)技術標準將大大提升先進技術在DR中大規(guī)模推廣的機會和價值，這方面國外一直都在正確的道路上。2011年歐洲標準化組織（European Standardization Organizations）發(fā)布歐洲標準規(guī)范M490，它為智能儀表、通信顯示裝置、基礎平臺制造商提供一個公認的參考標準。2009年英國發(fā)布了負荷管理的功能要求標準。2009年美國制定了首批16個智能電網(wǎng)行業(yè)標準，其中之一就是開放型自動需求響應的標準規(guī)范。

2.2 典型項目實踐

發(fā)達國家需求響應起步早，有許多DR工程實踐對DR技術進行試驗、應用、推廣。其中不乏對DR技術運用成熟、用戶參與度高、與中國相關度高并且效果明顯的典型工程實踐，這些典型工程實踐的成功，也說明未來智能電網(wǎng)技術支撐下需求響應發(fā)展的美好前景。

典型項目1：2007英國政府啟動的能源使用信息反饋項目，是智能電能表和通信技術在DR中的成熟運用。能源公司通過智能電能表、實時顯示等裝置，向用戶及時反饋能源使用信息。該項目的特色在于并沒有采用價格和補償激勵，而是單純利用智能電能表和通信技術及時反饋能源消費信息，從而成功達到減少能耗和轉移峰荷的效果。項目參與用戶數(shù)超過60 000戶，項目第一年節(jié)約總耗能的2.3%，第二年這個數(shù)字增長到了4%。

典型項目2：美國德克薩斯州的空調負荷管理項目是控制技術在DR中的典型應用，用戶參與度相當高。在夏季下午負荷高峰時，Austin Energy利用溫控器來循環(huán)控制用戶的空調來削減峰荷，并允許用戶利用在線工具控制自己的智能溫控器。溫控器的安裝數(shù)量每年穩(wěn)步增長，峰荷削減量也在增長。根據(jù)用戶調查，大多數(shù)參與者對該項目表示滿意。80%的參與者會推薦這個項目，超過75%的參與者認為他們的體驗很精彩。截至2009年德克薩斯州已經安裝了86 000個智能溫控器，可削減峰荷90 MW?；谶@個項目的經驗和成功，Austin Energy計劃所有用戶都能參與，并且在其他城市分享這個方案的成功。

典型項目3：南加州愛迪生公司（SCE）在美國加州開展的自動需求響應項目是自動化技術與DR的成功結合。由于該項目實施背景與中國體制相關度高并且效果顯著，使得該項目很具代表性和借鑒性。項目實施者南加州愛迪生公司（SCE）是與中國國家電網(wǎng)公司類似的一家大型電力公司，單獨對智能電網(wǎng)、需求響應項目發(fā)展建設負責，針對工商業(yè)用戶開展了不同的需求響應項目。類似我國電價由發(fā)改委制定，加州電力價格則由州政府部分管理。項目可實現(xiàn)峰荷削減692 MW,相當于系統(tǒng)峰荷的6.5%，證明了自動需求響應技術可以在電力需求高峰時期起到削峰作用。實踐表明，使用自動化技術的DR項目比不使用該技術的項目更易獲得成功，效率也高30%～100%。

3 對我國需求響應發(fā)展的啟示與建議

現(xiàn)階段國內外DR發(fā)展的基礎條件對比見表3。由表3對比可以看出，相對于國外電力市場的環(huán)境，我國電力由電網(wǎng)公司統(tǒng)一管理的模式將大大有利于新的需求響應技術和方案的推廣，這是我國開展需求響應的優(yōu)勢。然而，同樣可以看到，我國在政策基礎、項目和用戶基礎、技術基礎上不同程度落后于歐美發(fā)達國家。為了保持我國在需求響應方面取得的成果，未來需求響應的發(fā)展在智能電網(wǎng)技術條件支撐下取得進步和突破，繼續(xù)挖掘我國尚存在的較大DR潛力，應借鑒國外需求響應的先進成果和經驗。建議在以下方面做出改進和努力。

（1）更多的政策支持。中國DR政策處于建章立制、積極完善的階段，應當進一步加強與完善。建議由政府主導盡快制定國家層面上的DR行動計劃，使得中國需求響應各方面協(xié)調、共同發(fā)展。

（2）重視DR宣傳、教育并及時向用戶反饋消費信息。通過教育、宣傳提高參與者對DR理解和接受度，利于DR項目的推廣；及時向用戶反饋消費信息，也能起到減少能耗和轉移峰荷的效果。

（3）積極研發(fā)與推廣新技術。國外有專門的機構大力研發(fā)新技術，并積極推進示范項目的試點，繼而在全社會推廣和實施其中成熟和先進的技術。而國內目前還缺乏這樣的組織機構來承擔這樣的任務，成為了我國需求響應技術創(chuàng)新和突破的障礙，建議增設類似職能的組織機構。

（4）積極推動試點項目實踐。目前我國需求響應項目較少且形式單一，發(fā)揮的效益有限。建議積極推動國內試點項目實踐，尋求更多符合我國實際需求的需求響應項目和實施模式，更大程度地挖掘出我國需求響應的潛力。

表3 現(xiàn)階段國內外DR發(fā)展的基礎條件對比

（5）與智能電網(wǎng)技術協(xié)調推進、相輔相成。充分把握中國智能電網(wǎng)建設給DR發(fā)展帶來的機遇，最大程度利用好智能電網(wǎng)所創(chuàng)造的技術條件，加速我國DR的發(fā)展。建議加快建立、完善包含DR的智能電網(wǎng)技術規(guī)范與行業(yè)標準,以支持智能電網(wǎng)技術與DR項目的大規(guī)模部署。

（6）與中國實際國情相結合，堅持具有中國特色的發(fā)展路線。每個國家國情不一樣，電力市場環(huán)境也不一樣，開展需求響應工作應與我國實際相結合。建議由政府引導支持、電網(wǎng)公司主導、第三方機構參與實施以及用戶的參與，共同完善和實施需求響應的應用，逐步在實踐中優(yōu)化需求響應的實施策略。

4 結束語

各國發(fā)展智能電網(wǎng)的推動力和側重點各不相同，但建設智能電網(wǎng)已經成為全世界電力行業(yè)的愿景。國家電網(wǎng)公司也緊隨國際智能電網(wǎng)的發(fā)展步伐，從我國國情出發(fā)提出建設堅強智能電網(wǎng)。智能電網(wǎng)技術不僅使各類DR項目能夠更加方便地部署與推廣,還使用戶能夠更加靈活地安排用電方案與響應策略。在智能電網(wǎng)框架下的需求響應遇到了前所未有的發(fā)展機遇,但中國在具體實施過程中應吸取國外的先進經驗和成果,并結合實際情況積極進行創(chuàng)新，更好地促進需求響應在我國深入、全面的發(fā)展。

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Demand response technology abroad and its practice

PAN Xiao?hui,WANG Bei?bei,LI Yang
（Southeast University,Nanjing,210096,China）

This paper focuses on the analysis of policy,pro?gram type,key technology.etc to gain the advanced achievements and experience of overseas demand response based on in?depth re?search of the current situation of overseas demand response.That could provide reference for the further in?depth development of Chinese demand response under the technology support of smart grid,and finally the enlightenment and suggestions to demand re?sponse construction of China are proposed.

demand response;demand response program;demand response policy

F416.61；TK018

C

1009-1831（2013）01-0058-05

2012-07-24

潘小輝（1987），男，江西南昌人，碩士研究生,主要研究方向為需求側管理與需求響應；王蓓蓓（1979），女,安徽蒙城人，博士，副教授，主要研究方向為智能用電、需求側管理與需求響應；李揚（1961），男，江蘇泰興人，博士，教授，主要研究方向為電力市場、需求側管理與需求響應。

國家自然科學基金項目（71001026）；國家863高技術基金項目（2011AA05A115)