伍偉華,龐建軍,陳廣開,王薪與

（廣州供電局有限公司，510620）

0 引言

隨著用電需求的不斷增大，電網(wǎng)企業(yè)使用有序用電等帶有政治強制性質(zhì)的方法來減緩發(fā)電側的投建速度。然而，這些傳統(tǒng)的需求側管理(Demand Side Management,DSM)方法不可能長期有效地解決為滿足電力需求而新建更多發(fā)輸電設施的問題。出現(xiàn)這種問題的主要原因是電力需求缺乏彈性。只有增加電力需求的彈性，用戶的電能需求才有可能在短時間內(nèi)減少，以應對電力供應不足。因此，解決問題的根本途徑是在電力需求側引入競爭。隨著電力市場化改革的深入，需求側管理正逐漸向更具市場競爭性的需求側響應發(fā)展。電力需求側響應(Demand Response,DR)是指用戶根據(jù)電價信號或激勵機制做出響應，改變常規(guī)電力消費習慣的市場參與行為。在電力市場化改革的沖擊下，需求側的地位被逐漸抬高，需求側不再是被動的接受者，需求側也可以主動地改變用電需求來獲取相應的利益。通過電力需求側響應，需求側可以積極主動地與供給側共同維持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

美國加州大停電事故暴露了美國電力市場的弊端，說明需求側缺乏彈性的電力市場不是一個良性運行的市場。由此，基于市場的需求側響應計劃在電力市場改革不斷探索和完善的國家（如美國、英國、北歐、澳大利亞等）中越來越受重視。其中，美國的需求側響應計劃得益于其優(yōu)良的電力市場環(huán)境和美國政府的大力支持，發(fā)展尤為迅速，并且效果良好。截至2013年5月，美國需求響應項目占全球需求響應項目總數(shù)的95%。

本文基于歐美國家的需求側響應研究及其發(fā)展現(xiàn)狀，對國際上現(xiàn)有的需求側響應項目進行分類討論，給出我國需求側響應發(fā)展的幾點建議和設想。

1 基于價格和基于激勵的需求側響應

需求側響應的概念是美國在進行了電力市場化改革以后，針對需求側管理如何在競爭市場中充分發(fā)揮作用，以維持電力系統(tǒng)可靠性和提高市場運行效率而提出的。從用戶的響應動機的角度，需求側響應項目可劃分為以下兩類：基于價格的需求側響應(Price-based Demand Side Response)和基于激勵的需求側響應(Incentive-based Demand Side Response)。圖1是美國需求側響應的信息流圖。

2 基于價格的需求側響應

為了彌補傳統(tǒng)固定電價的缺乏公平公正、不合理等不足，從2012開始，我國全面推行以用電量為尺度的階梯電價。階梯電價在一定程度上均衡了需求側、供應側和社會公平正義之間的利益沖突。然而，階梯電價并不能平衡用電高峰期供應側發(fā)電成本與用電側購電成本，不能解決用電高峰期的電力缺口問題。而且，在階梯式的電價機制下，用電側必然會由于受到帶有高額成本的用電量約束，而不得不考慮用電成本在生產(chǎn)經(jīng)營成本中所占的比例，進而影響用電側的生產(chǎn)規(guī)模擴張。對比傳統(tǒng)固定電價和階梯電價，基于時間（以及空間）的電價機制更能公平而靈活地平衡供需兩側的成本，并且給予用電側更多調(diào)整生產(chǎn)的余地。

基于價格的需求側響應指的是基于時間的價格機制。目前，國際上常用的基于時變電價的需求側響應項目有三類：分時電價(Timeof use pricing,TOU)、尖峰電價(Critical peak pricing,CPP)和實時電價(Real time pricing,RTP)。用電側可以根據(jù)自身的用電實際，決定是否參與動態(tài)電價項目。參與項目的用戶可以自由選擇不同的動態(tài)電價，自由地調(diào)整負荷，實現(xiàn)減少電費支出的目的。

2.1 分時電價與尖峰電價

作為目前較容易實現(xiàn)的時變電價機制，分時電價和尖峰電價在國際上一直很受重視，國內(nèi)外已經(jīng)對分時電價和尖峰電價開展了較多深入的研究。

通過分時段設置費率，分時電價可以反映供應側在各個時段的發(fā)輸電成本。根據(jù)劃分時段的長短，分時電價可以有無數(shù)種類型。按月、日、小時劃分，可分別劃分為季節(jié)電價、節(jié)假日電價、峰谷電價等。如果用戶側的電能計量終端的計量精度允許，還可以根據(jù)需要進行更細致的劃分。目前國內(nèi)外對分時電價的研究主要集中在分時電價的設計與制定、分時電價的實施、分時電價的效益分析等。項目設計者可以根據(jù)用戶的歷史數(shù)據(jù)分析劃分時段和制定各時段電價，可以根據(jù)項目所在地區(qū)的季節(jié)氣候變化、用戶用電習慣、企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模等因素制定切實的實施方案。從美國的分時電價實施情況來看，美國得益于其電能表計的升級，季節(jié)電價、節(jié)假日電價和峰谷電價可以交叉結合使用。

尖峰電價指的是在階梯電價或分時電價的基礎上，疊加一個費率特別高的峰荷期價格，反映了在尖峰負荷時段供應側的發(fā)輸電成本。與分時電價的峰荷費率部分不同，由于尖峰電價出現(xiàn)的原因是系統(tǒng)出現(xiàn)緊急情況，尖峰電價出現(xiàn)的時間是不確定的，一般是在負荷曲線即將出現(xiàn)尖峰的一天以內(nèi)通知用戶或者在事后追溯。因此制定合理的實施策略和尖峰日的選擇至關重要。目前尖峰電價一共有四個種類：固定期限CPP（CPPF）、變動期限CPP（CPPV）、變動峰荷電價（VPP）和尖峰折扣補貼。這幾類尖峰電價的主要區(qū)別在于其起始時刻、持續(xù)時間、尖峰事件執(zhí)行天數(shù)、響應補貼費率等是否確定。

2.2 實時電價

與分時電價、尖峰電價相比，實時電價的實施難度較大。實時電價與發(fā)電側的售電價格聯(lián)動，伴隨著批發(fā)電價上下波動，直接反映日前或?qū)崟r的購電成本，是最理想的動態(tài)電價。為了反映電力批發(fā)市場的電價變化，實時電價需要劃分為更細致（1h）的時段，對實時通信系統(tǒng)和電能計量終端的要求更高。實時電價可以按聯(lián)動的批發(fā)電價分為：日前實時電價和日中實時電價；可以按用戶側的實施時間分為：一部制實時電價和兩部制實時電價。美國早在上世紀80年代就有實時電價的實施案例，目前新澤西、賓州、馬里蘭、紐約等州已對大用戶強制實施實時電價。實施實時電價的技術困難在于信息發(fā)布頻繁，計量數(shù)據(jù)量大，要求實時通信系統(tǒng)具備很強的數(shù)據(jù)傳輸能力和很高的通信可靠性。

歐洲的基于電價的需求側響應項目發(fā)展較快。在英國，對于用電需求較大的工業(yè)用戶，英國已經(jīng)能實行根據(jù)系統(tǒng)備用容量變化而變化的電價項目。分時電價和尖峰電價在我國部分城市已經(jīng)有試點實施工作，并已取得一定成效。由于我國電網(wǎng)行業(yè)地位壟斷和政府監(jiān)管力度不足，再加上通信系統(tǒng)和電能表計達不到要求，實時電價在我國難以短期內(nèi)實現(xiàn)。在現(xiàn)階段，我國應在階梯電價的基礎上，逐步推行分時電價和尖峰電價，并加大實時電價的支持力度，開展實時電價的試點實施工作。

3 基于激勵的需求側響應

基于激勵的需求側響應直接采用獎勵方式來激勵和引導用戶參與各種系統(tǒng)所需要的負荷削減項目。目前國際上較為常用的基于激勵需求側響應項目有:直接負荷控制(direct load control,DLC)、可中斷負荷(Interruptible Load,IL)、需求側競價(Demand Side Bidding,DSB)、緊急需求響應(Emergency Demand Response,EDR)和容量/輔助服務計劃 (Capacity/Ancillary Service Program,CASP)。在需求側響應的概念提出之前，美國就把直接負荷控制和可中斷負荷這兩類項目作為保證系統(tǒng)可靠性的措施。需求側競價、緊急需求響應和容量/輔助服務計劃出現(xiàn)較晚，在系統(tǒng)的月度容量計劃、日前市場經(jīng)濟調(diào)度、實時市場經(jīng)濟調(diào)度和備用服務中具有很大優(yōu)勢。對比基于價格的需求側響應，基于激勵的需求側響應的能夠更加靈活方便地實現(xiàn)削峰填谷。按照需求側響應資源的作用分類，需求側響應項目分為以下幾類：容量服務、能量服務、輔助服務和可靠性服務。

3.1 容量服務

容量服務指的是利用負荷削減來等效于裝機容量需求側響應項目，可以是各類基于激勵的需求側響應組成的綜合產(chǎn)品。這些項目主要面向于大容量用戶、供電公司或第三方負荷服務機構，要求參與的用戶能夠提供滿足系統(tǒng)季度或月發(fā)電容量規(guī)劃的負荷削減。用戶要承諾負荷削減量至少有上百千瓦，要證明有能力迅速反應并持續(xù)多個小時。用戶可以通過需求側競價(DSB)的方式或雙邊合同的方式參加此類項目。合乎容量服務要求的參與者可以獲得一個固定的補貼，這個補貼可以看作是一種保險費。在運營商發(fā)出提前通知后，收到通知的用戶必須要按照合同的約定，削減事先規(guī)定好的負荷，并達到規(guī)定的削減時間，才能獲得一個激勵補貼。

在美國，能夠提供容量服務的項目包括可削減可中斷負荷項目、緊急需求響應項目和容量市場項目等。其中較為典型的容量服務有：NYISO的有自備發(fā)電裝機的特殊資源（ICSCR）、PJM容量市場的項目和ISONE的遠期容量市場計劃等。在這些項目中，參與者能得到一個確定的激勵補貼，而系統(tǒng)運營商能得到一個能夠穩(wěn)定可靠反應的削減資源。

3.2 能量服務

能量服務指的是滿足系統(tǒng)調(diào)度的日前、實時電量平衡的需求側響應項目。參與能量服務類項目包括日前電量平衡和實時電量平衡。在日前電量市場，系統(tǒng)調(diào)度部門根據(jù)發(fā)電側、供電公司、負荷服務機構等提交的擬發(fā)電量和擬購電量，按照經(jīng)濟價值次序和網(wǎng)絡安全約束確定發(fā)電計劃。在事件日當天實時運行前，用戶會收到調(diào)度部門或負荷服務機構的提前削減負荷通知，按日前約定削減負荷。參與日前電量平衡類項目的用戶，如果其響應性能達到合同所規(guī)定的要求，一般可按照不大于日前市場邊際價格的價格進行激勵補償，否則可能會受到一個處罰。在實時電量市場，發(fā)電側或供電公司提交平衡負荷服務機構剩余要求的可調(diào)度電量的投標；系統(tǒng)運營商依據(jù)經(jīng)濟價值次序（包括最低成本和最快啟動）進行調(diào)度。而實時電量平衡的參與者提供主要用于平衡剩余的可調(diào)度電量的響應資源。用戶在實時運行時削減負荷，其得到激勵補償一般都不超過實時節(jié)點邊際價格。

圖2 需求側響應項目在系統(tǒng)運行規(guī)劃中的作用

能量服務的類型比較多，包括緊急需求響應、可削減可中斷負荷、需求側競價和容量市場項目。美國比較典型的日前電量平衡服務有：NYISO日前需求響應計劃（DADRP）、PJM的經(jīng)濟負荷響應的日前計劃、ISONE的日前負荷響應計劃和ERCOT的在負載之上的合格能量平衡（BUL）計劃。例如NYISO的DADRP計劃，該計劃帶來的是價格在日前市場出清過程中確定的能量產(chǎn)品。用戶自愿參與DADRP計劃，但是收到激勵信號后必須做出響應。響應性能通過與預先制定的負荷基線（Customer Baseline Load,CBL）作比較進行計算。如果參與者沒有按期削減負荷，則他們在規(guī)定的負荷削減時段的用電，將被收取高于日前制定的實時電價的價格。美國較典型的實時電量平衡服務有ISONE的實時電價響應（RPR）計劃和PJM的經(jīng)濟負荷響應的實時計劃。參與RPR的用戶如果在電價較高的時段自愿削減負荷，就能獲得高于實時節(jié)點邊際電價或每兆瓦時200美元的激勵補償。

3.3 輔助服務

圖3 需求側響應和其實施環(huán)境的變化

輔助服務指的是能滿足系統(tǒng)的調(diào)頻、旋轉(zhuǎn)備用、非旋轉(zhuǎn)備用或補充備用等需求側響應項目，可以包括緊急需求響應項目和直接負荷控制項目。用戶或負荷服務機構可以用合乎要求的響應資源參加輔助服務類項目的競標。如果其競標成功，則用戶的響應資源將被作為系統(tǒng)備用，用戶將獲得一個與發(fā)電側相同市場價的容量支付。而當用戶在事件日收到削減通知，并實現(xiàn)約定的負荷削減，將再次獲得一個現(xiàn)貨市場電量價格的支付。輔助服務類項目要求響應資源的容量很大，并具有以分鐘計算的反應速度。另外，參加輔助服務類項目的用戶必須安裝具有遙信能力的計量裝置。

美國較為成功的輔助服務類項目是ERCOT的獨立資源負計劃（LaaR）和NYISO的需求側輔助服務計劃（DSASP）。LaaR項目和DSASP項目都要求對響應資源能夠?qū)崿F(xiàn)等同發(fā)電機組的遙測，并能夠在幾分鐘內(nèi)啟動，產(chǎn)生等同于系統(tǒng)備用的效果。

3.4 可靠性服務

可靠性服務類產(chǎn)品指的是用于維持系統(tǒng)運行可靠性的需求側響應項目，主要包括緊急需求響應和直接負荷控制。當出現(xiàn)危及系統(tǒng)可靠運行的緊急情況，調(diào)度運營商要求參與的用戶能夠提供迅速并且可持續(xù)的負荷削減，因此基于可靠性的緊急需求響應一般可帶有強制性。對于直接控制負荷項目，由于響應資源直接由調(diào)度運營商或負荷服務機構控制，而且可以不通知或者只是短時間提前通知，所以直接負荷控制項目是一種很可靠的可靠性服務產(chǎn)品。

NYISO的緊急需求響應計劃（EDRP）、PJM的緊急負荷響應計劃和ISONE的實時需求響應計劃（RDR）。在EDRP計劃中，用戶收到約為2h的提前通知后，可以自行決定是否進行負荷削減；完成約定削減可獲得500美元/MWh或?qū)崟r出清電價（取兩者中最大值）的激勵補償，沒有削減也不會受到處罰。RDR計劃遵循自愿參與原則，但是在收到提前量為30min或者2h削減通知后，必須按約定強制削減負荷；完成削減后將，每兆瓦時電量以最大的實時節(jié)點邊際價格或500美元補償或給予一定的信譽承諾金。

4 需求側響應的作用與發(fā)展

如圖2所示，基于價格和基于激勵的需求側響應項目在實施的時間上是重疊的。當分時電價或?qū)崟r電價全面推廣的時候，基于激勵的需求側響應項目就是在分時電價和實時電價的基礎上進行。因此，用戶把峰荷電價期間的負荷轉(zhuǎn)移到谷荷電價期間的時候，有可能也相當于進行了基于激勵的負荷削減。文獻[1]指出：項目設計者應當考慮各類DR項目的互補性，防止兩類DR在實時過程中出現(xiàn)沖突。

從美國需求側響應發(fā)展來看，需求側資源已經(jīng)成為ISO/RTO維持電力市場經(jīng)濟調(diào)度和應對系統(tǒng)極端緊急情況的重要武器。然而，需求側資源的引入和風電太陽能等再生能源的使用使得電力系統(tǒng)的約束更加復雜。這就意味著系統(tǒng)調(diào)度難以預測資源的變化，需要更迅速更靈活的響應資源來平衡供需兩側。為了提高調(diào)度系統(tǒng)的應對能力，為了得到更迅速更靈活的響應資源，美國聯(lián)邦政府提出建設更主動、更自動、更集成化和更智能化的第二代需求側響應（Demand Response 2.0,DR2.0）。文獻[43]指出，DR2.0的服務將使用更有效的技術和方法，把不夠迅速、不夠靈活、不能持續(xù)用戶響應資源更新?lián)Q代。如圖3所示，調(diào)度運營商將要面臨的是一個難以預測或不可預測的系統(tǒng)運行環(huán)境。通過DR2.0，調(diào)度運營商能夠利用DER系統(tǒng)得到實時、可持續(xù)的分布式用戶響應資源。而用戶可以通過互聯(lián)網(wǎng)、移動電話等參與需求側響應項目。

5 結論

需求側響應的發(fā)展依賴于智能電網(wǎng)的基礎設施和技術標準建設，需要通信、信息、控制和管理等技術的支持，是電力行業(yè)、通信行業(yè)、金融行業(yè)等的技術合作的進一步升級和變革。需求側響應的發(fā)展將改變電力批發(fā)與銷售的模式，促使參與者轉(zhuǎn)換角色，實現(xiàn)電力經(jīng)濟的良性循環(huán)。建設具有中國特色的電力需求側響應對完成智能電網(wǎng)的目標至關重要。

目前，國內(nèi)已出現(xiàn)從各個角度探討中國需求側響應發(fā)展的前瞻性研究。高級量測基礎設施（advanced metering infrastructure，AMI）、需求側響應技術標準和通信標準等是建設和實施需求側響應的物理基礎，需要加快建立并逐漸完善。需求側響應是智能電網(wǎng)的一部分，需求側響應的建設應在智能電網(wǎng)的大環(huán)境下進行。基于我國現(xiàn)階段的發(fā)展實際，本文提出以下幾點建議：

1）現(xiàn)階段，政府可在推進分時電價和尖峰電價的基礎上，大力支持建立實時電價機制，并開展試點工作。

2）加快AMI和智能電網(wǎng)通信系統(tǒng)的建設，為實時電價和基于激勵需求側響應的發(fā)展提供良好的物理基礎。

3）建立能夠代表政府的非盈利需求側響應實施機構，并賦予其設計和監(jiān)督實施需求側響應項目的權力。

4）允許成立介于用戶和供電企業(yè)之間的綜合負荷代理機構（Aggregators），方便集成和管理需求側響應資源。

5）把DR2.0作為我國未來的智能電網(wǎng)下需求側響應的發(fā)展目標。

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