趙巖, 李博嵩，蔣傳文

(1.上海市電力公司，上海市 200122；2.上海交通大學(xué)電氣工程系，上海市 200240)

售電側(cè)開放條件下我國需求側(cè)資源參與電力市場的運(yùn)營機(jī)制建議

趙巖1, 李博嵩2，蔣傳文2

(1.上海市電力公司，上海市 200122；2.上海交通大學(xué)電氣工程系，上海市 200240)

需求響應(yīng)在維持系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行中具有重要作用，且具有效率高、成本低、響應(yīng)速度快、環(huán)保效益好等特點(diǎn)。需求側(cè)資源的應(yīng)用和管理是智能電網(wǎng)建設(shè)的重要內(nèi)容。我國需求側(cè)資源的研究尚處于初級階段，但電力市場的發(fā)展，售電側(cè)開放為其提供了廣闊的發(fā)展前景。概述我國目前的需求側(cè)資源和需求響應(yīng)現(xiàn)狀，并分析了售電側(cè)開放對其可能產(chǎn)生的影響。在借鑒國外需求側(cè)資源應(yīng)用和管理經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，從理論、技術(shù)和政策3個方面提出了售電側(cè)開放條件下我國需求側(cè)資源參與電力市場的相關(guān)運(yùn)營機(jī)制建議，指出應(yīng)在加強(qiáng)對需求側(cè)資源特性的研究和智能電網(wǎng)設(shè)備建設(shè)的同時，對需求側(cè)資源給予政策性激勵以鼓勵促進(jìn)其發(fā)展。

需求響應(yīng); 需求側(cè)資源; 售電側(cè)開放; 電力市場

0 引 言

20世紀(jì)70年代，需求側(cè)管理(demand side management, DSM)的概念首先在美國提出。隨著對電力需求價格彈性的研究，需求響應(yīng)(demand response, DR)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于電力市場[1]。需求響應(yīng)是指在不同市場化程度下，通過技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、行政、法律等手段鼓勵和引導(dǎo)用戶主動改變常規(guī)用電方式，進(jìn)行科學(xué)合理用電，以促進(jìn)電力資源優(yōu)化配置，保證電力系統(tǒng)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的管理工作[2]。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，電力需求側(cè)響應(yīng)的應(yīng)用范圍已從電力負(fù)荷，拓寬至廣義需求側(cè)資源。廣義需求側(cè)資源指基于智能電網(wǎng)中先進(jìn)的傳感與控制技術(shù)，能夠?qū)﹄妰r信號或激勵機(jī)制做出響應(yīng)的電力資源。[3]主要包括負(fù)荷、分布式電源(distributed generation, DG)、儲能等多種資源。[4]

隨著智能電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和完善，需求響應(yīng)可分為人工需求響應(yīng)、半自動需求響應(yīng)和全自動需求響應(yīng)3個發(fā)展階段。需求側(cè)資源在維持電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行中的效率和可靠性逐步提高[5]。需求側(cè)資源參與電力系統(tǒng)運(yùn)營可為系統(tǒng)帶來包括平抑負(fù)荷曲線、降低電力價格、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性、提高可再生能源接入率等諸多效益[6]。在應(yīng)用和發(fā)展初期，系統(tǒng)對需求側(cè)資源的利用集中在與電力大用戶的互動合作[7]。但隨著智能電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和市場開放程度的提高，越來越多的小型電力用戶和分布式能源能夠參與系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行[8]，通過負(fù)荷聚集商[9]等統(tǒng)一組織形式為系統(tǒng)提供需求響應(yīng)。

電力需求側(cè)資源的相關(guān)學(xué)術(shù)研究在我國已開展多年，研究焦點(diǎn)集中在其對電力系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行的影響。[10-11]但需求側(cè)響應(yīng)的實(shí)際應(yīng)用目前仍局限于有序用電、峰谷分時電價和階梯電價等項(xiàng)目[12]，電力市場的改革和售電側(cè)的開放為我國的需求側(cè)資源應(yīng)用提供了新的發(fā)展契機(jī)和廣闊前景。本文在概述我國電力需求側(cè)資源應(yīng)用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，考慮售電側(cè)開放的影響，并借鑒國外先進(jìn)發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，對售電側(cè)開放條件下我國需求側(cè)資源參與電力市場的運(yùn)營機(jī)制提出建議。

1 我國電力需求側(cè)資源應(yīng)用現(xiàn)狀

自2002年《國務(wù)院關(guān)于印發(fā)電力體制改革方案的通知》(國發(fā)[2002]5號)文件下發(fā)以來，我國電力市場逐步發(fā)展，基本實(shí)現(xiàn)了“廠網(wǎng)分離、競價上網(wǎng)、輸配分開、競爭售電”[13]。在電力市場對供電側(cè)的單邊開放的背景下，需求側(cè)資源參與系統(tǒng)運(yùn)營的機(jī)會受到一定限制。目前，我國對需求側(cè)資源的利用主要集中在各類負(fù)荷項(xiàng)目。但隨著包括分布式電源、儲能設(shè)備及電動汽車等在內(nèi)的分布式能源在系統(tǒng)中接入率的提高，其應(yīng)用也受到更廣泛的重視，本節(jié)將對不同種類的需求側(cè)資源在我國目前的應(yīng)用狀況進(jìn)行概述。

基于負(fù)荷的需求側(cè)管理項(xiàng)目在我國電力系統(tǒng)中的應(yīng)用首先以政策性引導(dǎo)的有序用電為主，主要的有序用電措施包括錯峰用電、避峰用電、限電、緊急拉閘等[14]。需求響應(yīng)項(xiàng)目方面，基于激勵的需求響應(yīng)項(xiàng)目由于對智能用電設(shè)備和電力市場開放程度的要求都較低，適于在我國電力市場中應(yīng)用。但由于有序用電的常態(tài)化應(yīng)用，可中斷負(fù)荷等常用基于激勵的需求響應(yīng)只在江蘇、河北、上海等少數(shù)省市有所實(shí)踐。對于基于價格的需求響應(yīng)，我國主要應(yīng)用的需求響應(yīng)電價措施包括分時電價、階梯電價和尖峰電價。目前，北京、天津、河北、山東等地已進(jìn)行了尖峰電價的試點(diǎn)工作；而浙江、四川、福建等地已實(shí)施了階梯電價并向全國推廣。基于價格的需求響應(yīng)項(xiàng)目的逐步推行，說明容量小，但數(shù)量眾多且分布廣泛的中、小型電力用戶已經(jīng)得到了電力系統(tǒng)的重視。

隨著智能電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，分布式能源作為需求側(cè)資源的重要組成部分將在維持電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行中起到重要作用。分布式能源包括分布式電源和儲能。我國分布式能源儲量和種類豐富，但相關(guān)技術(shù)和管理發(fā)展起步較晚。包括天然氣、風(fēng)能、光能等在內(nèi)的分布式能源在當(dāng)前市場條件下無法實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的內(nèi)部化[15]，即在參與電力系統(tǒng)運(yùn)營的過程中，分布式電源的投切或出力完全服從系統(tǒng)調(diào)度，并未實(shí)現(xiàn)主動參與。

儲能方面，我國儲能總裝機(jī)容量16 345 MW，占全球總量的13%，而這其中99%以上都是不屬于需求側(cè)資源的抽水蓄能[16]。電池儲能技術(shù)正處于快速發(fā)展階段，并在各類示范項(xiàng)目中獲得良好效益[17]，尤其分布式儲能系統(tǒng)與間歇式能源聯(lián)合運(yùn)行，可在平抑間歇式能源出力不確定性的同時提高其在電力系統(tǒng)中的接入率。電動汽車的發(fā)展在我國剛剛興起，預(yù)計(jì)達(dá)到政府指定的到2020年完成累計(jì)產(chǎn)銷量超過500萬輛的目標(biāo)難度較大。但電動汽車的產(chǎn)銷量逐年升高，國家科技部、財(cái)政部、發(fā)改委、工業(yè)和信息化部四部委還啟動了“十城千輛”工程以扶持其發(fā)展[18]。電動汽車作為常規(guī)汽車的替代形式，具有很高的環(huán)保效益。且其本質(zhì)是可移動儲能設(shè)備，具備向電網(wǎng)反送電的能力，通過適宜的組織和管理機(jī)制能夠在維持電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行中起到重要作用。

總體來說，我國對電力需求側(cè)資源的利用仍主要針對系統(tǒng)中的大型負(fù)荷。但隨著智能電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和電力市場的建設(shè)，通過合理的管理和運(yùn)營，總?cè)萘烤薮蟮亩喾N分布式能源將在系統(tǒng)運(yùn)行中發(fā)揮其巨大潛力。

2 售電側(cè)開放對需求側(cè)資源參與電力市場的影響

售電側(cè)市場開放有2項(xiàng)基本內(nèi)涵：一是打破售電壟斷，構(gòu)建多個售電主體；二是逐步賦予客戶用電自由選擇權(quán)，即在政策許可的范圍內(nèi)用戶可自由選擇并更換售電商[19]。售電側(cè)開放將通過以下2個方面對需求側(cè)資源參與電力市場的運(yùn)營機(jī)制產(chǎn)生影響。

其一，售電側(cè)開放為更多需求側(cè)資源提供了參與電力市場的渠道，促進(jìn)市場的競爭和活力。傳統(tǒng)對需求側(cè)資源的利用主要針對大容量工商業(yè)用戶。對于分布較為零散的、單個容量小的分布式能源和小型電力用戶，電網(wǎng)運(yùn)營者無法直接對其進(jìn)行管理。根據(jù)國務(wù)院《關(guān)于推進(jìn)售電側(cè)改革的實(shí)施意見》，售電公司作為新的市場主體進(jìn)入市場，可通過電價或激勵引導(dǎo)此類需求側(cè)資源的用電和放電行為，使其參與市場，為系統(tǒng)提供需求響應(yīng)服務(wù)。意見中提到的售電公司，除了單純作為電力零售商的售電公司，還包括擁有配電網(wǎng)運(yùn)營權(quán)的售電公司。后者還具有對內(nèi)部分布式電源、儲能設(shè)備等進(jìn)行管理和調(diào)度的能力，可作為需求側(cè)資源與電力系統(tǒng)的媒介，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對需求側(cè)資源的管理。售電公司的出現(xiàn)為更多分布廣泛、容量小的需求側(cè)資源提供了統(tǒng)一的進(jìn)入市場的渠道。以售電公司為媒介，系統(tǒng)內(nèi)需求側(cè)資源可被利用的種類和方式均得到豐富，為電力市場注入新的活力。

其二，售電側(cè)的開放可有效保障需求側(cè)資源的效益。以有序用電為代表的政策性需求響應(yīng)使電力用戶承擔(dān)了系統(tǒng)調(diào)度的任務(wù)卻未獲得相應(yīng)的收益，這違背了用戶的意愿，同時也不符合市場規(guī)律。國務(wù)院《關(guān)于推進(jìn)價格機(jī)制改革的若干意見》中指出，“應(yīng)按照‘準(zhǔn)許成本加合理收益’的原則，合理制定電網(wǎng)輸配價格。在開放競爭性的環(huán)節(jié)電價之前，完善煤電價格聯(lián)動機(jī)制和標(biāo)桿電價體系，使電力價格更好地反映市場需求和成本變化?！眱r格是電力用戶和需求側(cè)資源與系統(tǒng)進(jìn)行互動的結(jié)果。一方面，需求側(cè)響應(yīng)為系統(tǒng)提供削峰填谷、旋轉(zhuǎn)備用等服務(wù)，降低系統(tǒng)運(yùn)行成本和電力價格，給需求側(cè)資源和普通電力用戶帶來效益。另一方面，售電側(cè)開放后，售電公司間的競爭以及售電公司與系統(tǒng)運(yùn)營者的互動將有力地促進(jìn)電力市場的發(fā)展，從而帶來電力及相關(guān)服務(wù)價格機(jī)制的完善。售電公司為了擴(kuò)大用戶范圍進(jìn)行競爭，與需求響應(yīng)相關(guān)的價格及激勵機(jī)制隨競爭完善，合理的電力價格或雙邊合同保證參與需求響應(yīng)的需求側(cè)資源獲得相應(yīng)收益，從而激勵其參與市場的主動性。

售電側(cè)市場的開放在激勵更多市場主體和資源參與系統(tǒng)運(yùn)營的同時保障各方面的利益。但新市場主體的參與也同時給市場的管理方式和運(yùn)營機(jī)制制定提出挑戰(zhàn)。

3 國外需求側(cè)資源的運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)借鑒

我國目前需求側(cè)資源的實(shí)際應(yīng)用有限，在售電側(cè)開放的背景下，借鑒和學(xué)習(xí)國外電力市場中對需求側(cè)資源的組織和管理方式具有重要意義。

在國外電力市場中，美國PJM電力市場中需求側(cè)資源的運(yùn)營機(jī)制較為成熟。在PJM市場中，需求側(cè)資源通過削減服務(wù)提供商的代表參與包括能量和輔助服務(wù)在內(nèi)的各類市場。負(fù)荷聚集商[20]、配電公司等任意可以聚合需求側(cè)資源參與市場運(yùn)營的第三方均可以成為削減服務(wù)提供商。它們作為系統(tǒng)運(yùn)營商與需求側(cè)資源的中間人，實(shí)現(xiàn)信息和資本的流通。需求側(cè)資源可參與包括PJM緊急負(fù)荷響應(yīng)計(jì)劃、經(jīng)濟(jì)負(fù)荷響應(yīng)計(jì)劃在內(nèi)的多種負(fù)荷響應(yīng)計(jì)劃，并參與日前和同步備用市場及調(diào)頻市場。PJM對需求側(cè)資源參與市場的準(zhǔn)入門檻、消息下發(fā)流程、獎懲規(guī)則均進(jìn)行了明確制定[21]。

歐洲的相關(guān)實(shí)踐尚處于萌芽階段，所利用的需求側(cè)資源以大型電力用戶為主。英國電力市場提供多種分時電價費(fèi)率激勵用戶參與需求響應(yīng)，并通過可中斷負(fù)荷合同組織需求側(cè)資源參與短期運(yùn)行備用、快速備用和穩(wěn)定電網(wǎng)頻率響應(yīng)等輔助服務(wù)市場。法國利用分時電價組織需求側(cè)資源參與市場，并規(guī)定了市場準(zhǔn)入門檻。Voltails公司聚合用戶負(fù)荷削減資源，參與電力平衡市場。在西班牙，需求響應(yīng)的價格和激勵機(jī)制被細(xì)分為多種。能量市場中將分時電價細(xì)分為6種不同時段，以提高需求側(cè)資源的響應(yīng)靈敏度?？芍袛嘭?fù)荷合同可劃分為5種不同類型，1年中，中斷發(fā)生的時間可達(dá)到240 h，充分提高了需求側(cè)資源的利用率。北歐電力市場對需求側(cè)資源的輔助服務(wù)市場尚未開放，但對需求側(cè)資源參與能量市場的運(yùn)營方式進(jìn)行了廣泛研究。在挪威、芬蘭等國家，對組織需求側(cè)資源參與能量市場進(jìn)行了多種形式的項(xiàng)目試點(diǎn)，且各國內(nèi)部針對需求側(cè)資源參與輔助服務(wù)市場也進(jìn)行了不同程度的實(shí)踐。在挪威，需求側(cè)資源可簽訂多種可中斷負(fù)荷合同，根據(jù)自身偏好選擇不同終端電價。同時，需求側(cè)資源可通過與發(fā)電機(jī)組競價參與調(diào)頻容量市場，實(shí)現(xiàn)電力平衡。在芬蘭，用戶可與電網(wǎng)簽訂年度雙邊協(xié)議參與調(diào)頻備用和快速備用。同時，與美國市場的削減服務(wù)提供商類似，歐洲各國開展了多種虛擬電廠[22](virtual power plant, VPP)試點(diǎn)項(xiàng)目，對包含分布式電源、電動車、儲能等在內(nèi)的多種需求側(cè)資源進(jìn)行統(tǒng)一管理。相關(guān)典型項(xiàng)目和電價機(jī)制可參見表1。[22-26]

表1 歐洲典型需求側(cè)資源運(yùn)營項(xiàng)目
Table 1 Typical demand-side resource programs in Europe

通過國外對需求側(cè)資源參與市場運(yùn)營機(jī)制的經(jīng)驗(yàn)可做如下總結(jié)：對需求側(cè)資源的應(yīng)用可首先從能量市場開始，待積累經(jīng)驗(yàn)，再在輔助服務(wù)市場展開應(yīng)用；隨著市場的成熟，可將電價變動時段進(jìn)行細(xì)分，對基于激勵的需求響應(yīng)也應(yīng)根據(jù)用戶的不同特性制定多種合同，以促進(jìn)需求側(cè)資源對市場的主動參與；對分布零散的小型電力負(fù)荷、分布式電源、儲能等新型需求側(cè)資源，可通過售電公司、負(fù)荷聚集商、虛擬電廠等中介層進(jìn)行統(tǒng)一管理并參與市場。對需求側(cè)資源的管理方式可總結(jié)如圖1所示。

圖1 需求側(cè)資源管理方式Fig.1 Management of demand-side resources

4 售電側(cè)開放條件下對我國需求側(cè)資源參與電力市場的建議

考慮售電側(cè)開放的影響并借鑒國外需求側(cè)資源的運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)，本文提出如下對我國需求側(cè)資源參與電力市場的運(yùn)營機(jī)制建議。

理論層面：應(yīng)廣泛開展對各類需求側(cè)資源特性的研究。需求側(cè)資源內(nèi)涵廣泛，在開發(fā)時應(yīng)針對其種類特性評估其參與需求側(cè)響應(yīng)的潛力。具體來說，負(fù)荷類資源中，居民及工、商業(yè)用戶的用電設(shè)備存在差異。居民負(fù)荷主要來自制冷、制熱、通風(fēng)、照明等設(shè)備，評估時應(yīng)著重考慮天氣因素和用戶生活習(xí)慣的影響；而工業(yè)用戶涉及到各類機(jī)械、電熱設(shè)備，其需求響應(yīng)潛力受生產(chǎn)方式、產(chǎn)品供求等因素影響較大；商業(yè)負(fù)荷主要包括照明、辦公、空調(diào)設(shè)備，應(yīng)考慮其行業(yè)特點(diǎn)、天氣因素等。對于分布式能源，光伏發(fā)電具有較為廣泛的適用性，而風(fēng)力發(fā)電則因風(fēng)資源的地域性明顯，更適用于沿海等地。對于不可控分布式發(fā)電，應(yīng)考慮與儲能設(shè)備聯(lián)合應(yīng)用以降低其出力的波動性。對于小型燃?xì)廨啓C(jī)等可控分布式電源，可考慮其在城市負(fù)荷中心或周邊郊區(qū)的應(yīng)用。對需求側(cè)資源的特性和潛力分析是制定響應(yīng)電價和激勵機(jī)制的基礎(chǔ)，應(yīng)因地制宜進(jìn)行深入研究。

(1)技術(shù)層面：需求響應(yīng)的實(shí)現(xiàn)需要依靠電力系統(tǒng)、需求側(cè)資源及售電公司、負(fù)荷聚集商等市場主體間的實(shí)時多向信息流動。智能用電、測量、通信等設(shè)備是實(shí)現(xiàn)需求響應(yīng)的技術(shù)支撐，應(yīng)重視對上述設(shè)備的投資和建設(shè)。在此基礎(chǔ)上，針對不同需求側(cè)資源的特性設(shè)計(jì)相應(yīng)控制和調(diào)度模型系統(tǒng)，從而建立需求側(cè)資源在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的整體信息、控制和調(diào)度架構(gòu)。同時也應(yīng)加強(qiáng)針對需求側(cè)資源預(yù)測和優(yōu)化運(yùn)行的技術(shù)投入，并設(shè)計(jì)和建立相關(guān)效益評估系統(tǒng)。

(2)政策層面：一方面，應(yīng)對分布式電源、儲能、電動汽車等新興需求側(cè)資源給予一定的政策扶持，例如對分布式能源對電網(wǎng)供電提供電價補(bǔ)償，對電動汽車用戶實(shí)行電價折扣等獎勵機(jī)制，以提高其在系統(tǒng)中的利用率。另一方面，應(yīng)充分發(fā)揮售電公司在電價機(jī)制和需求側(cè)響應(yīng)合同制定中的自主性，保證市場內(nèi)各類售電公司的數(shù)量以鼓勵競爭。通過競爭促進(jìn)符合各類需求側(cè)資源特性的電價和合同機(jī)制的完善，以激勵需求側(cè)資源參與市場的主動性。

5 結(jié) 語

相比常規(guī)依靠供電側(cè)的調(diào)節(jié)方式，需求響應(yīng)在維持系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行時具有效率高、成本低、響應(yīng)速度快、環(huán)保效益好等特點(diǎn)。對電力需求側(cè)資源的管理是智能電網(wǎng)建設(shè)的重要組成部分。我國對電力需求側(cè)資源的應(yīng)用尚處于發(fā)展初期，但隨著電力市場的發(fā)展，售電側(cè)開放為其提供了廣闊的發(fā)展前景。要充分發(fā)揮需求側(cè)資源的巨大潛力，在充分學(xué)習(xí)借鑒國外相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的同時，還需在理論、技術(shù)、政策等多方面給予支持。

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(編輯 劉文瑩)

Operation Mechanism Suggestions of Demand-Side Resources in Electricity Market under Retail Power Market Deregulation in China

ZHAO Yan1, LI Bosong2， JIANG Chuanwen2

(1. Shanghai Municipal Electric Power Company, Shanghai 200122, China;2. Department of Electrical Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China)

Demand response plays an important role in maintaining the economy and stability of the power system operation. Moreover, it is advanced in high efficiency, low cost, high response speed and high environment benefit. The application and management of demand-side resources are important parts of smart grid construction. The study on demand-side resources in China is still in the primary stage, but the development of electricity market and the deregulation of retail power market provide a broad prospect for it. This paper summarizes the current situations of demand-side resources and demand response in China and studies the influence of retail power market deregulation. On the basis of demand-side resource application and management experiences from foreign countries, we provide suggestions for demand-side resources to participate in the system operation under retail power market deregulation from three aspects of theory, technology and policy. It is pointed out that besides the enhancement in demand-side resource characteristic study and the improvement in smart grid equipment installment, the political support is also needed to encourage the development of demand-side resources in China.

demand response; demand-side resource; retail power market deregulation; electricity market

TM 73

A

1000-7229(2016)03-0112-05

10.3969/j.issn.1000-7229.2016.03.017

2015-12-07

趙巖(1962)，女，高級工程師，主要研究方向?yàn)殡娏κ袌鲞\(yùn)營和電力系統(tǒng)運(yùn)行方式；

李博嵩(1990)，女，博士研究生，主要研究方向?yàn)殡娏κ袌鲞\(yùn)營和電力需求側(cè)管理；

蔣傳文(1967)，男，教授，博士生導(dǎo)師，通信作者，主要研究方向?yàn)殡娏κ袌觥⑴潆娋W(wǎng)自動化、電力系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行、水電優(yōu)化調(diào)度等。