仇 知，羅 慧，秦 喆，張棟宇，王蓓蓓

（1.東南大學(xué) 電氣工程學(xué)院，南京 210096；2.江蘇省電力公司 運行監(jiān)測中心，南京 210096）

智能電能表試點項目由能量監(jiān)管委員會于2007年組織成立，為愛爾蘭用戶行為試驗提供技術(shù)支撐。該試驗規(guī)模巨大，以智能電能表為依托從客觀數(shù)據(jù)上說明了各類激勵機制對于電力用戶用電行為的影響。本文將對居民用戶及中小型商業(yè)用戶的試驗設(shè)計和結(jié)果進行簡要介紹。從試驗設(shè)計和其他影響因素2個角度出發(fā)，對用戶在減少總用電量和峰時用電量2類響應(yīng)特性進行分析。在試驗設(shè)計方面，分時電價中較高的平時電價以及峰谷拉開比、多種信息反饋技術(shù)尤其是實時反饋，可提高居民用戶的節(jié)電水平，峰谷拉開比較高的分時電價和信息反饋技術(shù)的聯(lián)合作用可使得工商業(yè)削峰效果更顯著；在其他因素方面，不同居民群體和不同的企業(yè)類型的響應(yīng)效果也有很大的差異。

1 居民電力用戶行為試驗

居民生活用能占總能源消耗的比例相當(dāng)可觀，然而根據(jù)對美國的居民用戶的調(diào)查顯示，由于用電不合理而導(dǎo)致的家庭能耗高達40%。當(dāng)前，各類需求側(cè)管理激勵促使用戶調(diào)整用電方式及行為，信息和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)使得實時監(jiān)控家庭能耗成為現(xiàn)實，這些都為居民優(yōu)化用電提供了可能。

1.1 試驗設(shè)計

用戶行為試驗旨在研究分時電價及多種信息反饋技術(shù)對用電行為的影響。

（1）分時電價:按照在試驗參與者用電量未改變時，其總花銷與試驗前總費用相比無顯著虧損的原則，設(shè)計4種分時電價A、B、C、D，見表1。

（2）信息反饋技術(shù):將用戶的用電信息在電力消費行為發(fā)生的同時或者滯后一段時間，展現(xiàn)給用戶以引導(dǎo)其用電行為，在本次試驗中具體包括如下。①雙月賬單及用電情況說明:所有參與信息反饋技術(shù)測試組的用戶均會收到各自的用電賬單和用電情況說明（包含了各類設(shè)備的電能用量、各時段用電量和若干節(jié)能建議）；②每月賬單及用電情況說明；③電費管控終端:安裝于用戶家庭內(nèi)，可以實時為用戶提供當(dāng)前已使用的電量和電價信息，同時它提供了預(yù)算機制，用戶可以事先設(shè)置每天用電花銷的最大值，通過對比于當(dāng)前用電情況來輔助其更加合理地使用電能；④削負荷激勵及雙月用電情況說明:除了參與者每2個月獲得的用電賬單和用電情況明細外，項目還為其提供了經(jīng)濟激勵——如果達到了試驗階段內(nèi)8個月的負荷削減總目標(biāo)值，將會獲得20歐分的激勵。

表1 4種分時電價及周末電價歐分/kWh

從表1中發(fā)現(xiàn)，電價A、B、C和D平均電價基本相差不多，但A電價峰谷比最小，D電價峰谷比最大。

1.2 試驗結(jié)果及分析

在整個試驗階段（2009年7月—2010年12月）共計得到4 225個智能電能表所記錄的數(shù)據(jù)信息，對每位用戶每半時記錄一個用電量數(shù)據(jù)，每天產(chǎn)生48個數(shù)據(jù)點?；鶞?zhǔn)階段（2009年7月—2009年12月），對所有用戶均執(zhí)行固定電價（14.1歐分/kWh）且每個用戶均會得到雙月用電賬單。試驗階段（2010年1月—2010年12月）依照用戶所屬分組執(zhí)行固定電價政策或分時電價政策，其中控制組仍執(zhí)行14.1歐分/kWh的固定電價，除了雙月用電賬單外并不會收到其他形式的用電信息反饋，與之對比，測試組則按組別執(zhí)行不同的分時電價與信息反饋技術(shù)。

為了量化出不同分時電價及信息反饋技術(shù)的組合對用電行為的影響，使用智能電能表所得數(shù)據(jù)，分別得出試驗組和控制組在試驗期間相對于基準(zhǔn)期的總用電量之比，并進行對比分析。

1.2.1 試驗設(shè)計對試驗結(jié)果的影響

（1）分時電價的價格設(shè)定對總用電量和高峰用電量的影響

由表1可知，分時電價由A到D，峰谷電價比逐漸拉大，電價D的峰時電價費率最高，A的平時電價費率最高。相較于控制組，在降低峰時用電量上，執(zhí)行電價D的試驗組在試驗階段相對于基準(zhǔn)階段的峰時用電量降低了10.9%，試驗效果最好，而執(zhí)行電價A的試驗組僅降低7.2%，效果最差；在總用電量的削減方面，雖然電價A的平時電費率最高，但可能受峰時用電量減少率最小的影響，致使電價A在整體用電量上只削減了2.7%，效果并不如比平時段電價次高的電價B的執(zhí)行效果好（3.4%）；而當(dāng)同時考慮削減峰時和整體用電量時，A、B、C、D中并沒有一種電價表現(xiàn)得特別突出。與之對比，周末電價不管是總用電量還是峰時用電量的削減效果均明顯優(yōu)于前4種分時電價，分析可知雖然周末電價在雙休的電價很低，但其在工作日的峰谷拉開比很大，與電價D相似，且工作日的平時電價較高，致使該試驗組在峰時和總體用電量上的結(jié)果都很好。

通過圖1分析各時段用電量與電價的關(guān)系，針對電價C，其高峰電價高于電價B，但電價C在削減峰時用電上的執(zhí)行效果反不如電價B好；C的平時段電價高于電價D，但總用電削減上的效果最不顯著。由此，盡管分時電價可以積極引導(dǎo)用戶削減或轉(zhuǎn)移峰時用電——較高的峰谷拉開比或較高的峰時電價費率對降低峰時用電量確有一定影響，平時電價對總用電量的削減程度也相關(guān)聯(lián)，但并不能簡單地認為越高的峰時電價就一定使得峰時用電的削減率越高，平時段的電價定得越高，總電量的削減率也會越高。

圖1 峰時電價與總用電、峰時用電、平時用電削減百分比的關(guān)系

圖2為高峰日用電量中值（中值是將所有數(shù)據(jù)按大小排列，數(shù)據(jù)個數(shù)為奇數(shù)則取中間的數(shù)字，偶數(shù)則取中間兩數(shù)的平均值）與4種電價的關(guān)系，可看出雖然峰時用電的削減比率和峰時電價之間并不是線性相關(guān)的，但峰時用電量中值確實會隨峰時電價的升高而降低。然而，相對于從電價A到電價D峰時電價較高的增長幅度，即從20歐分/kWh增長至38歐分/kWh來看，電量從1.18 kWh僅降至1.10 kWh，減少的幅度并不明顯，且降低的走勢很平穩(wěn)，從側(cè)面反映出本次試驗所設(shè)計的4種分時電價均未能使電量發(fā)生顯著變化。因此在期望使用分時電價來調(diào)控高峰用電量時，高峰電價的制定也不能太過冒進，過分的提高電價反應(yīng)到電量的變化上可能并不顯著，反而不會被大眾所接受。

（2）信息反饋技術(shù)對總用電量和高峰用電量的影響

圖2 日峰時用電中值與各類電價的關(guān)系

在信息反饋試驗組，如表2所示，雙月賬單、用電情況說明和電費管控終端（組3）在整體用電量上降低了3.2%，在峰時用電上降低了11.3%，比其他DSM試驗組的效果更加顯著，即多種信息反饋的融合使得節(jié)電效果更佳。組4相對于組1由于多了總體削負荷激勵，試驗效果更好，但對比組3仍顯不足，可以推測用戶對于電費管控終端這類可以實時查看用電信息的激勵反響更好。同時用戶對幾種反饋措施的評價也表明，電費管控終端儀是實現(xiàn)降低峰時用電或轉(zhuǎn)移用電至夜間最有效的反饋手段。目前，針對于不同形式的實時信息反饋媒介，已有相關(guān)試驗表明不同居民群體對信息反饋形式、內(nèi)容的理解和偏好程度存在明顯差異，這也反映出不同群體對于反饋媒介的敏感度不一，對響應(yīng)結(jié)果也存在影響。

1.2.2 其他影響試驗結(jié)果的因素

除了試驗設(shè)計的影響，還有一些差異化因素也會影響試驗的結(jié)果。不同群體受自身特性影響對試驗的參與度不同，其最終削電量的效果也存在差異。

針對參與試驗的潛在的弱勢群體，本文將其分為2類。第一類為可以領(lǐng)取免費電力津貼的老弱人群和領(lǐng)取傷殘救濟金的傷殘者，其所能領(lǐng)取到的這類津貼在一定程度上使這類弱勢群體免受電價波動和高電費的困擾，因此這類參與者在削減峰時用電量和整體用電量的效果上較其他試驗參與者欠佳。另一類弱勢群體為那些由于經(jīng)濟窘迫而沒有能力持續(xù)供暖或選擇不供暖的人群。試驗結(jié)果表明，由于分時電價的執(zhí)行使得這類人的總電費得以降低，并有效地降低或轉(zhuǎn)移了峰時用電。

通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，那些認為自己在試驗期間削減用電量的參與者中，有40%的人表示他們所減少的電費與減少的用電量并不對等；有59%的人表示他們曾試圖減少峰時用電，但反應(yīng)到用電費用上的變化并不明顯，最終使其放棄減少峰時用電，這可能是阻礙峰時用電量降低的原因之一。因此，對于某些用戶來說，很難通過自身的用電行為推測出最終真實的用電量，同時用電費用的減少和實際總電量或峰時電量的減少并不能完全匹配，因此僅僅依靠賬單信息指導(dǎo)用電行為或判斷用電是否減少是不全面的，這可能成為影響用戶參與積極性的潛在障礙。

2 中小型商業(yè)用戶行為試驗

工商業(yè)用電負荷比住宅負荷具備更大的彈性潛力，但是不同的企業(yè)類型和商業(yè)活動會導(dǎo)致其用電模式和設(shè)備的多樣性，從而導(dǎo)致節(jié)電潛力和需求響應(yīng)能力的不同，因此應(yīng)根據(jù)具體的行業(yè)特性來制定并實施與之對應(yīng)的需求響應(yīng)機制。

在設(shè)計中小型商業(yè)用戶（small and medium enterprise，SME）試驗時，參與者來自于Electric Ireland和BordGáis Energy Supply 2個供應(yīng)商的客戶群，包括零售商、辦公服務(wù)業(yè)、娛樂業(yè)和制造業(yè)共計650個用戶。本章就SME試驗設(shè)計與結(jié)果進行分析，對挖掘不同企業(yè)的需求響應(yīng)潛力有現(xiàn)實指導(dǎo)意義。

2.1 試驗設(shè)計

中小型企業(yè)試驗中希望得出信息反饋技術(shù)結(jié)合分時電價對整體降低總電量和峰時降電量的影響程度。在SME試驗中，所有的用戶在基準(zhǔn)期就按自身選擇節(jié)電時段的不同執(zhí)行兩種分時電價，分別計為電價A和B，其中電價B在平時和高峰的費率稍高，但在谷時的費率幾乎是電價A的一半，具體如表3所示。

在信息反饋方面，除了與居民用戶中相同的幾項措施外（不包括居民用戶試驗中整體削負荷激勵&雙月用電情況說明這一措施），還可以通過網(wǎng)站獲取用電信息，具體信息包括不同時段內(nèi)的用電量和電費，歷史用電量和電費等。

2.2 SME試驗結(jié)果及分析

在整個實驗階段共計得到485個智能電能表所記錄的數(shù)據(jù)信息，自2010年1月對所有測試組實施信息反饋技術(shù)，數(shù)據(jù)處理方法同居民行為試驗。需要注意的是，在SME試驗中所得的數(shù)據(jù)的置信度不足90%，并不具有統(tǒng)計上的顯著性。

表2 各類信息反饋技術(shù)試驗組在試驗階段總用電量和峰時用電量的相對變化%

表3 2種分時電價歐分/kWh

2.2.1 試驗設(shè)計對試驗結(jié)果的影響

通過實驗所收集到的數(shù)據(jù)如表4，可知盡管實施了信息反饋技術(shù)，執(zhí)行電價A的測試組的試驗結(jié)果并不好，甚至用電量還有所增加；而執(zhí)行電價B的用戶節(jié)電的效果較好，并且將部分用電行為轉(zhuǎn)移至谷時。

表4 不同電價在試驗階段較基準(zhǔn)階段各時段用電量的相對變化百分比%

表5為實行不同信息反饋技術(shù)的測試組在試驗階段較基準(zhǔn)期各時段用電量的相對變化。從總體上看，試驗組相對于控制組在總用電量上削減了0.3%，尖峰用電量上削減了2.2%；日間用電呈現(xiàn)出較小的減少量，夜間用電量有所增加。結(jié)合表5與表5，可知分時電價與信息反饋技術(shù)的結(jié)合雖在一定程度上能取得良好的節(jié)電效益，但實際效果與分時電價的峰谷比仍有很大的關(guān)系。

注意到表5中，盡管組4在用電量減少的數(shù)據(jù)上表現(xiàn)很好，但參與者對網(wǎng)站的作用評價很低。表7顯示參與者對其在總體和峰時削電量作用上的重要性認同較其他激勵較低，同時后期調(diào)查結(jié)果顯示網(wǎng)站的使用率很低。與居民用戶的調(diào)查結(jié)果類似，電費管控終端在減少用電量上被認為是最有效的舉措，但反映在表5中的數(shù)據(jù)結(jié)果并不是很好。這可能是由于樣本的較小或每組樣本數(shù)量不均等所致。

表6的數(shù)據(jù)反映出，從人的主觀性角度來說，電價與電費管控終端是降低高峰用電量的最佳激勵手段，而降低總用電量方面，除了電費管控終端外，企業(yè)自主節(jié)電意識和節(jié)電的積極性也有很大的影響。同時，試驗有效地提高了企業(yè)對電能使用的關(guān)注度——66%的商業(yè)已經(jīng)開始注意電能的使用，79%的商業(yè)關(guān)注用電費用。在參與試驗的測試組中，有13%的參與者表明他們經(jīng)常定期監(jiān)控用電情況，多于控制組的8%。

2.2.2 其他影響試驗結(jié)果的因素

由于不同的行業(yè)用電的多樣性，中小型企業(yè)的樣本需要具有廣泛的代表性，試驗涉及到的類別主要包括零售商，辦公服務(wù)，娛樂業(yè)和制造業(yè)。如表7，不同的行業(yè)呈現(xiàn)出不同的節(jié)電特性。例如制造業(yè)削減高峰用電量的響應(yīng)最為明顯，總電量的降低也最顯著，因此作為用電成本比重較大的行業(yè)如制造業(yè)是推廣節(jié)能減排工作和需求響應(yīng)工作所面向的重點對象；零售業(yè)和辦公服務(wù)行業(yè)的節(jié)電量也較為可觀，且結(jié)果較為相似，由此可推測在制造業(yè)不便于臨時改變生產(chǎn)計劃的情況下，零售業(yè)、辦公服務(wù)行業(yè)等用電成本相對較小且可靈活變更事業(yè)活動的行業(yè)對于緊急需求響應(yīng)項目的響應(yīng)能力更好；而娛樂業(yè)由于自身用電不可控性較大，因此對試驗的響應(yīng)能力較差，在整體和日間用電量上甚至有所增加。

表5 實行不同信息反饋技術(shù)的測試組在試驗階段各時段用電量的相對變化%

表6 參與者對各類激勵及其他因素在降低用電量的重要性的評價%

表7 不同行業(yè)在試驗階段較基準(zhǔn)階段各時段用電量的相對變化%

目前，工業(yè)用戶存在節(jié)電潛力的設(shè)備主要有照明設(shè)備、空調(diào)、電動機、變壓器、儲能設(shè)備、生產(chǎn)用電設(shè)備、可中斷負荷等；商業(yè)用戶的用電主要集中在照明、空調(diào)以及家用電器等設(shè)備上，針對個別行業(yè)或用戶節(jié)電效果并不顯著的現(xiàn)象，可通過積極的管理手段以及合理的用能技術(shù)改造，加之智能控制技術(shù)來大幅提高用戶用電的靈活性以提升其節(jié)電潛力和需求響應(yīng)能力。

在阻礙企業(yè)轉(zhuǎn)移高峰用電量或減少總用電量的因素中，通過后期的調(diào)查顯示，61%的參與者表明用電轉(zhuǎn)移的不便性是最為重要的原因，同時安全性也是將用電轉(zhuǎn)移至低谷的重要考慮要素；71%的參與者表示由于缺少轉(zhuǎn)移用電的機會使其未能減少峰時用電量。

3 結(jié)束語

本文所得主要結(jié)論如下:

（1）分時電價的實行可以有效地引導(dǎo)居民用戶減少或轉(zhuǎn)移峰時用電:峰時用電量的削減與較高的峰谷拉開比或較高的峰時電價費率有關(guān)，總用電量的削減程度與平時電價相關(guān)聯(lián)，但各時段用電量的削減率與各時段的電價費率并不一定成線性相關(guān)；且高峰電價的制定并不能太過冒進，這是由于峰時用電量并不會隨著電價大幅提高而顯著降低；

（2）用戶獲得的信息反饋越多，試驗結(jié)果越好，說明多種信息反饋技術(shù)的融合可以提高項目的節(jié)電效果；而在眾多信息反饋技術(shù)中，參與者對電費管控終端的評價最高，所在試驗組所得的數(shù)據(jù)結(jié)果也很好，說明實時的信息反饋技術(shù)在給予用戶當(dāng)前用電量和電價的基礎(chǔ)上，有助于用戶更合理地使用電能；分時電價必須與信息反饋技術(shù)結(jié)合，才能使得SME用戶的節(jié)電效果更加顯著，且越高的峰谷拉開比越能激勵用戶轉(zhuǎn)移或削減峰時用電；

（3）經(jīng)濟收入水平、教育背景、社會地位、家庭中兒童數(shù)量的不同均會造成用電水平及參與試驗的積極性的不同，最終導(dǎo)致試驗結(jié)果的差異性；對于SME用戶來說，不同行業(yè)由于其自身的用電特性使得其削峰填谷能力不同；發(fā)展智能控制技術(shù)，是提高用戶響應(yīng)能力、深度挖掘用戶響應(yīng)潛力的重要手段；

（4）在影響用戶參與需求響應(yīng)積極性的因素中，安全性和方便性是影響用戶將用電轉(zhuǎn)移至谷時段的關(guān)鍵問題；僅僅依靠賬單信息指導(dǎo)用電行為或判斷用電是否減少是不全面的，節(jié)電量和總電費的不完全對等是影響用戶積極性的潛在障礙；用戶自身的節(jié)電意識很大程度上會影響最終的項目結(jié)果，因此有效地利用各種宣傳手段和政策激勵來提升用戶的參與度、接受度也是提升需求響應(yīng)潛力的重要舉措。D