馮麗，李俊，劉波

（重慶電力交易中心有限公司，重慶400014）

0 引言

隨著能源生產(chǎn)和消費(fèi)的發(fā)展，調(diào)整能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)、推進(jìn)節(jié)能減排勢在必行。水、風(fēng)、光等清潔能源對我國降低溫室氣體排放、發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的積極作用和效果愈加顯現(xiàn)。如何將清潔能源消納與電力消費(fèi)關(guān)聯(lián)起來，構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系是一項重要工作。電力市場化改革實施以來，市場主體對提高效率、降低成本、優(yōu)化配置等需求越來越高。近幾年市場化交易中發(fā)電側(cè)引入競爭，電網(wǎng)側(cè)優(yōu)化運(yùn)行，推進(jìn)了效率的提升并降低了用戶成本。由于源-網(wǎng)-荷是一個閉環(huán)整體，相互依存又相互影響，為了形成源-網(wǎng)-荷間的正向激勵和反饋，需要從負(fù)荷側(cè)引入相應(yīng)的競爭和引導(dǎo)激勵措施，促進(jìn)整體效益的提升。

需求響應(yīng)（Demand Response，DR）是以電力市場的價格及激勵機(jī)制為基礎(chǔ)的供需互動的電力消費(fèi)模式，有利于促進(jìn)價格信號的釋放，實現(xiàn)用戶和電網(wǎng)的有效互動。目前對于DR 的交易機(jī)制、調(diào)度運(yùn)行和效益分析等方面都已有了眾多的研究成果，并推動市場化商業(yè)模式的逐漸形成［1-3］。文獻(xiàn)［4］分析了可響應(yīng)需求側(cè)不同占比對電力系統(tǒng)靈敏性的影響，提出了不同階段電力市場需求側(cè)響應(yīng)項目的交易模式；文獻(xiàn)［5］分析了未來能源互聯(lián)網(wǎng)中自動DR 的關(guān)鍵問題；文獻(xiàn)［6］分析了微電網(wǎng)參與削峰填谷的經(jīng)濟(jì)性收益；文獻(xiàn)［7-8］初步探討了DR 在零售市場的幾種應(yīng)用形式；文獻(xiàn)［9］研究了基于用戶行為學(xué)的DR。上述文獻(xiàn)均主要討論實施DR 的技術(shù)條件，還未涉及DR 的實際實施。文獻(xiàn)［10-11］介紹了國內(nèi)首家大規(guī)模DR 實施的情況：國家電網(wǎng)江蘇省電力有限公司搭建了基于負(fù)荷柔性調(diào)控的DR 友好互動平臺，建立了動態(tài)季節(jié)性尖峰電價政策，2016 年創(chuàng)造了單次響應(yīng)量3 450 MW 的負(fù)荷削減效果?，F(xiàn)階段國內(nèi)DR 大多是基于錯峰限電的需求側(cè)被動管理模式，缺乏自主響應(yīng)［12］，DR 項目主要依靠政策補(bǔ)貼，尚未將DR 與實際電力市場相結(jié)合。這在一定程度上限制了DR 的發(fā)展，也不能準(zhǔn)確反映DR 的實際成本［13］。文獻(xiàn)［14-15］分析了用戶負(fù)荷特性和價格敏感度的DR 潛力，提出了現(xiàn)金獎勵、積分、折扣激勵機(jī)制和基于回報的DR。

本研究根據(jù)重慶電網(wǎng)負(fù)荷特點，在考慮用戶DR 能力的基礎(chǔ)上，建立基于清潔能源消納的DR 機(jī)制，并對重慶2019 年首次開展DR 的相關(guān)工作實施情況進(jìn)行了總結(jié)，提出了下一步的工作和研究方向。

1 基于清潔能源消納的電網(wǎng)需求響應(yīng)機(jī)制

1.1 需求響應(yīng)實施背景

從用電結(jié)構(gòu)看，近10 年來隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，重慶第二產(chǎn)業(yè)用電量占全社會用電量的比重已下降至60.0%左右，第三產(chǎn)業(yè)和居民用電量的比重分別上漲至20.0%和18.0%。第三產(chǎn)業(yè)和居民生活用電量中，變頻空調(diào)、電動汽車、充電站等用電占比持續(xù)增大，使得重慶電網(wǎng)負(fù)荷具有彈性和柔性調(diào)節(jié)的潛力。一是夏季空調(diào)負(fù)荷占比已達(dá)50%左右，但具備負(fù)荷響應(yīng)條件的空調(diào)設(shè)備較少，需要進(jìn)行大量柔性調(diào)控改造；二是市內(nèi)電動汽車已達(dá)約4.6萬輛，在渝充電設(shè)施運(yùn)營商達(dá)到60 余家，合計建樁1.4 萬余個，國家電網(wǎng)重慶市電力公司的市場占比約13.0%，全市智慧車聯(lián)網(wǎng)平臺對電動汽車和電動樁可實現(xiàn)數(shù)據(jù)跟蹤和分析，負(fù)荷聚合運(yùn)營系統(tǒng)可引導(dǎo)調(diào)整充電負(fù)荷；三是已放開進(jìn)入市場的大工業(yè)用戶不再執(zhí)行分時電價（占重慶工商大工業(yè)用電量70.0%），需要通過市場化方式引導(dǎo)用戶調(diào)整生產(chǎn)。

受用電結(jié)構(gòu)變化和電價政策影響，重慶電網(wǎng)平均峰谷差率上升至39.5%（全國平均33.0%），平均負(fù)荷率則下降到81.9%（全國平均87.0%），全年最大負(fù)荷利用小時數(shù)4 220 h 左右，降幅高達(dá)980 h，并且超過電網(wǎng)最大負(fù)荷95.0%的持續(xù)時間平均約為13 h，僅占全年用電小時數(shù)的0.3%左右。此外，夏季部分時段電網(wǎng)會出現(xiàn)供應(yīng)短缺的情況，且每年缺口將逐步擴(kuò)大，導(dǎo)致重慶電網(wǎng)供需不平衡和調(diào)峰矛盾突出，且電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行效率降低?，F(xiàn)階段電網(wǎng)公司主要依靠發(fā)電機(jī)組提供調(diào)峰服務(wù)來滿足電網(wǎng)運(yùn)行要求，調(diào)節(jié)方式單一。因重慶燃煤發(fā)電企業(yè)平均發(fā)電利用小時數(shù)一直維持在3 000 h低位，頻繁進(jìn)行深度調(diào)峰和啟停調(diào)峰進(jìn)一步加大其運(yùn)行成本。電網(wǎng)企業(yè)和燃煤發(fā)電企業(yè)都亟須用電負(fù)荷側(cè)調(diào)整用能模式來提升運(yùn)營效率。

從清潔能源消納角度看，重慶電網(wǎng)每年清潔能源消納量占其購電總量約55.0%，但受電網(wǎng)調(diào)峰困難影響，僅依靠燃煤發(fā)電企業(yè)調(diào)整出力難以進(jìn)一步消納四川低谷棄水電量。

近年來，國內(nèi)DR 試點以工業(yè)用戶為主，針對中小用戶的應(yīng)用較少，但后者已逐漸成為關(guān)注重點。分布式儲能、電動汽車等的可調(diào)能力有利于提高用電負(fù)荷的快速調(diào)整和精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，這成為新興市場主體參與DR 業(yè)務(wù)的結(jié)合點。2019年，重慶在DR 設(shè)計中充分考慮省間購電能力、負(fù)荷和需求側(cè)資源調(diào)節(jié)能力，兼顧政府、電網(wǎng)公司、負(fù)荷集成商、工商業(yè)用戶和發(fā)電企業(yè)等參與方的訴求，調(diào)動各方參與積極性，充分利用省間交易低價清潔能源優(yōu)勢，在國內(nèi)創(chuàng)新開展以省間增購電價差收益作為補(bǔ)貼資金來源，引導(dǎo)用戶參與DR 試點工作，包括低谷電增量交易和基于車聯(lián)網(wǎng)的綠電交易試點，實現(xiàn)負(fù)荷移峰填谷改善電網(wǎng)運(yùn)行。

1.2 售電主體代理參與機(jī)制

由于用戶和DR 資源數(shù)量眾多，響應(yīng)能力參差不齊，當(dāng)前售電側(cè)放開下的電力市場還處于初期建設(shè)階段，難以實現(xiàn)集中市場獨(dú)立報價的交易方式，因此需要通過中間機(jī)構(gòu)來進(jìn)行代理整合。DR 需要實現(xiàn)電網(wǎng)企業(yè)與用戶或售電主體間的DR 信號互通，面對眾多中小用戶，較好的信息溝通方式是通過中間售電主體來實現(xiàn)資源匯集和統(tǒng)一的能效管控，同時需要構(gòu)建滿足互動要求的網(wǎng)絡(luò)交互平臺。

國家電網(wǎng)重慶市電力公司采取的售電主體代理交易機(jī)制見表1。售電主體（包括售電公司和充電運(yùn)營商等）與市場主體（包括電力用戶和需求側(cè)資源）通過雙邊交易明確提供削峰或填谷服務(wù)方式，市場主體按照約定執(zhí)行并得到激勵補(bǔ)償，售電主體根據(jù)“個性化”交易合同實現(xiàn)利益共贏。售電主體在交易過程中對用戶和需求側(cè)資源進(jìn)行削減能力評估，整合集中市場資源實現(xiàn)容量聚集，向市場主體傳遞市場政策和電網(wǎng)信息，組織市場主體實現(xiàn)負(fù)荷控制。售電主體的參與降低了電網(wǎng)企業(yè)直接面對并處理用戶及需求側(cè)資源的復(fù)雜程度，起到了優(yōu)化市場資源配置的作用。

表1 售電主體代理機(jī)制Tab.1 Agent mechanism of electricity sellers

1.3 省間清潔能源消納與需求響應(yīng)閉環(huán)運(yùn)作機(jī)制

開展DR 的關(guān)鍵點之一是提供足夠的資金激勵，通常是依賴于政府的行政補(bǔ)貼。但由于補(bǔ)貼來源不固定且金額不足，難以保障DR 的持續(xù)開展。重慶采取電網(wǎng)省間增購電的方式，即在電網(wǎng)公司保障優(yōu)購用戶低價電之外，考慮送受省電力供需、輸電通道和重慶電網(wǎng)運(yùn)行實際等情況，通過省間發(fā)電權(quán)交易方式從四川及西北地區(qū)方向以市場化方式獲取清潔能源資源，利用省間購電價格和電網(wǎng)平均購電價格的價差收益建立清潔能源DR 資金池，用于補(bǔ)貼成功參與DR 的市場主體（包括電力用戶、發(fā)電企業(yè)等）。

交易過程中，電力交易中心負(fù)責(zé)交易的組織和認(rèn)定，完成清潔能源與燃煤發(fā)電企業(yè)的發(fā)電權(quán)轉(zhuǎn)讓及補(bǔ)貼，向市場成員發(fā)布電網(wǎng)信息和價格信號。電力用戶和售電主體按交易約定執(zhí)行負(fù)荷調(diào)整并獲得收益。由此形成了跨區(qū)清潔能源消納與用戶DR閉環(huán)運(yùn)作機(jī)制，如圖1 所示。通過交易提升了市場主體電能管理效率和收益，促進(jìn)了DR 的市場化運(yùn)作。

圖1 DR閉環(huán)運(yùn)作機(jī)制Fig.1 Closed?loop operation mechanism for DR

2 電網(wǎng)需求響應(yīng)實踐案例

國家電網(wǎng)重慶市電力公司以網(wǎng)內(nèi)低谷電增量交易、電動汽車綠電交易積極促進(jìn)消納四川水電電能，試點期間共計實現(xiàn)省間清潔能源消納電量規(guī)模47.00 GW·h，創(chuàng)造效益1 700萬元，減少標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒1.36 萬t，減排CO24.51 萬t。

2.1 低谷電增量交易

2019年7—9月，國家電網(wǎng)重慶市電力公司組織市內(nèi)年用電量高于5.00 GW·h 的工商業(yè)用戶參與低谷電增量交易，采取月度交易方式組織電力用戶申報“填谷”電量需求，月度可滾動調(diào)整需求。低谷電增量認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)如圖2所示。

以首次交易前1 年豐水期每日的23：00 至次日07：00 時段Td內(nèi)的谷段電量月平均比例Rb為基線，在基線基礎(chǔ)上實際減少的谷段比例ΔRd所對應(yīng)的谷段電量被認(rèn)定為增量電量QΔ，按式（1）—（3）計算可得出相應(yīng)獲得的購電價格補(bǔ)貼。

式中：ΔRd為月度谷段電量比例變化值；Rr為月度實際谷段用電比例；Rb為谷段用電基線比例；QΔ為月度低谷實際增量電量，kW·h；Qd為歷史月度低谷用電量，kW·h；Q 為歷史月度用電量，kW·h；SΔ為市場主體可獲得補(bǔ)貼，元；ΔP 為省間購電價格和電網(wǎng)平均購電價格的價差，元/（kW·h）；k為激勵系數(shù)。

圖2 低谷電增量認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)Fig.2 Identification standard of increased volume of off?peak electricity

采取激勵機(jī)制促進(jìn)電力用戶做好用電負(fù)荷預(yù)測和有效調(diào)整用電，用戶的ΔRd達(dá)到其交易申報量40.0%～120.0%范圍，均可按照分檔激勵系數(shù)得到相應(yīng)的價格補(bǔ)貼。同時，因促進(jìn)消納清潔能源，燃煤發(fā)電企業(yè)也可獲得適當(dāng)補(bǔ)償。

2019 年試點3 個月，共70 家電力用戶實現(xiàn)了低谷電增量約2.10 GW·h，用戶谷段用電比例平均提升了約3百分點，為DR 資金池提供了478 萬元。其中，低谷電增量交易市場主體獲得電價補(bǔ)貼收益365 萬元，剩余資金還用于重慶主動移峰負(fù)荷DR試點工作，解決了政府行政補(bǔ)貼資金不足的問題。

2020年，國家電網(wǎng)重慶市電力公司在2019年基礎(chǔ)上將交易時間延長到4 個月，對交易申報量的偏差范圍擴(kuò)大到30.0%～150.0%，吸引了更多用戶參與交易。2020 年58 家電力用戶實現(xiàn)低谷電增量55.15 GW·h，相關(guān)市場主體獲得645萬元收益。

電力用戶通過交易獲得了補(bǔ)貼收益，提高了其對低谷電增量交易的感知度，也逐步推動樹立用戶曲線化交易和參與電網(wǎng)互動的意識。同時，試點中也允許擁有自備電廠的電力用戶參與交易，促進(jìn)自備電廠參與電網(wǎng)調(diào)峰。通過低谷電增量交易減少了水電低谷棄水，提高了清潔能源消納能力，長期來看有利于逐步改善電網(wǎng)運(yùn)行特性。

2.2 基于車聯(lián)網(wǎng)的綠電交易

2019 年，國家電網(wǎng)重慶市電力公司依托智慧車聯(lián)網(wǎng)平臺開發(fā)建設(shè)負(fù)荷聚合運(yùn)營系統(tǒng)，引導(dǎo)調(diào)度電動汽車充電負(fù)荷，枯水期定向消納西北地區(qū)的風(fēng)、光扶貧電能，豐水期消納四川水電電力，實現(xiàn)了電力交易平臺與車聯(lián)網(wǎng)平臺貫通，如圖3 所示。國家電網(wǎng)重慶市電力公司作為國家電網(wǎng)公司首批基于車聯(lián)網(wǎng)的綠電交易綜合示范點和首家落地實施點，將綠電資源引入至市內(nèi)充電市場，由負(fù)荷聚合商聚合各類電動汽車負(fù)荷，以電價優(yōu)勢激勵電動汽車用戶參與響應(yīng)，優(yōu)化電動汽車充電負(fù)荷運(yùn)行方式，以負(fù)荷聚合來提高可調(diào)度的電動汽車充電容量，增加電動汽車在電網(wǎng)負(fù)荷低谷時段充電電量，并實現(xiàn)清潔能源在發(fā)電企業(yè)與電動汽車用戶之間的上下游貫通。

圖3 基于車聯(lián)網(wǎng)的綠電交易的信息交互Fig.3 Information interaction in green electricity trading based on Internet of Vehicles

在2019 年進(jìn)行的試點中，重慶10 家充電運(yùn)營商共計872 個充電樁參與交易，充電設(shè)施額定功率占比達(dá)60.0%，通過省間清潔能源消納實現(xiàn)綠電充電電量26.00 GW·h。試點用戶高峰時段充電電量比重由原來的67.0%降至27.0%，低谷時段充電電量比重由原來的13.0%上升至39.0%，共計產(chǎn)生900 余萬元經(jīng)濟(jì)效益，用戶獲得效益約300 萬元。通過交易消納了更多清潔能源，減少棄水，電動汽車用戶、充電運(yùn)營商和聚合商獲得經(jīng)濟(jì)效益，提升低谷用電比例，實現(xiàn)社會效益最大化。

3 思考和建議

目前國家正在推進(jìn)落實“互聯(lián)網(wǎng)+”“人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)”等戰(zhàn)略計劃，新一輪能源革命與數(shù)字革命相融并進(jìn)。大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新技術(shù)的廣泛應(yīng)用，將深刻改變電力市場形態(tài)。分布式電源、儲能、電動汽車、負(fù)荷聚合商、綜合能源服務(wù)商、虛擬電廠等新興主體的廣泛接入，打破了傳統(tǒng)供電模式。DR 作為新興主體參與電網(wǎng)互動的一種市場行為，改變了固有的電力消費(fèi)模式，其在競爭市場中的作用正在被重新認(rèn)識。通過價格信號和激勵機(jī)制發(fā)揮需求側(cè)資源在市場中的作用，對平衡供需關(guān)系、提高能源效率、增加系統(tǒng)靈活性、延緩電力基礎(chǔ)設(shè)施投入具有重要意義，也是適應(yīng)電力市場發(fā)展的必然要求。

電網(wǎng)負(fù)荷的DR 能力與負(fù)荷的類型、用戶用電方式以及季節(jié)、天氣等因素密切相關(guān)。因此，需求側(cè)資源潛力的發(fā)揮可能會受多重因素影響。推動DR 市場化發(fā)展需要精細(xì)化DR 管理，考慮不同DR資源的來源，開展DR 資源動態(tài)聚合分析、用戶行為預(yù)測、構(gòu)建DR 資源交易框架，完善需求側(cè)資源成本、交易效益等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，使系統(tǒng)的總成本最優(yōu)化。

現(xiàn)階段應(yīng)繼續(xù)完善和建立長效的DR 激勵機(jī)制及輔助服務(wù)分擔(dān)共享機(jī)制，提高用戶參與積極性，發(fā)掘更多DR 補(bǔ)貼資金可獲取方式，保障DR 的可持續(xù)性。一方面，需要細(xì)化研究負(fù)荷基線的制定原則，避免基線過高導(dǎo)致補(bǔ)貼費(fèi)用高昂，或基線過低導(dǎo)致用戶面臨參與DR 的風(fēng)險并降低參與電網(wǎng)互動積極性；另一方面，開展虛擬電廠、車聯(lián)網(wǎng)等項目的試點和推廣應(yīng)用，擴(kuò)大交易參與范圍，進(jìn)一步研究自動DR 技術(shù)的應(yīng)用，挖掘用戶側(cè)調(diào)節(jié)潛力并進(jìn)行聚合優(yōu)化，實現(xiàn)供用雙方的互動，促進(jìn)清潔能源消納。

下一步應(yīng)積極探索能源互聯(lián)網(wǎng)框架下各類新興主體和居民用戶參與市場交易的方式，創(chuàng)新零售市場管理機(jī)制和商業(yè)模式。未來將以負(fù)荷聚合商、用戶、技術(shù)服務(wù)提供商等為市場主體，依托智能電網(wǎng)優(yōu)勢，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈［16］、大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)，充分挖掘需求側(cè)資源和用戶的參與積極性，建立DR 和零售市場框架，豐富DR 業(yè)務(wù)內(nèi)涵和電力交易品種。

4 結(jié)束語

如何提高用戶側(cè)可控負(fù)荷比例、引導(dǎo)用戶合理用電、提高電網(wǎng)及電源整體運(yùn)營效率，是一項重要任務(wù)。國家電網(wǎng)重慶市電力公司試點通過開展以價格激勵引導(dǎo)和鼓勵用戶調(diào)整生產(chǎn)、電動汽車調(diào)整充電時間等方式實現(xiàn)削峰填谷，為探索DR 激勵機(jī)制和交易方式，通過增購電收益以市場化方式解決DR 補(bǔ)貼資金來源，以及建立清潔能源市場化消納機(jī)制等提供參考。后續(xù)需進(jìn)一步發(fā)掘負(fù)荷側(cè)的DR資源，對負(fù)荷設(shè)備、電動汽車以及分布式能源等DR資源參與電力市場運(yùn)行的機(jī)制、策略、系統(tǒng)開發(fā)等進(jìn)行深入研究，細(xì)化研究需求側(cè)資源削減潛力評估和補(bǔ)償激勵機(jī)制，鼓勵用戶開展精細(xì)化負(fù)荷互動和實時DR，實現(xiàn)各類市場主體高效、便捷地參與DR業(yè)務(wù)。