張高, 薛松，范孟華，張寒

(國網(wǎng)能源研究院有限公司，北京市102209)

0 引 言

隨著電力體制改革和電力市場建設(shè)向縱深推進，以有序用電等行政手段為主的需求側(cè)管理(demand side management, DSM)[1]逐步演化為以市場機制為特征的需求響應(yīng)(demand response, DR)[2]。

從國際經(jīng)驗來看，歐美等國電力市場建設(shè)起步較早，目前已形成較為完善的電力市場體系，需求響應(yīng)商業(yè)模式和市場機制也蓬勃發(fā)展，市場主體呈現(xiàn)多元化特征，參與需求響應(yīng)意愿較為強烈[3]。相較之下，我國電力市場建設(shè)還處于起步階段，電力現(xiàn)貨市場試點穩(wěn)步推進，需求響應(yīng)發(fā)展方興未艾，需求響應(yīng)“削峰填谷”試點取得顯著成效。但總體來看，仍存在市場化交易機制缺失、響應(yīng)規(guī)模偏小、準(zhǔn)入要求高、響應(yīng)意愿低、經(jīng)濟補償機制不健全等問題亟待解決。

基于此，本文全面梳理需求響應(yīng)的國際發(fā)展經(jīng)驗與啟示，基于我國需求響應(yīng)發(fā)展現(xiàn)狀及面臨的挑戰(zhàn)，結(jié)合我國電力市場發(fā)展路徑，設(shè)計與我國電力市場發(fā)展路徑相協(xié)調(diào)的需求響應(yīng)市場化交易機制，為我國需求響應(yīng)發(fā)展提供可行思路。

1 需求響應(yīng)國際發(fā)展經(jīng)驗及啟示

1.1 美國需求響應(yīng)發(fā)展經(jīng)驗

美國自1992年起陸續(xù)出臺了一系列需求響應(yīng)發(fā)展扶持政策，如表1所示，為需求響應(yīng)參與電能批發(fā)市場、輔助服務(wù)市場、容量交易等提供了法律基礎(chǔ)和政策環(huán)境[4]。

表1 美國政府支持需求響應(yīng)發(fā)展的相關(guān)政策Table 1 Policy support by US government for DR

基于美國能源部和聯(lián)邦能源管理委員會對需求響應(yīng)的政策支持，PJM和NYISO等區(qū)域電力市場都因地制宜地開展了需求響應(yīng)項目。

PJM開展了緊急需求響應(yīng)和經(jīng)濟需求響應(yīng)兩類項目，參與需求響應(yīng)的實施主體主要為削減服務(wù)提供商(curtailment service provider，CSP)等第三方機構(gòu)[5]。緊急需求響應(yīng)項目在PJM電量市場價格達到規(guī)定的價格上限、系統(tǒng)運行備用不足等緊急狀態(tài)下啟用，將需求響應(yīng)資源作為一種容量資源，按照調(diào)度中心指令削減負(fù)荷，參與緊急需求響應(yīng)的經(jīng)濟補償取決于用戶實際負(fù)荷削減量和邊際補償價格。經(jīng)濟需求響應(yīng)項目中，CSP作為“負(fù)瓦發(fā)電機”參與日前或?qū)崟r電力市場集中競價，并在出清中標(biāo)后增加或削減相應(yīng)功率的電力負(fù)荷以獲得能量市場經(jīng)濟收益。

NYISO開展了3類需求響應(yīng)項目[6]：緊急負(fù)荷響應(yīng)項目指需求響應(yīng)自愿參與負(fù)荷削減，并承諾在2 h內(nèi)實現(xiàn)負(fù)荷削減；特殊資源項目指需求響應(yīng)參與容量市場交易，通過出售容量獲得固定補償；日前負(fù)荷響應(yīng)項目指需求響應(yīng)參與日前可中斷負(fù)荷的投標(biāo)競價，通過執(zhí)行集中報價出清結(jié)果得到經(jīng)濟補償。

總體來看，美國需求響應(yīng)的發(fā)展主要包括以下特點[7]：

1)通過立法和修法為需求響應(yīng)發(fā)展提供法律保障和政策環(huán)境；

2)通過激勵政策，鼓勵結(jié)合市場實際和系統(tǒng)運行需要，靈活設(shè)計需求響應(yīng)交易品種；

3)建立以固定費率補償為主，市場競價機制為補充的需求響應(yīng)補貼機制，通過輔助服務(wù)電價等方式向受益市場主體傳導(dǎo)分?jǐn)偅?/p>

4)通過政策引導(dǎo)，鼓勵需求響應(yīng)參與市場化交易機制，并逐步放開準(zhǔn)入門檻。

1.2 歐洲需求響應(yīng)發(fā)展經(jīng)驗

2012年，歐盟發(fā)布《能源效率指令》要求歐盟各成員國取消發(fā)、輸、配、供電的準(zhǔn)入限制，為需求響應(yīng)參與平衡市場和輔助服務(wù)市場提供公平競爭環(huán)境。歐盟各成員國結(jié)合國情和電力供需情況開展了各具特色的需求響應(yīng)試點項目。

1)英國：經(jīng)過電力庫和雙邊電力市場等多輪改革后，已允許100 kW以上的電力大用戶和負(fù)荷聚集商參與輔助服務(wù)市場，在交易品種上也擴展至調(diào)頻和備用容量兩種輔助服務(wù)，在補償成本分?jǐn)倷C制上也由電力庫時期的發(fā)電側(cè)單邊分?jǐn)傓D(zhuǎn)變?yōu)橄蛩惺芤媸袌鲋黧w分?jǐn)傒o助服務(wù)成本[8]。

2)法國：建立需求響應(yīng)參與的容量市場，通過政府財政補貼促進容量市場發(fā)展。2013年法國為保障系統(tǒng)容量充裕性啟動容量市場建設(shè)，并允許需求響應(yīng)參與。在啟動容量市場初期，法國政府從管制電費中專門劃撥激勵資金，以財政補貼形式鼓勵需求響應(yīng)參與法國容量市場交易。同時，法國還執(zhí)行了“三色電價”機制，根據(jù)天氣、系統(tǒng)運營及負(fù)荷狀況，把一年分為紅色22天(電價最高)、白色43天(電價次之)、藍(lán)色300天(電價最低)。法電集團根據(jù)供需形勢在每天下午5時左右公布次日電價顏色，引導(dǎo)電力用戶自主優(yōu)化用電行為[9]。

3)德國、荷蘭、比利時等國：為適應(yīng)歐洲分散式電力交易模式，采取以售電公司代理的價格激勵型需求響應(yīng)。需求響應(yīng)的開展主要由售電公司推進，通過分時電價、尖峰電價、峰谷電價等多種價格套餐鼓勵電力用戶自主優(yōu)化用電行為，節(jié)約用電成本[10]。

1.3 對我國的啟示

需求響應(yīng)國際發(fā)展的成功經(jīng)驗對我國的啟示可以總結(jié)如下：

1)立法先行，構(gòu)建支持需求響應(yīng)發(fā)展的政策法規(guī)體系，提供政策法律保障。在需求響應(yīng)發(fā)展之初通過立法手段明確需求響應(yīng)在電力供需平衡和電力市場交易中的合法地位，為需求響應(yīng)參與各類市場交易提供法律基礎(chǔ)。

2)政策引導(dǎo)，制定專項激勵政策，推動需求響應(yīng)技術(shù)發(fā)展和商業(yè)模式創(chuàng)新。歐美需求響應(yīng)的發(fā)展經(jīng)驗表明，在初期通過政府補貼有利于保障需求響應(yīng)的平穩(wěn)起步，隨著電力市場建設(shè)和需求響應(yīng)機制的逐步成熟，可逐步建立市場化需求響應(yīng)成本分?jǐn)偤蛡鲗?dǎo)機制[11]。

3)需求響應(yīng)機制設(shè)計需與電力市場建設(shè)相匹配，與社會經(jīng)濟發(fā)展、電力供需形勢相協(xié)調(diào)。需求響應(yīng)機制設(shè)計應(yīng)因地制宜開展，結(jié)合電力供需形勢設(shè)計符合國情特點的需求響應(yīng)交易品種，市場主體和準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)可隨著電力市場機制的完善而逐步放開，價格補償機制可采取固定價格補償起步并逐步探索市場化價格形成機制[12]。

2 我國需求響應(yīng)發(fā)展現(xiàn)狀及挑戰(zhàn)

2.1 我國需求響應(yīng)發(fā)展現(xiàn)狀

我國電力需求側(cè)管理起步于2004年，隨著電力供需形勢和電網(wǎng)運行方式的不斷變化，需求響應(yīng)在浙江、上海、江蘇、重慶、天津、山東、甘肅、河南、江西等九省市開展了初步探索，各試點省結(jié)合經(jīng)濟社會發(fā)展水平和電力供需形勢開展了各具特色的需求響應(yīng)項目[13]。2019年九省市累計組織實施需求響應(yīng)25次，累計削減尖峰負(fù)荷704萬kW，轉(zhuǎn)移高峰電量8 119萬kW·h；累計增加低谷用電負(fù)荷544萬kW，促進新能源消納1.33億kW·h，有效保障了電力系統(tǒng)供需平衡，在有效緩解電力系統(tǒng)建設(shè)投資的同時提升了清潔能源消納能力。具體來看，需求響應(yīng)試點取得以下成效：

1)政策支撐體系初步形成。支持需求響應(yīng)發(fā)展的國家-省兩級政策體系初步形成。國家層面，2017年國家發(fā)展改革委、工信部、財政部等六部委聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于深入推進供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革做好新形勢下電力需求側(cè)管理工作的通知》，對2010年《電力需求側(cè)管理辦法》進行修訂，發(fā)布了《電力需求側(cè)管理辦法(修訂版)》。省級層面，需求響應(yīng)試點省份由各省政府牽頭出臺了需求響應(yīng)試點實施方案和年度工作方案。

2)在解決電網(wǎng)實際困難中發(fā)揮積極作用。各省圍繞電網(wǎng)運行實際需要，開展了差異化需求響應(yīng)試點。相關(guān)需求響應(yīng)試點情況如表2所示，天津重點解決春節(jié)用電低谷時期電網(wǎng)調(diào)峰困難問題；山東、江蘇、江西等地重點解決迎峰度夏(冬)用電高峰期電網(wǎng)平衡問題；浙江、河南等地重點解決局部電網(wǎng)受限問題；上海、冀北通過虛擬電廠分別整合樓宇空調(diào)、分布式發(fā)電儲能等可調(diào)節(jié)資源；新疆、青海、甘肅等地謀求通過需求響應(yīng)調(diào)節(jié)促進新能源消納[14]。

表2 典型省份需求響應(yīng)開展案例Table 2 Application cases of DR in some provinces

3)約定型響應(yīng)機制初步建立。各省積極創(chuàng)新機制設(shè)計，探索通過市場化交易實現(xiàn)需求響應(yīng)。天津、河南、上海等試點省份主要以約定時間、約定容量的“削峰填谷”需求響應(yīng)方式起步，隨著電力市場建設(shè)逐步探索需求響應(yīng)的市場化交易機制；浙江、山東、甘肅等省份結(jié)合電力現(xiàn)貨市場建設(shè)考慮將需求響應(yīng)資源納入電力現(xiàn)貨市場的交易范疇；冀北則將需求響應(yīng)納入華北調(diào)峰輔助服務(wù)市場，為需求響應(yīng)參與區(qū)域輔助服務(wù)打下基礎(chǔ)[15]。

4)價格補償機制逐步完善。各省積極探索市場化價格形成機制，多渠道籌措補貼資金保障需求響應(yīng)的平穩(wěn)起步。目前各省普遍以固定補貼價格和動態(tài)補貼系數(shù)的形式引導(dǎo)需求響應(yīng)發(fā)展，山東提出建立需求響應(yīng)的單邊市場競價機制，通過邊際出清確定需求響應(yīng)的響應(yīng)量和補貼價格，并探索需求響應(yīng)與電力現(xiàn)貨市場的有機銜接。開展需求響應(yīng)的補貼資金來源以政府提供為主，未來隨著電力市場機制的逐步完善，可參考輔助服務(wù)市場的成本分?jǐn)倷C制，按照“誰提供、誰受益，誰使用、誰承擔(dān)”的原則建立需求響應(yīng)的成本分?jǐn)倷C制[16]。

2.2 我國需求響應(yīng)發(fā)展的意義

1)有利于提高電網(wǎng)安全保障水平。隨著我國能源轉(zhuǎn)型，新能源裝機容量和裝機比例持續(xù)提升，火電裝機容量和裝機比例持續(xù)下降，電網(wǎng)運行靈活性不足。夏季高溫和冬季寒潮等極端天氣對用電負(fù)荷的變化影響顯著，特別是居民負(fù)荷與工業(yè)用電疊加所導(dǎo)致的季節(jié)性尖峰負(fù)荷給電力供需平衡帶來極大的挑戰(zhàn)。發(fā)展需求響應(yīng)可實現(xiàn)網(wǎng)源荷之間的快速互動響應(yīng)，有助于保障電力電量平衡，增強電網(wǎng)調(diào)峰能力，提升電網(wǎng)安全保障水平。

2)有利于促進大規(guī)模清潔能源消納。近年來清潔能源發(fā)電裝機迅猛增長，“三棄”矛盾日益突出，給電力系統(tǒng)運營帶來了巨大挑戰(zhàn)和壓力。發(fā)展需求響應(yīng)，發(fā)揮可調(diào)節(jié)負(fù)荷資源的規(guī)模效應(yīng)，實現(xiàn)源網(wǎng)荷儲協(xié)同互動，可以有效應(yīng)對新能源發(fā)電隨機性、波動性等難題，減少棄風(fēng)棄光棄水，促進清潔能源消納。

3)有利于延緩和節(jié)約電力投資。統(tǒng)計分析表明，我國尖峰負(fù)荷的年均持續(xù)時長約15 h，若通過建設(shè)調(diào)峰電廠滿足5%峰值負(fù)荷需求，相關(guān)新建電力設(shè)施投資約2 850億元。組織可調(diào)節(jié)負(fù)荷實施同等規(guī)模的需求響應(yīng)，相關(guān)軟硬件建設(shè)總資金約為新建電力設(shè)施投資的1/5，可大幅延緩、節(jié)約發(fā)電和電網(wǎng)投資，實現(xiàn)社會資源的優(yōu)化配置[17]。

4)有利于加快電力市場建設(shè)。目前，我國電力現(xiàn)貨市場試點以發(fā)電側(cè)參與的單邊市場為主，電價信號無法有效傳導(dǎo)到用戶側(cè)，從而無法發(fā)揮現(xiàn)貨市場價格信號對電力用戶用電習(xí)慣的引導(dǎo)作用。通過發(fā)展需求響應(yīng)技術(shù)，培育用戶側(cè)資源參與市場化交易，有助于構(gòu)建供需良性互動的電力市場，實現(xiàn)發(fā)、用電成本高效傳導(dǎo)，提高電力市場交易效率，發(fā)揮市場在資源配置中的決定性作用。

2.3 我國需求響應(yīng)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)

對比需求響應(yīng)在歐美的發(fā)展經(jīng)驗，結(jié)合我國需求響應(yīng)的發(fā)展現(xiàn)狀，我國需求響應(yīng)發(fā)展還面臨以下幾方面問題：

1)政策支持和補貼資金規(guī)模存在不足。目前，國家層面僅出臺了《需求響應(yīng)管理辦法》，尚未出臺配套的鼓勵和扶持政策；省市層面，僅9省份出臺了需求響應(yīng)專項支持政策。同時，在《能源法》和《電力法》等法律法規(guī)中也暫未明確需求響應(yīng)的法律地位。從各省目前的開展情況來看，試點過程中由于政府渠道籌集的資金規(guī)模有限，難以支撐需求響應(yīng)規(guī)模化、常態(tài)化建設(shè)發(fā)展。

2)電力市場建設(shè)滯后，市場機制和規(guī)則支撐不足。電力現(xiàn)貨市場和輔助服務(wù)市場都處于起步階段，交易品種相對單一，需求響應(yīng)普遍還未被視作與發(fā)電企業(yè)對等的市場主體，難以被納入各類市場交易的主體范圍和交易規(guī)則。

3)商業(yè)模式還有待完善。作為一項新興業(yè)務(wù)，需求響應(yīng)目前還處于試點推廣階段，沒有形成規(guī)模效應(yīng)和完備的市場機制，盈利能力較弱，商業(yè)模式有待開發(fā)，可通過引入負(fù)荷聚集商、虛擬電廠等新興市場主體，逐漸豐富需求響應(yīng)商業(yè)模式。

3 我國需求響應(yīng)發(fā)展政策體系設(shè)計

從需求響應(yīng)在歐美的發(fā)展經(jīng)驗來看，建立健全支持需求響應(yīng)發(fā)展的政策體系和法律保障是需求響應(yīng)快速發(fā)展的前提。目前，我國支持需求響應(yīng)發(fā)展的法律文件和政策較為薄弱，建議加快形成國-省兩級協(xié)調(diào)的需求響應(yīng)發(fā)展政策體系，如圖1所示。

圖1 國-省兩級協(xié)調(diào)的需求響應(yīng)發(fā)展政策體系Fig.1 Development policy system for demand response at state and province levels

為建立國-省兩級協(xié)調(diào)的需求響應(yīng)發(fā)展政策體系，可重點開展以下4方面工作：

1)夯實需求響應(yīng)法律基礎(chǔ)。建議國家層面對《能源法》、《電力法》、《可再生能源法》等法律法規(guī)進行修法或立法，賦予需求響應(yīng)法律地位，明確將需求響應(yīng)納入能源規(guī)劃、電力市場建設(shè)和電力交易準(zhǔn)入范圍，為需求響應(yīng)發(fā)展提供法律保障。

2)加強需求響應(yīng)頂層設(shè)計。建議國家層面和各省持續(xù)推動將需求響應(yīng)納入國家和各省的“十四五”能源電力規(guī)劃，制定需求響應(yīng)未來發(fā)展的基本思路、發(fā)展目標(biāo)和建設(shè)原則，為需求響應(yīng)的長遠(yuǎn)發(fā)展提供政策支持和引導(dǎo)。

3)建立需求響應(yīng)市場化交易機制。國家層面可推動出臺需求響應(yīng)參與市場化交易的支持政策，各省可根據(jù)各省電力市場的建設(shè)情況，因省制宜推動將需求響應(yīng)納入輔助服務(wù)市場、電力現(xiàn)貨市場和容量市場，完善需求響應(yīng)與各項市場交易的銜接機制，通過開展需求響應(yīng)實踐和試點工作，逐步培育市場主體和市場意識，實現(xiàn)需求響應(yīng)的市場化交易。

4)完善需求響應(yīng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。國家層面和各省加強在需求響應(yīng)平臺、終端、互操作協(xié)議方面的協(xié)同創(chuàng)新，推動建立統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，通過規(guī)范化的通信協(xié)議、接口方式、控制模式，實現(xiàn)不同設(shè)備、廠商、平臺、用戶之間的互聯(lián)互通，為需求響應(yīng)資源大范圍應(yīng)用提供技術(shù)支撐。

4 我國需求響應(yīng)市場交易機制設(shè)計

基于需求響應(yīng)在歐美的發(fā)展經(jīng)驗，電力市場建設(shè)是需求響應(yīng)發(fā)展的前提和基礎(chǔ)。目前，我國各省電力市場建設(shè)進度存在一定差異，市場規(guī)則、交易機制和市場模式具備地方特色，為有效促進需求響應(yīng)在我國的發(fā)展和應(yīng)用，可基于各省電力市場建設(shè)進展，分4個場景分別設(shè)計需求響應(yīng)市場交易機制，如圖2所示。

圖2 我國需求響應(yīng)市場化交易機制設(shè)計Fig.2 Design of demand-response market-based trading mechanism of China

場景1：起步階段。

1)場景特征：適用于我國大部分省份，典型特征是正在進行輔助服務(wù)市場和電力現(xiàn)貨市場的規(guī)則設(shè)計與方案編制。

2)市場交易機制設(shè)計：需求響應(yīng)在該場景下的電力交易方式以約定響應(yīng)方式參與“削峰填谷”為主。電力公司根據(jù)負(fù)荷預(yù)測和電力供需平衡形勢，在D-1日09:00發(fā)布D日T至T+N時的需求響應(yīng)意愿L及經(jīng)濟補償價格p。電力大用戶i根據(jù)自身負(fù)荷情況，自主響應(yīng)電力公司發(fā)布的需求響應(yīng)需求，在D-1日12:00前向電力公司申報自身需求響應(yīng)意愿Li，D-1日16:00前，電力公司根據(jù)電力大用戶參與意愿的申報時間順序確定調(diào)用的需求響應(yīng)資源，并在D-1日17:00前與相關(guān)電力用戶i簽訂需求響應(yīng)合約。D日電力用戶在約定時段T至T+N時執(zhí)行需求響應(yīng)合約，并根據(jù)實際響應(yīng)量L′i和合約價格p獲得經(jīng)濟補償N·L′i·p，其交易流程設(shè)計如圖3所示。

圖3 約定型“削峰填谷”需求響應(yīng)交易機制Fig.3 Trading mechanism for demand response in participating peak shaving and valley filling

3)未來發(fā)展路徑：該場景下，應(yīng)加快輔助服務(wù)市場和電力現(xiàn)貨市場的規(guī)則方案編制，經(jīng)政府主管部門批準(zhǔn)后，可開展輔助服務(wù)市場交易，并進入場景2。

場景2：發(fā)展階段。

1)場景特征：適用于河南、重慶、冀北、上海、江蘇等已開展需求響應(yīng)試點省份，該場景的典型特征是已經(jīng)出臺輔助服務(wù)市場的規(guī)則方案并啟動試運行，但電力現(xiàn)貨市場規(guī)則方案仍在編制。

2)市場交易機制設(shè)計：需求響應(yīng)以參與調(diào)峰輔助服務(wù)為主，電力公司根據(jù)新能源功率預(yù)測和電網(wǎng)運行情況在D-1日09:00發(fā)布D日T至T+N時的各時段調(diào)峰輔助服務(wù)需求Rt。D-1日12:00前電力大用戶和售電公司等需求響應(yīng)主體向市場運營機構(gòu)自主申報競價信息Li和pi，市場運營機構(gòu)以調(diào)峰輔助服務(wù)成本最低為目標(biāo)進行按照式(1)進行集中優(yōu)化出清。

(1)

D-1日17:00市場運營機構(gòu)發(fā)布出清結(jié)果，確定市場主體i在t時刻的需求響應(yīng)量Li,t及對應(yīng)時刻的補償價格pt，D日市場主體根據(jù)出清結(jié)果執(zhí)行需求響應(yīng)，市場運營機構(gòu)監(jiān)測實際需求響應(yīng)量L′i,t并按照規(guī)則與市場主體進行結(jié)算，市場主體i獲得經(jīng)濟收益為∑t∈TL′i,t·pt，其交易流程如圖4所示。

圖4 需求響應(yīng)參與調(diào)峰輔助服務(wù)交易機制設(shè)計Fig.4 Trading mechanism for demand response in participating peak-shaving ancillary service

3)未來發(fā)展路徑：應(yīng)積極開展輔助服務(wù)市場試運行以積累運營經(jīng)驗，適時推動引入負(fù)荷聚集商等第三方市場主體參與輔助服務(wù)，并豐富拓展輔助服務(wù)品種。同時，應(yīng)積極開展電力現(xiàn)貨市場的規(guī)則方案編制，獲得政府主管部門同意后開展電力現(xiàn)貨市場試運行，并進入場景3。

場景3：完善階段。

1)場景特征：適用于浙江、山東、山西等開展電力現(xiàn)貨市場試點的省份，該場景的典型特征是已經(jīng)制定發(fā)布了輔助服務(wù)市場和電力現(xiàn)貨市場的規(guī)則體系，并啟動了輔助服務(wù)市場和電力現(xiàn)貨市場試運行。

2)市場交易機制設(shè)計：需求響應(yīng)資源參與該場景下的輔助服務(wù)市場和電力現(xiàn)貨市場應(yīng)分別以調(diào)峰輔助服務(wù)和電量交易為主，在調(diào)峰輔助服務(wù)方面，主要交易方式與場景2保持一致，此處不再贅述。在電力現(xiàn)貨市場的電量交易方面，需求響應(yīng)主體具有產(chǎn)銷者的雙重特性，一方面可作為“正電源”在競價中標(biāo)時段削減電力負(fù)荷，等效于一個發(fā)電廠增加中標(biāo)時段的電力供給；另一方面可作為“負(fù)電源”在競價中標(biāo)時段增加電力負(fù)荷，等效于一個電力負(fù)荷增加中標(biāo)時段的電力需求。需求響應(yīng)參加電力現(xiàn)貨市場的交易流程設(shè)計如圖5所示，需求響應(yīng)市場主體應(yīng)遵循電力現(xiàn)貨市場相關(guān)規(guī)則流程，在D-1日12:00前向市場運營機構(gòu)申報日前市場分段競價曲線，市場運營機構(gòu)以社會福利最大化為目標(biāo)開展集中優(yōu)化出清，形成分時段出清結(jié)果。在D日各個運行時段的前15 min，市場運營機構(gòu)根據(jù)電網(wǎng)運行實際開展實時市場出清，并形成正式的調(diào)度運行計劃并下發(fā)各市場主體執(zhí)行。D+5日市場運營機構(gòu)根據(jù)需求響應(yīng)的實際運行情況和分時段出清結(jié)果開展偏差結(jié)算，確定需求響應(yīng)經(jīng)濟收益。

圖5 需求響應(yīng)參與現(xiàn)貨交易機制設(shè)計Fig.5 Trading mechanism for demand response in participating spot market

3)未來發(fā)展路徑：該場景下，可以逐步豐富交易品種，引入電力現(xiàn)貨市場的備用容量市場機制，鼓勵需求響應(yīng)資源和第三方代理機構(gòu)參與電力現(xiàn)貨市場備用容量交易，逐步實現(xiàn)電力現(xiàn)貨市場和輔助服務(wù)市場的聯(lián)合優(yōu)化出清。當(dāng)輔助服務(wù)市場和電力現(xiàn)貨市場具備較為成熟的運行實踐經(jīng)驗后，可進入場景4。

場景4：成熟階段。

1)場景特征：場景3的省份具備較為成熟的運行實踐經(jīng)驗后可以進入場景4。該場景的典型特征是已經(jīng)建立了完善的輔助服務(wù)市場和電力現(xiàn)貨市場規(guī)則體系與運營方案，火電、水電、新能源、需求響應(yīng)資源和第三方代理機構(gòu)都可以公平進入輔助服務(wù)市場和電力現(xiàn)貨市場同臺競爭。

2)市場交易機制設(shè)計：需求響應(yīng)參與該場景下的輔助服務(wù)市場與場景2保持一致，參與電力現(xiàn)貨市場電量交易的機制設(shè)計與場景3保持一致。同時，可逐步推動需求響應(yīng)參與電力現(xiàn)貨市場備用容量交易，根據(jù)現(xiàn)貨市場中電能量與備用容量的聯(lián)合優(yōu)化出清機制，市場運營機構(gòu)可根據(jù)需求響應(yīng)的歷史負(fù)荷及響應(yīng)情況綜合評估確定需求響應(yīng)的有效容量，需求響應(yīng)主體可在備用容量市場中申報有效容量內(nèi)的響應(yīng)意愿和價格，并按照市場運營機構(gòu)的集中出清結(jié)果提供容量備用服務(wù)，如果備用容量被實際調(diào)用，需求響應(yīng)主體還可額外獲得基于市場實時價格的經(jīng)濟補償。

3)未來發(fā)展路徑：在該場景下，應(yīng)進一步完善輔助服務(wù)市場和電力現(xiàn)貨市場的銜接關(guān)系。最終實現(xiàn)以電力現(xiàn)貨市場電量交易為核心，電力現(xiàn)貨市場電量交易和備用容量交易的聯(lián)合優(yōu)化出清，發(fā)揮需求響應(yīng)對電力現(xiàn)貨市場和輔助服務(wù)市場的補充作用。

總體而言，各省應(yīng)以社會經(jīng)濟發(fā)展水平為基礎(chǔ)，結(jié)合各省輔助服務(wù)市場、電力現(xiàn)貨市場、容量市場等電力市場的試點建設(shè)情況，因地制宜地開展需求響應(yīng)的市場化交易機制，循序漸進地推動需求響應(yīng)參與電力市場，并逐步完善需求響應(yīng)與電力市場之間的銜接。

5 算例分析

基于我國需求響應(yīng)市場化交易機制設(shè)計，需求響應(yīng)參與電力市場交易可有效提升電網(wǎng)運行靈活性，滿足尖峰時段的供需平衡需求?；趪野l(fā)改委對需求響應(yīng)能力的規(guī)劃目標(biāo)，結(jié)合我國電力市場的建設(shè)路徑，本算例測算分析了不同市場發(fā)展階段下的需求響應(yīng)社會經(jīng)濟效益，進一步驗證說明需求響應(yīng)發(fā)展的必要性。

根據(jù)我國需求響應(yīng)發(fā)展規(guī)劃，需求響應(yīng)能力與尖峰負(fù)荷應(yīng)滿足式(2)的線性關(guān)系。

P=Lmax×a

(2)

式中：P為我國需求響應(yīng)能力；Lmax為我國尖峰負(fù)荷最大值；a為不同階段需求響應(yīng)能力建設(shè)目標(biāo)。根據(jù)國家發(fā)改委要求，我國計劃在2025年實現(xiàn)需求響應(yīng)能力滿足尖峰負(fù)荷5%的建設(shè)目標(biāo)。基于該目標(biāo)，本算例設(shè)定需求響應(yīng)在發(fā)展階段、完善階段和成熟階段的響應(yīng)能力a分別達到尖峰負(fù)荷的1%、3%和5%。尖峰負(fù)荷Lmax取2019年我國尖峰負(fù)荷最大值約11.3 億kW測算，則各階段下我國需求響應(yīng)能力分別約1 130 萬、3 390 萬、5 650 萬kW。

根據(jù)以往電力投資經(jīng)驗，我國電力發(fā)輸配電建設(shè)投資成本應(yīng)滿足式(3)。

C=Pi×b

(3)

式中：C為建設(shè)投資總成本；Pi為發(fā)輸配電建設(shè)總?cè)萘?；b為單位容量建設(shè)投資系數(shù)。若不開展需求響應(yīng)，為滿足尖峰負(fù)荷須投資新建與需求響應(yīng)能力P同等容量的電力發(fā)輸配電設(shè)備Pi。以2019年全國電力設(shè)備容量投資系數(shù)平均值b為8 645 元/kW測算，為滿足尖峰負(fù)荷1%、3%、5%的電力設(shè)備投資C分別達到976.9 億、2 930.7 億、4 884.4 億元。由此可見，開展需求響應(yīng)能力建設(shè)，不僅極大增強了電力系統(tǒng)運行靈活性，更有效提高電力投資效率，避免了尖峰機組、調(diào)峰機組等低利用率設(shè)備的重復(fù)投資，實現(xiàn)了社會資本的優(yōu)化配置。

除社會經(jīng)濟效益外，需求響應(yīng)在促進清潔能源消納和節(jié)能減排方面也有顯著作用。清潔能源運行具有反調(diào)峰特性，往往在負(fù)荷低谷時大發(fā)，而在負(fù)荷高峰時出力不足。發(fā)揮需求響應(yīng)的“削峰填谷”作用可有效促進清潔能源消納。需求響應(yīng)促進清潔能源消納電量可按式(4)估算。

Q=P×h

(4)

式中：Q為需求響應(yīng)促進清潔能源消納電量；h為需求響應(yīng)參與調(diào)峰的平均利用小時數(shù)。以需求響應(yīng)參與調(diào)峰的年度平均利用小時數(shù)h約20 h測算，需求響應(yīng)以“削峰填谷”形式每年促進清潔能源消納電量分別為2.26億、6.78億和11.3 億kW·h。

在節(jié)能減排方面，需求響應(yīng)的節(jié)能減排效應(yīng)體現(xiàn)在兩方面，一是直接促進清潔能源消納產(chǎn)生的節(jié)能減排效應(yīng)，如式(5)和式(6)所示；二是通過節(jié)約電力投資間接實現(xiàn)的節(jié)能減排成效，如式(7)所示。

EC=Q×IC

(5)

ES=Q×IS

(6)

EI=C×II

(7)

式中：EC和ES分別為促進清潔能源消納電量等效的CO2、SO2減排量；EI為所節(jié)約電力投資的等效碳排放減排量；IC和IS分別為單位清潔能源電量的等效CO2、SO2減排系數(shù)；II為單位GDP碳排放強度。

取IC和IS分別為335.7、8.03 g/(kW·h)測算[18]，則各場景下CO2年度減排量達7.59 萬、22.76 萬、37.93 萬t，SO20.18萬、0.53 萬、0.90 萬t。除此之外，所開展需求響應(yīng)所節(jié)約的電力投資等效節(jié)能減排量以單位GDP碳排放強度II為1.32 t/萬元測算19]，各場景下節(jié)約電力投資的年度節(jié)能減排量可達1 289.5 萬、3 868.5 萬、6 447.4萬t。

綜上所述，加快需求響應(yīng)的市場化交易機制，增強需求響應(yīng)的“削峰填谷”能力不僅有助于提升電力系統(tǒng)運行靈活性，更有助于實現(xiàn)社會經(jīng)濟效益和節(jié)能減排效益的最大化，助力社會經(jīng)濟發(fā)展和能源轉(zhuǎn)型。

6 結(jié)論及建議

當(dāng)前，我國需求響應(yīng)的發(fā)展方興未艾，各地對需求響應(yīng)的探索和實踐正在如火如荼開展，隨著我國電力供需形勢變化、可再生能源大規(guī)模并網(wǎng)、電力電子器件顯著增多的影響，發(fā)展需求響應(yīng)，提升電力系統(tǒng)運行靈活性和安全性是大勢所趨。建議通過社會各界的積極參與和協(xié)作共贏，逐步培育形成“政府引導(dǎo)、電網(wǎng)配合、社會參與、用戶響應(yīng)”的需求響應(yīng)新格局，構(gòu)建起網(wǎng)-源-荷-儲協(xié)調(diào)互動的能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展新模式。

電力市場的發(fā)展是需求響應(yīng)發(fā)展的基石，建立完善的電力市場交易機制和規(guī)則體系是需求響應(yīng)市場交易機制的前提。隨著我國社會主義市場經(jīng)濟體制的逐步完善，以電力市場為核心的資源配置體系將在電力系統(tǒng)運行中發(fā)揮更加重要的作用，需求響應(yīng)可借助電力市場建設(shè)契機，加快與電力市場的銜接和融合，從而構(gòu)建起與我國電力市場相適應(yīng)的需求響應(yīng)市場化交易機制。