國外需求響應(yīng)技術(shù)及項(xiàng)目實(shí)踐

潘小輝，王蓓蓓，李 揚(yáng)

（東南大學(xué) 電氣工程學(xué)院，南京 210096）

國外需求響應(yīng)技術(shù)及項(xiàng)目實(shí)踐

潘小輝，王蓓蓓，李 揚(yáng)

（東南大學(xué) 電氣工程學(xué)院，南京 210096）

在深入調(diào)研國外需求響應(yīng)發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，對國外需求響應(yīng)的政策、項(xiàng)目類型、關(guān)鍵技術(shù)等進(jìn)行了重點(diǎn)分析，以獲取國外需求響應(yīng)發(fā)展的先進(jìn)成果和經(jīng)驗(yàn)，為未來我國需求響應(yīng)的進(jìn)一步深入和全面發(fā)展提供參考和借鑒，最后給出對我國需求響應(yīng)發(fā)展的啟示與建議。

需求響應(yīng)；需求響應(yīng)項(xiàng)目；需求響應(yīng)政策

由于我國需求響應(yīng)（Demand response,DR）的發(fā)展相比于歐美發(fā)達(dá)國家起步較晚，目前只有峰谷電價(jià)在多數(shù)城市推行，而尖峰電價(jià)、可中斷負(fù)荷還處于試行和探索階段。需求響應(yīng)項(xiàng)目較少且技術(shù)薄弱、項(xiàng)目實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)缺乏，阻礙了我國需求響應(yīng)進(jìn)一步深入和全面發(fā)展。因此對國外需求響應(yīng)發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行梳理分析，借鑒國外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，解決目前我國需求響應(yīng)發(fā)展存在的問題，具有必要性和現(xiàn)實(shí)意義。

1 國外需求響應(yīng)實(shí)施現(xiàn)狀與分析

1.1 環(huán)境與政策方面

在美國，獨(dú)立系統(tǒng)營運(yùn)商（ISOs）/區(qū)域輸送組織（RTOs）充分利用電力市場環(huán)境的優(yōu)越性，積極推出了基于市場的DR市場產(chǎn)品：容量、能源（日前，實(shí)時(shí)平衡）、輔助備用服務(wù)（調(diào)頻、旋轉(zhuǎn)備用、非旋轉(zhuǎn)備用）等。歐洲共有八大區(qū)域性電力市場，各自有不同的市場規(guī)則及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。歐洲不是單一的電力市場，沒有一個(gè)整體性的需求響應(yīng)實(shí)施計(jì)劃，因此歐洲各國所開展的需求響應(yīng)項(xiàng)目主要依據(jù)于各自制定的方案和規(guī)則。而歐洲國家的一些地區(qū)電力市場的設(shè)計(jì)和政策并沒有給DR的發(fā)展帶來機(jī)會和創(chuàng)新。

國外開展的需求響應(yīng)得到了政策上大力支持，推動了需求響應(yīng)的發(fā)展。2010年歐盟委員會發(fā)布了歐洲的3個(gè)2020年氣候和能源目標(biāo)，需求響應(yīng)是幫助歐盟委員會實(shí)現(xiàn)2020年3個(gè)目標(biāo)的一個(gè)重要手段，這將直接促進(jìn)需求響應(yīng)在歐洲的發(fā)展。美國需求響應(yīng)起步早，相關(guān)政策相對完備。2005年、2007年美國分別頒布了《能源政策法案》[12]和《能源獨(dú)立與安全法案》，明確規(guī)定了對實(shí)施需求響應(yīng)的大力支持。2009年2月,美國總統(tǒng)奧巴馬簽署《美國復(fù)蘇與再投資法案》，明確將45億美元劃撥給美國能源部,用于促進(jìn)電網(wǎng)現(xiàn)代化、整合DR設(shè)備和實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)技術(shù)。

1.2 項(xiàng)目方面

按照終端用戶針對市場價(jià)格信號或激勵(lì)機(jī)制做出響應(yīng)并改變正常電力消費(fèi)模式的市場參與行為，需求響應(yīng)項(xiàng)目可以分為基于電價(jià)和基于激勵(lì)2類?；陔妰r(jià)的需求響應(yīng)項(xiàng)目就是讓消費(fèi)者直接面對基于時(shí)間的電價(jià)并自主做出用電時(shí)間、用電方式的安排和調(diào)整，包括分時(shí)電價(jià)（TOU）、尖峰電價(jià)（CPP）、實(shí)時(shí)電價(jià)（RTP）等?；诩?lì)的需求響應(yīng)項(xiàng)目是直接采用激勵(lì)的方式來激勵(lì)和引導(dǎo)用戶參與各種系統(tǒng)所需要的負(fù)荷削減，包括直接負(fù)荷控制、可中斷負(fù)荷、需求側(cè)競價(jià)、緊急需求響應(yīng)計(jì)劃、旋轉(zhuǎn)備用和非旋轉(zhuǎn)備用計(jì)劃、調(diào)頻服務(wù)等。這2種需求響應(yīng)項(xiàng)目是互相聯(lián)系的，使用時(shí)要保證這2類需求響應(yīng)措施的目標(biāo)不能相互沖突。

在過去的20年里,歐洲在大工業(yè)用戶中使用了不同形式的切負(fù)荷機(jī)制來削減高峰負(fù)荷，因此目前歐洲的DR項(xiàng)目也主要面向于大型工業(yè)用戶。歐洲需求響應(yīng)主要的形式是可中斷負(fù)荷和分時(shí)電價(jià)，部分電力市場采用了需求側(cè)競價(jià)，如表1。

目前在美國，尖峰電價(jià)相對沒有分時(shí)電價(jià)和實(shí)時(shí)電價(jià)那么普及,只有部分機(jī)構(gòu)針對大型工商業(yè)用戶和普通居民用戶實(shí)施了尖峰電價(jià)。美國最早的尖峰電價(jià)項(xiàng)目是海灣電力公司在2000年開始實(shí)施的。直接負(fù)荷控制（DLC）項(xiàng)目在美國已經(jīng)采用了40多年，最常用的DLC項(xiàng)目就是空調(diào)、熱水器和水池水泵等用電設(shè)備的遠(yuǎn)方控制和調(diào)節(jié)。全美各州可中斷負(fù)荷項(xiàng)目的開展各具特色，加州的可中斷負(fù)荷主要以運(yùn)營負(fù)荷參與計(jì)劃和需求削減計(jì)劃為主；紐約電力市場中的可中斷負(fù)荷參與日前現(xiàn)貨市場或運(yùn)行備用市場；PJM的可中斷負(fù)荷分為緊急負(fù)荷響應(yīng)計(jì)劃和經(jīng)濟(jì)負(fù)荷響應(yīng)計(jì)劃。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，全美2010年基于激勵(lì)的DR項(xiàng)目數(shù)量顯著的增加：2010年有486個(gè)，2008年有274個(gè)。而基于電價(jià)的項(xiàng)目有所減少：2010年有346個(gè)，2008年有508個(gè)。

1.3 用戶方面

工業(yè)用戶能夠針對價(jià)格或激勵(lì)信號快速做出響應(yīng)并削減大量的用電需求，因此非常適合需求響應(yīng)項(xiàng)目，過去開展的需求響應(yīng)也主要集中面向工業(yè)用戶。目前用戶與電網(wǎng)之間的互動還十分匱乏：用戶方面，他們并不關(guān)心自己的需求彈性對電網(wǎng)是否有作用；電網(wǎng)方面，它對用戶是否有能力去管理自己的設(shè)備這方面的信息非常缺乏。

用戶參與度是衡量需求響應(yīng)項(xiàng)目是否成功的重要指標(biāo)。假如一個(gè)項(xiàng)目方案效果顯著但用戶參與度僅占總?cè)藬?shù)的1%，那么項(xiàng)目方案的實(shí)施對于整個(gè)電力系統(tǒng)影響作用也不大。國外實(shí)踐表明：提高激勵(lì)和加強(qiáng)教育、宣傳可提高用戶對DR項(xiàng)目的滿意度和接受度，繼而提升用戶參與度。另外，對DR理解和接受度高的用戶也能夠減少更多的電力需求。國外十分重視DR宣傳、教育：歐洲研究了許多通過教育方式讓用戶改變消費(fèi)習(xí)慣的需求響應(yīng)方案，通常規(guī)模較小但效果顯著；美國把對DR相關(guān)人員的教育、培訓(xùn)工作寫入了國家DR行動計(jì)劃中。

1.4 成效

國外通過開展需求響應(yīng)實(shí)現(xiàn)了峰荷削減，峰荷的潛在削減量也在逐年增大。輸電協(xié)作聯(lián)盟（UCTE）指出歐洲各國現(xiàn)有需求響應(yīng)資源平均可削減峰荷的2.9%。2020年，輸電協(xié)作聯(lián)盟對歐洲各國可削減峰荷總值預(yù)測為13.77 GW，未來歐洲D(zhuǎn)R將發(fā)揮出的成效依然值得期待。

從美國現(xiàn)有資源來看，2010年可實(shí)現(xiàn)峰荷削減53 062 MW，見表2，約占全國峰荷的6.7%。其中參與基于激勵(lì)的DR項(xiàng)目的用戶可削減峰荷47 448 MW，而參與基于電價(jià)的DR項(xiàng)目的用戶只能削減峰荷5 614 MW；從百分率上看,大約有89%的高峰負(fù)荷削減由基于激勵(lì)的DR項(xiàng)目提供。2009年FERC提出了4種美國DR實(shí)施方案，2019年可分別削減38、82、138、188 GW不等的峰荷，其中最高方案可削減峰荷的20%，意味著需求響應(yīng)措施可消化全美10年內(nèi)的電力需求增長。

表1 歐洲各地區(qū)需求項(xiàng)目及實(shí)施模式

表2 美國需求響應(yīng)項(xiàng)目可實(shí)現(xiàn)的負(fù)荷削減 MW

2 國外需求響應(yīng)關(guān)鍵技術(shù)與典型項(xiàng)目實(shí)踐

2.1 關(guān)鍵技術(shù)

有效地開展需求響應(yīng)項(xiàng)目，最大程度挖掘出DR潛力，同樣離不開技術(shù)上的支撐。智能電能表方面，歐盟指示在整個(gè)歐洲裝備智能電能表，并由各國家政府強(qiáng)制執(zhí)行；美國計(jì)劃2013年前使全美電能表的1/3更換為智能電能表。通信技術(shù)方面，室內(nèi)顯示裝置、雙向互動通信裝置等設(shè)備已在DR項(xiàng)目中使用。控制技術(shù)方面，遠(yuǎn)程負(fù)荷控制裝置、溫控器等設(shè)備已在需求響應(yīng)項(xiàng)目中廣泛使用。自動化技術(shù)方面，自動需求響應(yīng)技術(shù)的開發(fā)與使用，使最初的手動、半自動化需求響應(yīng)發(fā)展到現(xiàn)在的全自動需求響應(yīng)。平臺方面，美國的技術(shù)供應(yīng)商推出了需求響應(yīng)管理平臺，以方便用戶科學(xué)地管理和控制用電負(fù)荷；歐洲將以智能電能表基礎(chǔ)設(shè)施為依托，建立大范圍的需求響應(yīng)項(xiàng)目功能和服務(wù)平臺，以更深入更有效的開展需求響應(yīng)項(xiàng)目。另外歐洲公共事業(yè)單位和通信公司正合作開發(fā)各種形式的智能能量盒，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的控制與管理及其它輔助服務(wù)。

建立行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)將大大提升先進(jìn)技術(shù)在DR中大規(guī)模推廣的機(jī)會和價(jià)值，這方面國外一直都在正確的道路上。2011年歐洲標(biāo)準(zhǔn)化組織（European Standardization Organizations）發(fā)布?xì)W洲標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范M490，它為智能儀表、通信顯示裝置、基礎(chǔ)平臺制造商提供一個(gè)公認(rèn)的參考標(biāo)準(zhǔn)。2009年英國發(fā)布了負(fù)荷管理的功能要求標(biāo)準(zhǔn)。2009年美國制定了首批16個(gè)智能電網(wǎng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，其中之一就是開放型自動需求響應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

2.2 典型項(xiàng)目實(shí)踐

發(fā)達(dá)國家需求響應(yīng)起步早，有許多DR工程實(shí)踐對DR技術(shù)進(jìn)行試驗(yàn)、應(yīng)用、推廣。其中不乏對DR技術(shù)運(yùn)用成熟、用戶參與度高、與中國相關(guān)度高并且效果明顯的典型工程實(shí)踐，這些典型工程實(shí)踐的成功，也說明未來智能電網(wǎng)技術(shù)支撐下需求響應(yīng)發(fā)展的美好前景。

典型項(xiàng)目1：2007英國政府啟動的能源使用信息反饋項(xiàng)目，是智能電能表和通信技術(shù)在DR中的成熟運(yùn)用。能源公司通過智能電能表、實(shí)時(shí)顯示等裝置，向用戶及時(shí)反饋能源使用信息。該項(xiàng)目的特色在于并沒有采用價(jià)格和補(bǔ)償激勵(lì)，而是單純利用智能電能表和通信技術(shù)及時(shí)反饋能源消費(fèi)信息，從而成功達(dá)到減少能耗和轉(zhuǎn)移峰荷的效果。項(xiàng)目參與用戶數(shù)超過60 000戶，項(xiàng)目第一年節(jié)約總耗能的2.3%，第二年這個(gè)數(shù)字增長到了4%。

典型項(xiàng)目2：美國德克薩斯州的空調(diào)負(fù)荷管理項(xiàng)目是控制技術(shù)在DR中的典型應(yīng)用，用戶參與度相當(dāng)高。在夏季下午負(fù)荷高峰時(shí)，Austin Energy利用溫控器來循環(huán)控制用戶的空調(diào)來削減峰荷，并允許用戶利用在線工具控制自己的智能溫控器。溫控器的安裝數(shù)量每年穩(wěn)步增長，峰荷削減量也在增長。根據(jù)用戶調(diào)查，大多數(shù)參與者對該項(xiàng)目表示滿意。80%的參與者會推薦這個(gè)項(xiàng)目，超過75%的參與者認(rèn)為他們的體驗(yàn)很精彩。截至2009年德克薩斯州已經(jīng)安裝了86 000個(gè)智能溫控器，可削減峰荷90 MW。基于這個(gè)項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)和成功，Austin Energy計(jì)劃所有用戶都能參與，并且在其他城市分享這個(gè)方案的成功。

典型項(xiàng)目3：南加州愛迪生公司（SCE）在美國加州開展的自動需求響應(yīng)項(xiàng)目是自動化技術(shù)與DR的成功結(jié)合。由于該項(xiàng)目實(shí)施背景與中國體制相關(guān)度高并且效果顯著，使得該項(xiàng)目很具代表性和借鑒性。項(xiàng)目實(shí)施者南加州愛迪生公司（SCE）是與中國國家電網(wǎng)公司類似的一家大型電力公司，單獨(dú)對智能電網(wǎng)、需求響應(yīng)項(xiàng)目發(fā)展建設(shè)負(fù)責(zé)，針對工商業(yè)用戶開展了不同的需求響應(yīng)項(xiàng)目。類似我國電價(jià)由發(fā)改委制定，加州電力價(jià)格則由州政府部分管理。項(xiàng)目可實(shí)現(xiàn)峰荷削減692 MW,相當(dāng)于系統(tǒng)峰荷的6.5%，證明了自動需求響應(yīng)技術(shù)可以在電力需求高峰時(shí)期起到削峰作用。實(shí)踐表明，使用自動化技術(shù)的DR項(xiàng)目比不使用該技術(shù)的項(xiàng)目更易獲得成功，效率也高30%～100%。

3 對我國需求響應(yīng)發(fā)展的啟示與建議

現(xiàn)階段國內(nèi)外DR發(fā)展的基礎(chǔ)條件對比見表3。由表3對比可以看出，相對于國外電力市場的環(huán)境，我國電力由電網(wǎng)公司統(tǒng)一管理的模式將大大有利于新的需求響應(yīng)技術(shù)和方案的推廣，這是我國開展需求響應(yīng)的優(yōu)勢。然而，同樣可以看到，我國在政策基礎(chǔ)、項(xiàng)目和用戶基礎(chǔ)、技術(shù)基礎(chǔ)上不同程度落后于歐美發(fā)達(dá)國家。為了保持我國在需求響應(yīng)方面取得的成果，未來需求響應(yīng)的發(fā)展在智能電網(wǎng)技術(shù)條件支撐下取得進(jìn)步和突破，繼續(xù)挖掘我國尚存在的較大DR潛力，應(yīng)借鑒國外需求響應(yīng)的先進(jìn)成果和經(jīng)驗(yàn)。建議在以下方面做出改進(jìn)和努力。

（1）更多的政策支持。中國DR政策處于建章立制、積極完善的階段，應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步加強(qiáng)與完善。建議由政府主導(dǎo)盡快制定國家層面上的DR行動計(jì)劃，使得中國需求響應(yīng)各方面協(xié)調(diào)、共同發(fā)展。

（2）重視DR宣傳、教育并及時(shí)向用戶反饋消費(fèi)信息。通過教育、宣傳提高參與者對DR理解和接受度，利于DR項(xiàng)目的推廣；及時(shí)向用戶反饋消費(fèi)信息，也能起到減少能耗和轉(zhuǎn)移峰荷的效果。

（3）積極研發(fā)與推廣新技術(shù)。國外有專門的機(jī)構(gòu)大力研發(fā)新技術(shù)，并積極推進(jìn)示范項(xiàng)目的試點(diǎn)，繼而在全社會推廣和實(shí)施其中成熟和先進(jìn)的技術(shù)。而國內(nèi)目前還缺乏這樣的組織機(jī)構(gòu)來承擔(dān)這樣的任務(wù)，成為了我國需求響應(yīng)技術(shù)創(chuàng)新和突破的障礙，建議增設(shè)類似職能的組織機(jī)構(gòu)。

（4）積極推動試點(diǎn)項(xiàng)目實(shí)踐。目前我國需求響應(yīng)項(xiàng)目較少且形式單一，發(fā)揮的效益有限。建議積極推動國內(nèi)試點(diǎn)項(xiàng)目實(shí)踐，尋求更多符合我國實(shí)際需求的需求響應(yīng)項(xiàng)目和實(shí)施模式，更大程度地挖掘出我國需求響應(yīng)的潛力。

表3 現(xiàn)階段國內(nèi)外DR發(fā)展的基礎(chǔ)條件對比

（5）與智能電網(wǎng)技術(shù)協(xié)調(diào)推進(jìn)、相輔相成。充分把握中國智能電網(wǎng)建設(shè)給DR發(fā)展帶來的機(jī)遇，最大程度利用好智能電網(wǎng)所創(chuàng)造的技術(shù)條件，加速我國DR的發(fā)展。建議加快建立、完善包含DR的智能電網(wǎng)技術(shù)規(guī)范與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),以支持智能電網(wǎng)技術(shù)與DR項(xiàng)目的大規(guī)模部署。

（6）與中國實(shí)際國情相結(jié)合，堅(jiān)持具有中國特色的發(fā)展路線。每個(gè)國家國情不一樣，電力市場環(huán)境也不一樣，開展需求響應(yīng)工作應(yīng)與我國實(shí)際相結(jié)合。建議由政府引導(dǎo)支持、電網(wǎng)公司主導(dǎo)、第三方機(jī)構(gòu)參與實(shí)施以及用戶的參與，共同完善和實(shí)施需求響應(yīng)的應(yīng)用，逐步在實(shí)踐中優(yōu)化需求響應(yīng)的實(shí)施策略。

4 結(jié)束語

各國發(fā)展智能電網(wǎng)的推動力和側(cè)重點(diǎn)各不相同，但建設(shè)智能電網(wǎng)已經(jīng)成為全世界電力行業(yè)的愿景。國家電網(wǎng)公司也緊隨國際智能電網(wǎng)的發(fā)展步伐，從我國國情出發(fā)提出建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)。智能電網(wǎng)技術(shù)不僅使各類DR項(xiàng)目能夠更加方便地部署與推廣,還使用戶能夠更加靈活地安排用電方案與響應(yīng)策略。在智能電網(wǎng)框架下的需求響應(yīng)遇到了前所未有的發(fā)展機(jī)遇,但中國在具體實(shí)施過程中應(yīng)吸取國外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和成果,并結(jié)合實(shí)際情況積極進(jìn)行創(chuàng)新，更好地促進(jìn)需求響應(yīng)在我國深入、全面的發(fā)展。

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[19]Ofgem.Energy Demand Research Project：Final Analysis[EB/OL].(2011-06-25)[2012-07-22].http：//www.ofgem.gov.uk/Sustainability/EDRP/Documents1/Energy%20Dem and%20 Research%20Project%20Final%20Analysis.pdf.

[20]Edison.Emerging Markets&Technology Demand Respo nse（DR）Projects[EB/OL].(2010-3-31)[2012-07-22].http：//www3.sce.com/sscc/law/dis/dbattach3e.nsf/0/6ED8F69 CA623BAD9882576F80065A584/$FILE/A.08-06-001+DR+App_SCE+EM&T+DR+Project+Annual+Report+2009.pdf.

Demand response technology abroad and its practice

PAN Xiao?hui,WANG Bei?bei,LI Yang
（Southeast University,Nanjing,210096,China）

This paper focuses on the analysis of policy,pro?gram type,key technology.etc to gain the advanced achievements and experience of overseas demand response based on in?depth re?search of the current situation of overseas demand response.That could provide reference for the further in?depth development of Chinese demand response under the technology support of smart grid,and finally the enlightenment and suggestions to demand re?sponse construction of China are proposed.

demand response;demand response program;demand response policy

F416.61；TK018

C

1009-1831（2013）01-0058-05

2012-07-24

潘小輝（1987），男，江西南昌人，碩士研究生,主要研究方向?yàn)樾枨髠?cè)管理與需求響應(yīng)；王蓓蓓（1979），女,安徽蒙城人，博士，副教授，主要研究方向?yàn)橹悄苡秒姟⑿枨髠?cè)管理與需求響應(yīng)；李揚(yáng)（1961），男，江蘇泰興人，博士，教授，主要研究方向?yàn)殡娏κ袌觥⑿枨髠?cè)管理與需求響應(yīng)。

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（71001026）；國家863高技術(shù)基金項(xiàng)目（2011AA05A115)