電力供需新形勢下地區(qū)季節(jié)性尖峰電價機制研究

葉鈺童, 王 寶, 楊 敏, 任曦駿, 馬燕如, 邵筱宇

(國網(wǎng)安徽省電力有限公司經(jīng)濟技術(shù)研究院, 安徽 合肥 230022)

0 引言

未來，隨著光伏、風電等高比例新能源接入，供應側(cè)出力不穩(wěn)定性增加，供應側(cè)調(diào)節(jié)需求側(cè)的能力將下降，需要需求側(cè)的負荷曲線盡量平滑以緩解供應側(cè)的調(diào)峰調(diào)頻壓力，但是現(xiàn)階段電力現(xiàn)貨市場建設(shè)尚未成熟，無法有效通過市場行為引導用戶自發(fā)調(diào)節(jié)負荷，電力供應側(cè)與需求側(cè)雙向大幅波動，電力供需矛盾日漸凸顯?！笆奈濉奔拔磥硪欢螘r間，尖峰缺電或成為新常態(tài)，有必要從需求側(cè)發(fā)力，進一步完善分時電價機制，保障電力安全經(jīng)濟運行。目前我國尚未實施實時電價機制(RTP)，而是采用相對折中的峰谷分時電價機制(TOU)，推動小時級別的系統(tǒng)供需平衡。學術(shù)界對峰谷電價體系的研究多集中在峰谷時段劃分、分時定價和用戶行為分析方面，文獻[3]從執(zhí)行范圍、時段劃分、時長劃分、不同時段電價水平和電價價差比率等方面總結(jié)各省峰谷電價政策實施效果，并指出當前峰谷電價政策存在時段和時長劃分按經(jīng)驗決策，考慮季節(jié)性因素不夠、尖峰和高峰電價水平不高、尖峰(高峰)電價與低谷(平段)電價的價差比率偏小等問題；為更好地反映出用戶用電的時間差異，文獻[4]建立了一種基于用戶需求響應的峰谷時段劃分方法，通過該方法能有效地利用價格機制引導用戶合理安排用電；文獻[5]基于模糊數(shù)學理論，利用隸屬度函數(shù)、構(gòu)建模糊相似矩陣，研究對具有移峰填谷潛力的用戶負荷曲線進行峰平谷時段劃分；文獻[6]研究了基于電網(wǎng)和用戶博弈的峰谷分時電價最優(yōu)制定策略。目前學術(shù)界的研究大多從高峰高價、低谷低價的定性邏輯出發(fā)，無法構(gòu)建系統(tǒng)性的量化模型，指導峰谷分時定價，同時對于應對短時高峰負荷的季節(jié)性尖峰電價機制研究相對欠缺。

近年來，我國能源消費結(jié)構(gòu)快速變化，電力負荷對氣溫變化更加敏感，電力系統(tǒng)負荷特性由夏季高峰逐漸轉(zhuǎn)為“夏、冬雙高峰”。自去年以來，部分省市已陸續(xù)實施有序用電，據(jù)統(tǒng)計，國內(nèi)各地夏季最熱、冬季最冷時段的全年累計時間只有數(shù)十小時，但對應的尖峰電力需求可較平時高出1億千瓦以上，給電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行帶來更大挑戰(zhàn)。2021年7月29日，國家發(fā)改委發(fā)布《關(guān)于進一步完善分時電價機制的通知》，要求各地結(jié)合實際情況，在峰谷電價的基礎(chǔ)上推行尖峰電價機制。在此背景下，有必要研究地區(qū)季節(jié)性尖峰電價機制，確定科學的尖峰負荷時段以及尖峰電價水平，輔以行政定價手段，解決電力頂峰期間電力系統(tǒng)負荷曲線峰谷差過大的問題，平滑負荷曲線，以保障電力系統(tǒng)運行安全和經(jīng)濟。

1 國內(nèi)各省尖峰電價實施情況

電價是電力市場中的經(jīng)濟杠桿，其實時波動可有效調(diào)節(jié)電力供需，是保障電力平衡的有力措施。

分時電價，顧名思義，就是根據(jù)電力系統(tǒng)運行狀況，不同運行時段制定不同電價水平的價格機制，截至目前，國內(nèi)已有29個省份實施了分時電價機制。各地分時電價機制在具體執(zhí)行上有所不同，以峰谷電價為主，各地普遍按日劃分峰、平、谷時段，執(zhí)行峰谷分時電價，部分省份在此基礎(chǔ)上增加了尖峰時段；四川等地按月劃分豐水期、枯水期，對電力供應緊張的枯水期執(zhí)行更高的豐枯電價；上海等地按季劃分夏季、非夏季，對夏季用電高峰期執(zhí)行更高的季節(jié)性電價?？偟膩砜?，峰谷電價、豐枯電價、季節(jié)性電價等分時電價機制都具有鼓勵引導電力用戶移峰填谷、優(yōu)化用電方式等作用，有力緩解了電力供需矛盾，有效提升電力系統(tǒng)經(jīng)濟性。

隨著用電負荷呈現(xiàn)尖峰凸顯、用電峰谷差不斷加大的特點，多個省份實施了季節(jié)性尖峰電價機制，季節(jié)性尖峰電價較高峰電價上調(diào)幅度普遍在0.1 元/千瓦時左右。各省尖峰電價實施情況如表1所示。

表1 各省尖峰電價實施情況

當前，各省尖峰電價實施模式分為兩種，一種模式是按固定季節(jié)實施尖峰電價機制，一般集中在夏季6～8月，但部分省份尖峰電價實施時間較長，如山東、冀北、河北、天津等，每年執(zhí)行3個月的尖峰電價機制，由于尖峰時段的時長與電費有關(guān)，造成用戶用電成本較高。另一種模式要求尖峰電價機制的實施條件必須是高溫，如江蘇以中央電視臺一套每晚19點新聞聯(lián)播節(jié)目后天氣預報中發(fā)布的南京次日最高溫度為準，如果日最高氣溫超過35 ℃，則次日予以實施尖峰電價。此種模式雖然對于尖峰負荷時段劃分更加精確，但留給用戶的反應時間較短，會導致部分大工業(yè)用戶來不及調(diào)整用電行為，實際難以達到良好的削峰效果。

2 地區(qū)季節(jié)性尖峰電價機制研究

尖峰電價隸屬于分時電價的范疇，其基本理念是，認為一年內(nèi)尖峰負荷僅在少數(shù)日的部分時段出現(xiàn)，通過對這些時段針對性地實施極高的尖峰電價能夠有效地減少或轉(zhuǎn)移負荷，取得比常規(guī)峰谷電價更好的效果。尖峰電價也是預先設(shè)定好時段和價格，與峰谷電價最大的區(qū)別是尖峰電價僅在一年內(nèi)的少數(shù)緊急日執(zhí)行。本節(jié)從平抑短時高峰負荷的需求出發(fā)，研究地區(qū)季節(jié)性尖峰電價機制，科學確定尖峰負荷時段以及尖峰電價上調(diào)幅度。

2.1 尖峰負荷時段測算

尖峰負荷是負荷需求極高導致供應極其緊張的一種負荷，累計出現(xiàn)時間短、電量少、單次持續(xù)時間短、出現(xiàn)頻次低，但其存在會導致電力系統(tǒng)的備用容量短缺，影響電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。在實施尖峰電價機制之前，要先根據(jù)地區(qū)負荷實際情況確定尖峰負荷時段。

地區(qū)尖峰負荷時段的測算方法一般是選取該地區(qū)全年的統(tǒng)調(diào)負荷數(shù)據(jù)作為測算依據(jù)，并設(shè)置一個負荷基準值，當負荷量超過設(shè)置的基準值時視為尖峰時刻。根據(jù)《關(guān)于進一步完善分時電價機制的通知》里要求，尖峰時段應根據(jù)前兩年當?shù)仉娏ο到y(tǒng)最高負荷95%及以上用電負荷出現(xiàn)的時段合理確定，并考慮當年電力供需情況、天氣變化等因素靈活調(diào)整。

2.2 地區(qū)季節(jié)性尖峰電價上調(diào)量測算

由電價的相對變動引起的電能需求量的相對變動稱為電量電價彈性，即在一定的時間段內(nèi)，用電量變化的百分比除以相應的價格變化的百分比。典型的需求價格彈性曲線如圖1所示。

圖1 典型需求價格彈性曲線

其中

P

表示電價，

Q

表示電量。由于該曲線的確定很困難，所以經(jīng)濟學中為了計算方便通常進行線性化處理，由此定義需求價格彈性系數(shù)

E

：

E

=(

ΔQ/Q

)

/

(

ΔP/P

)

(1)

式中：

ΔQ

、

ΔP

分別表示需求量變動量和價格變動量；

ΔQ/Q

表示需求量的變動率；

ΔP/P

表示價格的變動率。

確定季節(jié)性尖峰電價較高峰電價上調(diào)幅度可從滿足通過電價調(diào)整實現(xiàn)尖峰負荷削減預期量和“削峰式”需求響應所需的補償資金額(季節(jié)性尖峰電價增收作為“削峰式”需求響應補償資金來源)兩個方面考慮。

基于滿足通過電價調(diào)整實現(xiàn)尖峰負荷削減預期量的尖峰電價上調(diào)量

JFT

計算公式如下:

(2)

式中：

XJL

為預期通過執(zhí)行季節(jié)性尖峰電價實現(xiàn)尖峰負荷削減量，

PF

為執(zhí)行季節(jié)性尖峰電價前工商業(yè)用戶在尖峰時段平均用電負荷，

E

為工商業(yè)用戶電力消費價格彈性，

JFP

為工商業(yè)用戶上調(diào)前電價平均水平。基于滿足“削峰式”需求響應補償資金的尖峰電價上調(diào)量

JFT

計算公式如下：

(3)

式中：

XFZJ

為“削峰式”需求響應所需補償資金額，

WJF

為執(zhí)行季節(jié)性尖峰電價前夏季7～8月工商業(yè)用戶尖峰時段總用電量。季節(jié)性尖峰電價上調(diào)量

JFT

取基于滿足通過電價調(diào)整實現(xiàn)尖峰負荷削減預期量的尖峰電價上調(diào)量

JFT

和基于滿足“削峰式”需求響應補償資金的尖峰電價上調(diào)量

JFT

的最大值，即：

JFT

=max{

JFT

,

JFT

}

(4)

3 算例分析

本節(jié)以某地區(qū)電網(wǎng)為例，測算該地區(qū)季節(jié)性尖峰電價調(diào)整時段和調(diào)整幅度及實施范圍。調(diào)整時段根據(jù)地區(qū)用電負荷曲線確定，調(diào)整幅度需根據(jù)滿足通過電價調(diào)整實現(xiàn)尖峰負荷削減預期量、作為“削峰式”需求響應資金來源和工商業(yè)用戶電力消費價格彈性等因素確定。

選取該地區(qū)電網(wǎng)2018年全年的統(tǒng)調(diào)數(shù)據(jù)進行測算，以2018年全年95

%

的最大負荷為基準值測算，當負荷量超過設(shè)置的基準值時視為尖峰時刻。經(jīng)過平均化處理后，該地區(qū)2018年負荷超過基值負荷的尖峰時段集中在7、8月份的20:00～22:00，其中七月份累計尖峰時段約5小時，八月份累計尖峰時段約6小時，全年累計尖峰時段總計約11小時，具體分布見圖2。

圖2 該地區(qū)2018年度尖峰時段分布圖

假定2020年夏季7～8月20:00～22:00對該地區(qū)全部工商業(yè)用戶執(zhí)行季節(jié)性尖峰電價，2019年夏季7～8月尖峰時段總用電量合計約16 億千瓦時，不執(zhí)行季節(jié)性尖峰電價情況下預計2020年尖峰時段用電量同比增長5

%

，該地區(qū)工商業(yè)用戶電力消費價格彈性為0

.

4，尖峰電價執(zhí)行前該時段工商業(yè)用戶售電均價為0

.

97 元

/

千瓦時。若基于滿足通過電價調(diào)整實現(xiàn)尖峰負荷削減預期量的尖峰電價上調(diào)量計算：假定預期通過尖峰電價設(shè)置實現(xiàn)削減最大負荷55萬千瓦。根據(jù)尖峰電價執(zhí)行前夏季7～8月尖峰時段總用電量，得到不執(zhí)行季節(jié)性尖峰電價情況下2020年工商業(yè)在尖峰時段平均用電負荷1 500千瓦，并考慮工商業(yè)現(xiàn)行電價水平和電力消費價格彈性，當季節(jié)性尖峰電價上調(diào)約8

.

9分

/

千瓦時時，能夠滿足削減25萬千瓦尖峰負荷。若基于滿足“削峰式”需求響應補償資金的尖峰電價上調(diào)量計算：假定2020年執(zhí)行“削峰式”需求響應，削減最大負荷的5

%

即148

.

5萬千瓦，補償標準取2

.

5元

/

千瓦時，全年執(zhí)行累計時長10小時，則“削峰式”需求響應補償資金需求為3 700萬元。經(jīng)計算，當季節(jié)性尖峰電價上調(diào)約7

.

3分

/

千瓦時時，能夠滿足削減最大負荷的5

%

對應的“削峰式”需求響應補償資金需求。綜上，取考慮上述兩種因素對應的結(jié)果最大值，即：2020年該地區(qū)季節(jié)性尖峰電價上調(diào)約8

.

9分

/

千瓦時，能夠同時滿足預期通過尖峰電價設(shè)置實現(xiàn)削減最大負荷55萬千瓦和削減最大負荷的5

%

對應的“削峰式”需求響應補償資金需求。

4 結(jié)論

本文針對當前電力供需新形勢所帶來的挑戰(zhàn)，研究地區(qū)季節(jié)性尖峰電價機制。從平抑短時高峰負荷的實際需求出發(fā)，科學確定尖峰電價實施時段以及價格水平，并以某地區(qū)電網(wǎng)為例進行算例分析，針對該地區(qū)夏季晚高峰尖峰負荷引起的供電緊張，測算出該地區(qū)尖峰負荷時段以及尖峰電價上調(diào)幅度。在現(xiàn)階段電力現(xiàn)貨市場建設(shè)尚未成熟，無法有效通過市場行為引導用戶自發(fā)調(diào)節(jié)負荷的背景下，以行政定價的手段激勵用戶合理安排負荷、錯峰用電，達到移除尖峰負荷，保證電網(wǎng)運行的安全性和可靠性的目的。