新能源電力系統(tǒng)中需求側(cè)響應(yīng)關(guān)鍵問題及未來(lái)研究展望

肖堯

（南方電網(wǎng)廣東廣州供電局客服中心，廣東 廣州 510620）

氣候環(huán)境變化問題日益嚴(yán)峻，注重發(fā)展新能源發(fā)電模式，已經(jīng)成為現(xiàn)代發(fā)展重點(diǎn)。按照相關(guān)數(shù)據(jù)可知，中國(guó)風(fēng)電裝機(jī)率、太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)率均呈現(xiàn)出倍數(shù)增長(zhǎng)趨勢(shì)[1]。采用新能源發(fā)電模式后，會(huì)顯著影響電力系統(tǒng)運(yùn)行控制效果。

1 需求側(cè)響應(yīng)對(duì)新能源電力系統(tǒng)的作用分析

1.1 需求側(cè)響應(yīng)資源與分類

在物理形態(tài)、使用習(xí)慣方面，終端負(fù)荷具備顯著差異，導(dǎo)致需求側(cè)響應(yīng)用戶呈現(xiàn)出多種響應(yīng)特征與響應(yīng)能力。

按照不同角度，將需求側(cè)響應(yīng)資源分為多種類型：①根據(jù)用戶類別，劃分為工業(yè)負(fù)荷、居民負(fù)荷、商業(yè)負(fù)荷、其他負(fù)荷。②根據(jù)響應(yīng)特性，劃分為可平移負(fù)荷、可轉(zhuǎn)移負(fù)荷、可削減負(fù)荷。在特定周期內(nèi)，可轉(zhuǎn)移負(fù)荷的總用電量不變，可以靈活調(diào)節(jié)不同時(shí)段用電量；平移負(fù)荷會(huì)受到生產(chǎn)生活流程限制，在不同時(shí)間段內(nèi)，平移用電曲線，該類資源包括工業(yè)流水線設(shè)備；按照實(shí)際需求，削減用電量負(fù)荷，該類資源涉及到大型洗衣、居民空調(diào)、農(nóng)村灌溉設(shè)備等[2]。③根據(jù)能量流向劃分，包括雙向互動(dòng)資源、單向可調(diào)節(jié)資源。對(duì)于雙向互動(dòng)，主要是電能輸出功能負(fù)荷，涉及到儲(chǔ)能設(shè)備、電動(dòng)汽車、分布式電源等；針對(duì)單向可調(diào)節(jié)來(lái)說(shuō)，在用電功率上、運(yùn)行時(shí)間上，具備可控性純用電單元。④根據(jù)調(diào)節(jié)目標(biāo)，劃分為削峰型資源、填谷型資源。針對(duì)削峰型資源，可以在用電高峰期減少電力消費(fèi)量，改變過程中，不會(huì)涉及到高峰期以外時(shí)段；填谷型資源可以推遲高峰用電負(fù)荷，使其轉(zhuǎn)移到低谷時(shí)間段。

1.2 需求側(cè)響應(yīng)對(duì)新能源電力系統(tǒng)的作用

在新能源電力系統(tǒng)中，需求側(cè)響應(yīng)資源可以作為虛擬發(fā)電機(jī)組和常規(guī)電源參與到調(diào)度計(jì)劃中，同時(shí)為系統(tǒng)提供輔助服務(wù)，比如旋轉(zhuǎn)備用、調(diào)頻等。

按照不同調(diào)控機(jī)制與方法，需求側(cè)響應(yīng)對(duì)新能源電力運(yùn)行貢獻(xiàn)的差異較大，如表1所示。

表1 需求側(cè)響應(yīng)對(duì)新能源電力系統(tǒng)的貢獻(xiàn)作用

從表1可知，針對(duì)實(shí)時(shí)電價(jià)、分時(shí)電價(jià)、尖峰電價(jià)的需求側(cè)響應(yīng)項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，相關(guān)控制信號(hào)的控制周期為“小時(shí)級(jí)”，負(fù)荷不能按照新能源出力情況做出反應(yīng)，無(wú)法有效處理由于新能源發(fā)電短時(shí)波動(dòng)問題所造成的并網(wǎng)難度影響。在應(yīng)用實(shí)踐中，單一按照價(jià)格型需求側(cè)響應(yīng)維護(hù)新能源電力系統(tǒng)運(yùn)行安全性、高效性的難度大。與價(jià)格型需求側(cè)響應(yīng)相比，合同激勵(lì)型需求側(cè)響應(yīng)能源能夠促進(jìn)新能源發(fā)電大規(guī)模并網(wǎng)、高效運(yùn)行[3]。分析原因可知，激勵(lì)型需求側(cè)響應(yīng)能源是一種直控方式，能夠直接對(duì)用電活動(dòng)負(fù)荷予以管控，確保其可以快速、準(zhǔn)確響應(yīng)系統(tǒng)信號(hào)，追蹤匹配新能源出力。國(guó)家發(fā)改委開展了全國(guó)性用電工作，為未來(lái)實(shí)施經(jīng)濟(jì)激勵(lì)的需求側(cè)響應(yīng)供電奠定基礎(chǔ)，高效激勵(lì)需求側(cè)響應(yīng)能源實(shí)施。

1.3 需求側(cè)響應(yīng)技術(shù)

在新能源電力系統(tǒng)中，需求側(cè)響應(yīng)需要通過支持技術(shù)實(shí)現(xiàn)，包括智能控制技術(shù)、信息通信技術(shù)、高級(jí)量測(cè)技術(shù)等。

信息通信技術(shù)：信息通信是在連接系統(tǒng)間，利用模擬、數(shù)字信號(hào)調(diào)制手段，對(duì)不同信息實(shí)施電子傳輸?shù)募夹g(shù)。需求側(cè)響應(yīng)管理目標(biāo)應(yīng)當(dāng)通過遠(yuǎn)方通信方式支持。遠(yuǎn)方通信技術(shù)涉及到電力線載波、電力線寬帶手段、專用公共網(wǎng)絡(luò)、固定無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)等。

智能控制技術(shù)：智能控制技術(shù)可以確保需求側(cè)響應(yīng)在用戶側(cè)落實(shí)和執(zhí)行。典型控制設(shè)備，涉及到智能電器與插座、雙向智能表計(jì)、智能用電信息管理技術(shù)、智能用電終端。通過該類設(shè)備，系統(tǒng)運(yùn)行者對(duì)負(fù)荷控制、需求側(cè)響應(yīng)進(jìn)行集中化控制，確認(rèn)執(zhí)行效果。

高級(jí)量測(cè)技術(shù)：高級(jí)量測(cè)技術(shù)能夠?qū)τ脩粲秒娦畔⑦M(jìn)行測(cè)量、收集、存儲(chǔ)與應(yīng)用，屬于新型信息技術(shù)，組成包括量測(cè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡(luò)、智能電表、相關(guān)接口等。采用高級(jí)量測(cè)技術(shù)，電網(wǎng)企業(yè)能夠統(tǒng)一監(jiān)控和管理用電設(shè)備，用戶用電信息涉及到負(fù)荷控制信號(hào)、實(shí)時(shí)負(fù)荷數(shù)據(jù)、用戶服務(wù)信息等，可以實(shí)時(shí)采集分析，同時(shí)在電力企業(yè)和用戶間獲取雙向通信。利用指導(dǎo)用戶合理用電，能夠?qū)崿F(xiàn)電網(wǎng)與用戶互動(dòng)操作。

2 新能源電力系統(tǒng)的需求側(cè)響應(yīng)關(guān)鍵問題

2.1 綜合資源規(guī)劃技術(shù)

確保規(guī)劃策略科學(xué)性，能夠?qū)崿F(xiàn)需求側(cè)響應(yīng)效益。針對(duì)新能源電力系統(tǒng)，必須全面分析供應(yīng)側(cè)、需求側(cè)響應(yīng)資源，按照標(biāo)準(zhǔn)化策略，規(guī)劃綜合資源。在限制新能源發(fā)電規(guī)?；尤胫校姘l(fā)揮出需求側(cè)響應(yīng)效果。根據(jù)不同對(duì)象，可以劃分為需求側(cè)響應(yīng)獨(dú)立規(guī)劃、源網(wǎng)荷聯(lián)合規(guī)劃、源荷綜合規(guī)劃。在需求側(cè)響應(yīng)資源中，涉及到電動(dòng)汽車、可轉(zhuǎn)移負(fù)荷、暖通空調(diào)。

在研究中，建立多樣化優(yōu)化模型，求解需求側(cè)響應(yīng)設(shè)備、電網(wǎng)架構(gòu)、布設(shè)位置[4]。規(guī)劃目標(biāo)能夠降低總經(jīng)濟(jì)成本，全面提升能源利用率。按照研究結(jié)果顯示，在規(guī)劃決策中，深入分析需求側(cè)響應(yīng)管理影響，增加方案效益。需求側(cè)響應(yīng)對(duì)新能源發(fā)電貢獻(xiàn)大，并且和電網(wǎng)特點(diǎn)及位置相關(guān)。合理應(yīng)用不同負(fù)荷互補(bǔ)性，能夠增加規(guī)劃方案效益。引入需求側(cè)響應(yīng)，在建立模型時(shí)，注重分析系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。新能源電力系統(tǒng)具備雙側(cè)隨機(jī)特點(diǎn)，會(huì)加大模型求解難度。所以，針對(duì)不確定性優(yōu)化問題，注重算法求解，已經(jīng)成為重要問題。

2.2 發(fā)用電一體化調(diào)度技術(shù)

在智能電網(wǎng)體系下，需求側(cè)響應(yīng)負(fù)荷則為虛擬發(fā)電資源和常規(guī)電源均參與到調(diào)度計(jì)劃中。負(fù)荷效應(yīng)速度能夠豐富電力運(yùn)行效益，加強(qiáng)調(diào)節(jié)與控制效果，同時(shí)可以加強(qiáng)可再生能源消納能力，全面提升電力資源利用效率。在互動(dòng)模式下，注重用電一體化調(diào)度問題，現(xiàn)存研究非常多。

新能源電力系統(tǒng)中，發(fā)用電聯(lián)合調(diào)度，合理應(yīng)用高級(jí)能量管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，該系統(tǒng)按照各測(cè)量點(diǎn)，收集電氣參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)，對(duì)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中的電源、負(fù)荷、運(yùn)行形態(tài)進(jìn)行計(jì)算[5]。其中，電價(jià)模式引入動(dòng)態(tài)電價(jià)信號(hào)，削減用戶負(fù)荷；在執(zhí)行相關(guān)指令時(shí)，對(duì)用戶行為依賴較大，導(dǎo)致執(zhí)行強(qiáng)制性不足；電價(jià)模式為間接負(fù)荷調(diào)控模式，可以應(yīng)用到價(jià)格信號(hào)敏感用戶中；按照合同、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)模式，運(yùn)行者可以直接調(diào)控負(fù)荷。

2.3 協(xié)調(diào)優(yōu)化控制技術(shù)

在新能源電力系統(tǒng)中，需求側(cè)響應(yīng)資源能夠補(bǔ)充常規(guī)機(jī)組調(diào)節(jié)問題，參與到電網(wǎng)穩(wěn)定、調(diào)頻控制中。相比于集中調(diào)控方式，采用聚合接入方式，需求側(cè)響應(yīng)資源需要復(fù)雜控制技術(shù)。基于當(dāng)前發(fā)展，研究集中在單一需求側(cè)響應(yīng)資源，即優(yōu)化設(shè)計(jì)控制策略、協(xié)調(diào)配合需求側(cè)響應(yīng)資源。

針對(duì)控制策略設(shè)計(jì)，應(yīng)當(dāng)針對(duì)潛在需求側(cè)響應(yīng)資源、蓄熱、電動(dòng)汽車、電加熱、溫度控制負(fù)荷等方式，提出針對(duì)性控制策略。常用控制目標(biāo)能夠?qū)π履茉窗l(fā)電波動(dòng)進(jìn)行抑制，全面提升系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性、安全裕度。按照研究顯示，通過標(biāo)準(zhǔn)化調(diào)控策略，需求側(cè)響應(yīng)資源可以抑制發(fā)電波動(dòng)，加強(qiáng)應(yīng)對(duì)外部不確定能力。在部分情況下，依賴供應(yīng)側(cè)資源方案，具備顯著經(jīng)濟(jì)性。針對(duì)協(xié)調(diào)需求側(cè)響應(yīng)資源，按照不同類型需求側(cè)響應(yīng)資源互補(bǔ)性，比如基于負(fù)荷集成商角度，提出綜合利用混合動(dòng)力汽車，可控?zé)嶝?fù)荷、熱點(diǎn)聯(lián)產(chǎn)，提供輔助調(diào)頻控制法。

2.4 新需求側(cè)響應(yīng)效益評(píng)價(jià)

在新能源電力環(huán)境下，實(shí)行需求側(cè)響應(yīng)，可以為電力系統(tǒng)提供有效經(jīng)濟(jì)效益。針對(duì)電網(wǎng)企業(yè)，降低新發(fā)電并網(wǎng)不良影響，延緩擴(kuò)容建設(shè)需求，全面提升電網(wǎng)資源利用效率。針對(duì)發(fā)電企業(yè)，降低機(jī)組調(diào)峰成本，合理控制發(fā)電碳排放。針對(duì)用戶，參與需求側(cè)響應(yīng)，能夠降低用電支出，獲得高經(jīng)濟(jì)效益。針對(duì)全社會(huì)發(fā)展，源荷互動(dòng)能夠?qū)崿F(xiàn)新能源發(fā)電并網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)電能低碳化發(fā)展。注重分析電力系統(tǒng)需求側(cè)響應(yīng)效益，關(guān)注經(jīng)濟(jì)性問題，通過需求側(cè)響應(yīng)，深入分析和研究市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)效率問題。

2.5 市場(chǎng)化運(yùn)作機(jī)制

在新能源環(huán)境下，系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)不確定性非常多，不管是容量規(guī)模，還是多樣類型，都對(duì)需求側(cè)響應(yīng)提出嚴(yán)格要求。在現(xiàn)有基礎(chǔ)上，探索科學(xué)市場(chǎng)化運(yùn)作模式?，F(xiàn)階段，為了確保各方積極參與，學(xué)者提出金融模式的需求側(cè)響應(yīng)運(yùn)作。將實(shí)時(shí)電價(jià)作為基礎(chǔ)，按照用戶響應(yīng)方式，新能源發(fā)電匹配關(guān)系，優(yōu)化設(shè)計(jì)不同類型需求側(cè)響應(yīng)期權(quán)，對(duì)用戶進(jìn)行合理定價(jià)。提出上述機(jī)制，不僅能夠準(zhǔn)確評(píng)估需求側(cè)響應(yīng)市場(chǎng)價(jià)值，還可以降低用戶需求側(cè)響應(yīng)參與風(fēng)險(xiǎn)，全面提升參與積極性。從上述分析可知，智能電網(wǎng)、電力市場(chǎng)快速發(fā)展，出現(xiàn)多元化電力金融工具，市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)管理、需求側(cè)響應(yīng)商業(yè)化應(yīng)用，都可以發(fā)揮出顯著作用。

3 建議與展望

3.1 完善技術(shù)支撐體系

引入智能采集、量測(cè)技術(shù)，制定用電信息采集路線，全方位采集用戶用電信息，以此滿足不同業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，特別是數(shù)據(jù)共享、智能應(yīng)用需求等；注重調(diào)度控制技術(shù)升級(jí)，加強(qiáng)系統(tǒng)調(diào)度能力，注重軟件開發(fā)與升級(jí)；應(yīng)用智能設(shè)備控制技術(shù)，促進(jìn)用能設(shè)備控制技術(shù)、智能生產(chǎn)、智能建筑融合發(fā)展。

3.2 完善投資促進(jìn)機(jī)制，保障需求側(cè)響應(yīng)資源充裕性

針對(duì)新能源接入，系統(tǒng)要求需求側(cè)響應(yīng)資源，以此確保系統(tǒng)運(yùn)行可靠性與穩(wěn)定性。首先，建立投資促進(jìn)體，在新能源集中區(qū)域，針對(duì)新能源并網(wǎng)的需求側(cè)響應(yīng)項(xiàng)目，納入政府推進(jìn)方案，授權(quán)電力調(diào)度機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)實(shí)施需求側(cè)響應(yīng)項(xiàng)目，同時(shí)評(píng)價(jià)和考核實(shí)施效果。其次，建設(shè)投資補(bǔ)貼機(jī)制，通過基金方式，對(duì)新能源需求側(cè)響應(yīng)項(xiàng)目實(shí)行一次性投資補(bǔ)貼。最后，引入市場(chǎng)項(xiàng)目投資機(jī)制，通過合同能源管理方式，確保需求側(cè)響應(yīng)投資效果，同時(shí)建立風(fēng)險(xiǎn)、收益均攤機(jī)制。

3.3 完善經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償機(jī)制，加強(qiáng)用戶參與度

針對(duì)需求側(cè)響應(yīng)資源，應(yīng)當(dāng)提供輔助服務(wù)補(bǔ)償機(jī)制，以此調(diào)動(dòng)用戶參與度。首先，基于需求側(cè)響應(yīng)資源，建立分擔(dān)共享機(jī)制，適應(yīng)新能源、新服務(wù)要求，包括系統(tǒng)調(diào)峰、調(diào)頻等，優(yōu)化輔助服務(wù)考核機(jī)制、補(bǔ)償機(jī)制。其次，基于需求側(cè)響應(yīng)，建立輔助服務(wù)市場(chǎng)。對(duì)于新能源并網(wǎng)運(yùn)行特點(diǎn)，當(dāng)各項(xiàng)條件成熟時(shí)，建設(shè)供需雙向投標(biāo)輔助服務(wù)交易機(jī)制，采用市場(chǎng)化手段，掌握需求側(cè)響應(yīng)資源服務(wù)價(jià)值。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，針對(duì)虛擬可控資源，新能源電力系統(tǒng)運(yùn)行期間應(yīng)當(dāng)深入分析需求側(cè)響應(yīng)問題，克服新能源發(fā)電間歇性問題，提升新能源利用率，實(shí)現(xiàn)源荷互動(dòng)增效。在未來(lái)發(fā)展中，新能源電力將成為能源結(jié)構(gòu)重要組成。相比于傳統(tǒng)能源，新能源供給會(huì)受到自然環(huán)境影響，隨機(jī)性較強(qiáng)，無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。