需求側(cè)可調(diào)節(jié)資源分類及負(fù)荷聚合商功能探索

劉 行 劉 勇 蔣 磊 張藍(lán)宇

湖南電力交易中心 湖南長沙 410000

近年來，隨著國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和電能需求的日益增長，我國能源消耗量巨大，電力供應(yīng)時(shí)常偏緊，電力行業(yè)的節(jié)能減排同樣面臨壓力。國家發(fā)改委聯(lián)合國家能源局印發(fā)了《清潔能源消納行動計(jì)劃(2018—2020年)》，國網(wǎng)公司提出能源互聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略落地，將客戶側(cè)靈活資源參與電網(wǎng)高效互動作為其中一項(xiàng)重要舉措，要靈活應(yīng)用好需求側(cè)資源，把需求側(cè)響應(yīng)資源作為和供應(yīng)側(cè)資源平等對待，從需求響應(yīng)等角度促進(jìn)源網(wǎng)荷儲互動，積極推進(jìn)電力消費(fèi)方式變革。2021年，南方某省全社會用電量為2154.54億千瓦時(shí)，同比增長11.7%。“十四五”期間，我國用電仍將持續(xù)快速增長，電力供需保障形勢十分嚴(yán)峻，通過體量巨大需求側(cè)可調(diào)資源來緩解供需矛盾。由于需求側(cè)資源分布廣泛、離散，亟須對需求側(cè)資源進(jìn)行分類，并建立需求側(cè)可調(diào)節(jié)資源庫。負(fù)荷聚合商能高效整合分散的需求響應(yīng)資源，并代理需求側(cè)用戶參與中長期購電和需求響應(yīng)，有效緩解尖峰時(shí)段電力供需矛盾。

1 需求側(cè)可調(diào)節(jié)資源分類

1.1 基于行業(yè)可調(diào)節(jié)潛力的需求側(cè)資源分類

2021年南方某省工業(yè)用電量為1106.94億千瓦時(shí)，占比51.37%，是需求側(cè)可重點(diǎn)挖掘可調(diào)節(jié)潛力的對象。根據(jù)某省電力用戶606戶數(shù)據(jù)調(diào)查，需求側(cè)可調(diào)節(jié)資源主要集中于工業(yè)。其中排名前六的行業(yè)分別為：非金屬礦物制品業(yè)、金屬制品業(yè)、采礦業(yè)、有色金屬冶煉和壓延加工業(yè)、黑色金屬冶煉和壓延加工業(yè)以及化學(xué)原料和化學(xué)制品制造業(yè)。

圖1 需求側(cè)可調(diào)節(jié)資源行業(yè)分布圖

不同行業(yè)用戶用電設(shè)備種類眾多，其可調(diào)節(jié)潛力各不相同，根據(jù)用電設(shè)備停電或缺電所引起的損失程度，可將用戶的負(fù)荷重要性分為四個(gè)等級。安全保障負(fù)荷為Ⅰ級，如傳動設(shè)備、消防及治安用電設(shè)備；主要生產(chǎn)負(fù)荷為Ⅱ級，如電爐、水泥磨等；輔助生產(chǎn)性負(fù)荷為Ⅲ級，如風(fēng)機(jī)、制冷機(jī)組等；非生產(chǎn)性負(fù)荷為Ⅳ級，如照明、中央空調(diào)等。

對于工業(yè)用戶，安全保障負(fù)荷是斷電后將會發(fā)生危險(xiǎn)的負(fù)荷，其可調(diào)節(jié)潛力不在考慮范圍內(nèi)；主要生產(chǎn)負(fù)荷斷電后通常會對產(chǎn)量或生產(chǎn)設(shè)備造成影響，輔助生產(chǎn)負(fù)荷通常指生產(chǎn)線的輔助設(shè)備，這兩類負(fù)荷可以根據(jù)工藝特性及生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行調(diào)節(jié)或中斷；非生產(chǎn)負(fù)荷是除上述負(fù)荷外的負(fù)荷，原則上可以直接中斷；新興負(fù)荷主要包括電動汽車與用戶側(cè)儲能，屬于直控負(fù)荷，安全、響應(yīng)速度快、可操作性強(qiáng)，在尖峰負(fù)荷時(shí)段進(jìn)行調(diào)控，效果明顯。

根據(jù)各行業(yè)的生產(chǎn)特性和設(shè)備重要性等級，在保證生產(chǎn)安全和生產(chǎn)條件下，各行業(yè)綜合可調(diào)控負(fù)荷占比如表1所示。

表1 各行業(yè)負(fù)荷可調(diào)控資源

1.2 基于時(shí)間尺度的可調(diào)節(jié)潛力的需求側(cè)資源分類

基于不同生產(chǎn)設(shè)備的響應(yīng)時(shí)間尺度可對需求側(cè)資源進(jìn)行分類。Ⅰ級負(fù)荷響應(yīng)時(shí)間長且不可輕易中斷；Ⅱ級負(fù)荷在車間占比大，啟停會影響到車間生產(chǎn)率，響應(yīng)時(shí)間為小時(shí)級；Ⅲ級負(fù)荷響應(yīng)時(shí)間較短，為分鐘級；Ⅳ級負(fù)荷在工業(yè)車間占比較小，準(zhǔn)備和恢復(fù)時(shí)間可以達(dá)到秒級，可實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)響應(yīng)。

負(fù)荷按照響應(yīng)時(shí)間、實(shí)際調(diào)用持續(xù)時(shí)間等參數(shù)可以分為以下8類，每類負(fù)荷響應(yīng)能力和響應(yīng)速率不同，適于參加不同的需求響應(yīng)項(xiàng)目，具體如表2所示。

表2 基于時(shí)間尺度的可調(diào)節(jié)資源分類

2 面向需求側(cè)可調(diào)節(jié)資源負(fù)荷聚合商的市場和技術(shù)功能探索

負(fù)荷聚合商是在需求響應(yīng)發(fā)展背景下，售電公司通過需求響應(yīng)管理平臺注冊而成的新興服務(wù)企業(yè)，是參與需求側(cè)響應(yīng)的主體之一，可聚合3000千瓦及以上需求響應(yīng)資源，主要職責(zé)是作為中間代理商向電力交易中心提供聚合電力用戶的負(fù)荷曲線及其他信息，參與需求響應(yīng)競價(jià)交易并簽訂和履行各類交易合同。負(fù)荷聚合商在市場功能上提供電力銷售、配電運(yùn)營等服務(wù)，在技術(shù)功能上應(yīng)具備滿足負(fù)荷聚合及負(fù)荷控制的技術(shù)支持手段，可采集用戶全天96點(diǎn)負(fù)荷曲線，并實(shí)時(shí)接收系統(tǒng)指令，精準(zhǔn)調(diào)控負(fù)荷大小。

2.1 負(fù)荷聚合商的市場功能探索

電力批發(fā)年度交易市場中，負(fù)荷聚合商具有售電公司的職責(zé)，通過集中競價(jià)、雙邊協(xié)商等交易模式參與中長期年度交易，由交易中心進(jìn)行統(tǒng)一磋商和出清，公示負(fù)荷聚合商的中標(biāo)電量以及電價(jià)，并將中標(biāo)電量分解到月、日、時(shí)段。

電力批發(fā)月/旬/多日交易市場中，當(dāng)負(fù)荷聚合商在年度分解到月的電量的基礎(chǔ)上，通過管理可控負(fù)荷，上調(diào)月平均功率，增加用戶月度用電電量時(shí)，所管轄用戶的實(shí)際用電將大于年度合同分解到月的電量，負(fù)荷聚合商可作為售電公司，通過集中競價(jià)、雙邊協(xié)商等交易參與中長期月/旬/多日的電量交易購電。當(dāng)負(fù)荷聚合商在年度分解到月的電量的基礎(chǔ)上，通過管理可控負(fù)荷，下調(diào)月平均功率，減少用戶月度用電電量時(shí)，所管轄用戶的實(shí)際用電將小于年度合同分解到月的電量，負(fù)荷聚合商作為發(fā)電公司，通過集中競價(jià)、雙邊協(xié)商交易參與中長期月/旬/多日的電量交易售電。

在電力零售市場，負(fù)荷聚合商與電力用戶通過雙邊協(xié)商方式簽訂年/月/旬/多日售電合同以及需求響應(yīng)代理協(xié)議，按售電合同為用戶提供供電服務(wù)；按需求響應(yīng)代理協(xié)議，通過負(fù)荷聚合及控制系統(tǒng)組織并監(jiān)督用戶調(diào)整負(fù)荷，履行響應(yīng)職責(zé)。最后，負(fù)荷聚合商根據(jù)年/月/旬/多日的售電合同收取售電費(fèi)用，根據(jù)需求響應(yīng)代理協(xié)議收取參與可調(diào)控資源庫收益的15%。

圖2 負(fù)荷聚合商市場功能

2.2 負(fù)荷聚合商的技術(shù)功能探索——“云—邊—端”結(jié)合的調(diào)控平臺

需求側(cè)可調(diào)控資源具有分散性及多樣性等特征，在需求資源作用逐漸增大的情況下，把可調(diào)控資源納入電力系統(tǒng)調(diào)度框架并實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)。當(dāng)前對可調(diào)控資源一般采用集中控制方法，即電力系統(tǒng)出現(xiàn)頻率與電壓偏差時(shí)，由調(diào)度中心下發(fā)調(diào)度指令給每個(gè)負(fù)荷聚合商，然后由各個(gè)負(fù)荷聚合商對自身控制的可調(diào)控負(fù)荷進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度與控制。因此，負(fù)荷聚合商為了能隨時(shí)調(diào)度與控制其下各類可調(diào)負(fù)荷，需要在每一個(gè)用戶側(cè)安裝智能終端實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，能隨時(shí)監(jiān)測電網(wǎng)電壓與頻率變化，同時(shí)根據(jù)電網(wǎng)功率變化與系統(tǒng)控制指令做出負(fù)荷調(diào)節(jié)，如圖3所示。

圖3 “云—邊—端”結(jié)合的負(fù)荷聚合商優(yōu)化用能調(diào)控系統(tǒng)

負(fù)荷聚合商優(yōu)化用能調(diào)控系統(tǒng)采用先進(jìn)信息通信技術(shù)，采用“管”的先進(jìn)信息通信技術(shù)，接入“端側(cè)”多樣化用戶設(shè)備和控制裝置，應(yīng)用“邊緣計(jì)算”技術(shù)提升負(fù)荷用能優(yōu)化策略的智能化、自動化，與“云側(cè)”負(fù)荷聚合商系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)同，實(shí)現(xiàn)用能優(yōu)化數(shù)據(jù)流、能源流、業(yè)務(wù)流的協(xié)調(diào)互動。

結(jié)語

本文調(diào)研了某省2021年工業(yè)可調(diào)節(jié)資源各行業(yè)占比，根據(jù)用電設(shè)備停電或缺電所引起的損失程度，將用戶的負(fù)荷重要性分為四個(gè)等級，各行業(yè)生產(chǎn)設(shè)備以不同的重要性等級確定可調(diào)節(jié)負(fù)荷占比，再根據(jù)用電設(shè)備的響應(yīng)時(shí)間劃分不同時(shí)間尺度的可調(diào)節(jié)負(fù)荷資源；由于可調(diào)節(jié)資源具有分散性及多樣性等特征，引入負(fù)荷聚合商整合需求側(cè)資源，然后對負(fù)荷聚合商進(jìn)行界定，明確其市場功能和技術(shù)功能。