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雙碳目標下適應新型電力系統建設的電力需求響應工作思考

來源:中國電力新聞網 時間:2021-07-06 10:02

雙碳目標下適應新型電力系統建設的電力需求響應工作思考

國網安徽省電力公司 朱劉柱

東南大學電力經濟及技術研究所所長 高賜威

  “3060”目標是我國對世界的莊嚴承諾,建設與之相適應的新型電力系統,成為未來相當長一段時間我國電力工業發展的主要目標,在此背景下,對電力需求側資源的充分利用將發揮關鍵作用。

充分挖掘需求側資源

是建設新型電力系統必然要求

  新能源為主體是新型電力系統的主要特徵,到2060年風電、光伏裝機容量佔比之和將達到約60%,其內涵不僅包括新能源發電機組發電容量增加,更包括對於新能源發電的系統化消納能力。風電、光伏等新能源發電出力的間歇性與電能供需的實時平衡特徵存在內在的矛盾。在傳統的電力系統中,供需的實時平衡要求主要通過發電側提供出力的靈活性來達到,是一種發電側對需求側波動性的響應。而間歇性新能源發電雖然帶來了發電量,但同時一方面增強了這種波動性,使得系統對於靈活性資源的需求大幅度提升,另一方面又擠佔了傳統能源發電的空間,進一步弱化了發電側的調節能力。如何解決靈活性資源供需雙重惡化的問題,是建設新型電力系統必須面對的關鍵問題。

  與此同時,很早我們就認識到,增強系統靈活性還可以從需求側着手,通過需求側管理改善負荷特性,挖掘需求側的調節能力,從而增強系統的供需實時平衡能力。因此在新時期,充分挖掘需求側資源已經成為建設新型電力系統的必然要求。

電力現貨市場將為需求側資源

挖掘創造良好的市場環境

  傳統的需求側管理工作相對簡單,用户在特定時段減少用電以應對高峯時段供應能力短缺。近年來,需求響應工作通過市場或者經濟的手段,促使用户主動改變用電行為,但是激勵力度的確定始終是一個困難問題。必須認識到,如要求需求響應匹配間歇性新能源的波動,則必然要求其提供短時間尺度的功率靈活性能力,從這個意義上而言,現貨市場的價值發現功能是不可或缺的。電力現貨市場產生的現貨價格,將為需求響應帶來明確的市場信號,對於一些系統所需的調節服務產品,需求側和發電側可以同台競價,通過明確的價格機制引導和調節供需關係。

  目前我國已有兩批計14個省份開展了電力現貨市場試點,現貨市場將產生豐富的市場價格信號,可作為實施電力需求側響應的價格基礎。

新型電力系統目標下開展需求響應的關鍵阻礙

  需求側資源藴藏在億萬用户的用電負荷中,具有總體規模龐大、單個體量小和市場主體眾多的特徵,無法像發電側資源一樣被直接調度。通過這些年需求側的工作,我們認識到需求側資源非常豐富,但是挖掘非常不易。目前需求響應工作遠談不上成功,具體的阻礙在於以下幾個方面:

  一是缺乏支撐需求響應工作的市場機制和成熟商業模式。首先,目前我國處於現貨市場試點階段,常態化的現貨市場運行還有待時日,更重要的是由於現貨市場交易實際上產生的是批發市場價格,如何將批發市場價格信號,不論是能量價格還是輔助服務價格,傳導到終端用户是一個關鍵的難點問題,換句話説,終端用户由售電公司代理,並不能直接接觸到現貨市場的實時價格,因此也無響應現貨市場價格變化的動力。西方國家的電力市場也存在同樣的問題,因此一些中間的代理機構應運而生,即負荷聚合商或者虛擬電廠,通過聚合分散的用户側資源,在電力市場中向電力系統出售其出力靈活性。而這些代理機構也需要一整套切實可行的商業模式,整合其所屬的用户側資源,一方面能夠從批發市場獲得相應的收益,另一方面可以組織用户側資源提供相應的電能產品或服務。

  二是電力用户響應能力不足。目前絕大部分用户仍然採用人工手動的方式響應價格或者激勵型的需求響應項目,對於用户的專業化知識要求較高。過去,有關需求響應的研究均從用户是否有收益角度出發,但是實際中,用户有可能根本沒有意識到有收益,而且人力成本極高,在一個家庭中你無法指望專門有一個家庭成員緊盯價格信號,時刻測算自身用電行為的收益情況,並作出調整。對於一個企業也很難想象專人根據實時電價隨時調整生產行為。如果考慮到生產安排調整需要預先時間,則還需要考慮對於電力市場價格的預測。通常來説,用户要有效參與需求響應,必須舉辦專業的生產負荷實時調整能力,電力市場價格預測能力。這種調整能力某種程度上來説,也意味着生產的安全風險和產品的質量風險。如果與電廠在電力系統中的作用相比,這其中的關鍵差異是電廠是專業的電能及輔助服務提供主體,可以安排專人專門來從事與此相關的事務,而用户側是用能主體,不具備專業的電力輔助服務提供能力,其並無義務和動力將服務電力系統作為其主要職責,即使有一定的經濟激勵,通常來説那也是其主營業務以外的額外收入,企業往往不是抱着一種專業化的心態來從事該項工作。

  三是用户響應意願存在顯著問題。目前很多的需求響應研究均基於理性經濟人假設,似乎只要能夠給用户帶來一點收益,用户都會進行相應的動作,但實際上,用户的參與成本除了我們已知的經濟成本以外,還包括知識成本、關注成本。比如一個家庭用户一個月的電費大概為一百元左右,一般對應的需求響應激勵不會太高,但是如果由此要求用户付出時刻關注,參與的代價是極為困難的。現在網絡生活佔用了人們大量的關注力,通信領域眼花繚亂的手機套餐已經讓用户不勝其煩,引入需求響應如需要人工干預,客觀上的確給用户增加了新的信息注入。對於工業企業而言,很多用户的電能費用在其總成本中佔比其實很有限,如果需求響應的引入需要讓用户覺得增加了大量的麻煩,且預期獲益不高,那麼必然造成用户響應意願低下。

開展適應新型電力系統建設的電力需求響應工作建議

  為了常態化開展需求響應,適應新型電力系統對於需求側資源的有效調用,應着力加強市場建設,提升用户實時參與電力系統運行的能力,實現需求響應資源的自動調用,筆者有以下幾個方面的建議:

  一是切實加強電力現貨市場建設,賦予電力輔助服務產品應有的市場價值,我們都認識到未來新型電力系統對靈活性資源的需要,那麼合理的市場設計就應當傳導出合理的價格信號,使得虛擬電廠、負荷聚合商以及電力用户開展需求響應能力建設時,能夠獲得合理的回報預期。

  二是切實加強用户側需求響應能力建設,研發和推廣用户內部的能源管理系統對內部能源進行主動管理,並實現其對電網需求的主動響應,具備對用户用能行為的自學習功能,在用户一次性授權的前提下自動與電網側進行後續需求響應交互。需求響應對於居民用户應該達到無感,不能以犧牲舒適性和方便性開展需求響應,常態化的需求響應如果以居民的舒適度和方便性作為代價是無法持續的,需求響應對於工商業企業應該達到自動化,參與實時調度平衡不可能時刻依賴人工的介入。

  三是鼓勵機制創新,通過發展虛擬電廠、負荷聚合商等新型市場主體,推動需求響應工作的順利開展,充分藉助互聯網、區塊鏈等技術應用,在線識別用户需求響應潛力,基於分佈式交易、委託代理等商業模式,形成萬眾參與供需良好互動的電力能源新業態。

  朱劉柱:從事電力規劃、電力市場專業工作20餘年。先後主持多項國家電網公司、國網安徽省電力公司科技項目,多個項目達到國內領先水平,具有深厚的理論功底、規劃設計經驗和電力市場政策研究經驗。相關成果獲省部級、國網公司級科技獎勵1項,省公司級科技獎勵一等獎2項、二等獎2項,三等獎及羣眾性創新獎3項。獲得國家授權發明專利2項、實用新型4項。在國內外科技期刊發表論文14篇,其中EI期刊及中文核心期刊7篇。主持和參與編寫國網安徽省電力公司企業標準、國網安徽省電力公司專業技術規程規範、管理規定十餘項。

  高賜威:教授,博士生導師,東南大學電力經濟及技術研究所所長,江蘇省青藍工程學術帶頭人,中國能源研究會電力發展改革30人論壇成員,IEEE senior member,IEC PC118中國國家委員會委員、全國電力需求側管理標委會委員,中國電機工程學會智慧用能與節電專委會委員、電力系統自動化專委會配用電自動化學科組委員。發表科技論文200餘篇,SCI/EI收錄150餘篇,其中三篇文章入選F5000中國精品科技期刊頂尖學術論文,一篇文章入選2018年度“中國百篇最具影響國內學術論文”。授權發明三十八項,許可轉讓兩項,參與編制能源互聯網、電力需求響應、智能用電信息交互相關國際國內標準編制,參編《中國電力大百科全書》電力需求側管理分支。所開設的“虛擬電廠建設運營關鍵技術與交易設計”課程,被定為由國家發改委經濟運行調節局組織的2020年全國電力需求側管理培訓項目設置的五門必選課之一,面向全國六萬多名需求側管理從業人員開設。

責任編輯:張媛媛  投稿郵箱:網上投稿