隨著新型電力系統(tǒng)建設(shè)的推進(jìn)，電力需求側(cè)參與電網(wǎng)互動(dòng)的相關(guān)管理機(jī)制與技術(shù)手段建設(shè)成為焦點(diǎn)。尤其是近兩年來受到一次能源價(jià)格波動(dòng)和極端氣候的影響，國內(nèi)多個(gè)省份在迎峰度夏期間出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的限電，為新能源占比逐漸提升的新型電力系統(tǒng)供需平衡敲響了警鐘。
5月19日，國家發(fā)改委修訂發(fā)布了新版《電力需求側(cè)管理辦法(征求意見稿)》和《電力負(fù)荷管理辦法(征求意見稿)》，制定了更高的負(fù)荷控制范圍和能力目標(biāo)，提出了具體的管理要求和措施，引入了更多類型的市場主體和交易品種，以更加市場化的方式激勵(lì)用戶側(cè)參與電網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)。與此同時(shí)，國家電網(wǎng)、南方電網(wǎng)已布局開展電力負(fù)荷管理中心和新型負(fù)荷管理系統(tǒng)建設(shè)工作，并已具備一定規(guī)模的負(fù)荷柔性控制能力。截至目前，國內(nèi)多個(gè)省份陸續(xù)頒布了需求響應(yīng)、虛擬電廠相關(guān)交易規(guī)則，華北、西北等區(qū)域和廣東、浙江、江蘇、上海等省市已開展了用戶側(cè)主體參與需求響應(yīng)和調(diào)峰的具體實(shí)踐。大工業(yè)用戶、儲(chǔ)能、充電樁、通信基站等多類型資源通過為電網(wǎng)提供削峰或填谷服務(wù)獲得補(bǔ)償收益，諸多發(fā)電集團(tuán)和資源型、平臺型企業(yè)紛紛基于自身稟賦和優(yōu)勢開展虛擬電廠建設(shè)以搶獲先機(jī)。
諸多國家政策、地方實(shí)踐、電網(wǎng)規(guī)則、主體行為，不免讓人眼花繚亂。本文基于筆者團(tuán)隊(duì)近年來在負(fù)荷聚合與虛擬電廠建設(shè)運(yùn)營方面的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，嘗試?yán)迩逍滦碗娏ο到y(tǒng)建設(shè)背景下電力需求側(cè)管理機(jī)制與技術(shù)手段的協(xié)同關(guān)系，解析挖潛用戶側(cè)應(yīng)對供需平衡的核心問題。
需求側(cè)參與電網(wǎng)互動(dòng)的驅(qū)動(dòng)鏈條
當(dāng)前需求側(cè)管理的實(shí)踐仍以試點(diǎn)示范為主，真正走向常態(tài)運(yùn)行、成功論證商業(yè)模式并能夠讓負(fù)荷聚合商有持續(xù)穩(wěn)定盈利空間的案例仍不多見，用戶側(cè)資源的調(diào)節(jié)潛力還尚未被廣泛挖掘和發(fā)動(dòng)。究其根本，核心原因在于電網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)需求與用戶側(cè)資源稟賦的匹配與連接邏輯仍未理順：
一是在新型電力系統(tǒng)建設(shè)背景下，電網(wǎng)作為代理買方，到底需要什么樣的負(fù)荷調(diào)節(jié)能力?
二是種類繁多、特性各異的用戶側(cè)資源作為賣方，其調(diào)節(jié)能力有哪些評價(jià)維度、適應(yīng)哪些電網(wǎng)運(yùn)行場景?
三是如何設(shè)計(jì)交易體系實(shí)現(xiàn)不同尺度的電網(wǎng)需求和用戶側(cè)資源調(diào)節(jié)能力之間的合理匹配與價(jià)值激發(fā)?
下文將依次討論這三個(gè)問題，逐層分析需求側(cè)參與電網(wǎng)互動(dòng)的驅(qū)動(dòng)鏈條。
新型電力系統(tǒng)運(yùn)行對用戶側(cè)調(diào)節(jié)能力的需求
隨著新能源占比提升，電力系統(tǒng)供應(yīng)能力“看天吃飯”的現(xiàn)象將愈加嚴(yán)重，疊加國際形勢和一次能源價(jià)格波動(dòng)影響，電源側(cè)調(diào)節(jié)能力波動(dòng)性和不確定性都將大大增加，挖掘和儲(chǔ)備用戶側(cè)互動(dòng)調(diào)節(jié)能力是極具經(jīng)濟(jì)性的電網(wǎng)供需平衡保障手段，即電網(wǎng)企業(yè)作為代理買方，采購用戶側(cè)資源提供的調(diào)節(jié)服務(wù)。
新型電力系統(tǒng)運(yùn)行面臨不同時(shí)間尺度的平衡問題。由于氣象與人類活動(dòng)均具有年、日雙周期波動(dòng)性和隨機(jī)性特點(diǎn)，新型電力系統(tǒng)供需平衡也存在跨季/月長周期、跨日中周期、日前短周期、日內(nèi)超短期與實(shí)時(shí)平衡控制等不同時(shí)間尺度的矛盾，上述矛盾在電網(wǎng)調(diào)度現(xiàn)行管理方式下，體現(xiàn)為對年、月、周、日前、日內(nèi)和實(shí)時(shí)尺度下的發(fā)/用電調(diào)節(jié)能力需求。具體到用戶側(cè)而言：
一是年尺度下，需要負(fù)荷資源實(shí)現(xiàn)跨季節(jié)/跨月負(fù)荷靈活轉(zhuǎn)移，或在度夏度冬、新能源欠發(fā)期間長時(shí)間(可能長達(dá)數(shù)月)削減用電負(fù)荷的調(diào)節(jié)能力，以應(yīng)對緩慢但變化幅度大的可預(yù)見性電力需求變化，保障電力系統(tǒng)整體供應(yīng)的充裕度。
二是月/周尺度下，需要負(fù)荷資源實(shí)現(xiàn)跨周/多日負(fù)荷靈活轉(zhuǎn)移，在工作日/周末/節(jié)假日輪動(dòng)或新能源多日波動(dòng)期間隨電力系統(tǒng)平衡需求靈活增加或減少用電負(fù)荷的調(diào)節(jié)能力，以和火電、水電的多日調(diào)節(jié)能力形成補(bǔ)充，應(yīng)對臨時(shí)性的供需平衡矛盾。
三是日前/日內(nèi)尺度下，需要負(fù)荷資源實(shí)現(xiàn)跨小時(shí)級負(fù)荷轉(zhuǎn)移、削峰填谷，以彌補(bǔ)火電啟停靈活性短板和供應(yīng)能力不足，滿足電網(wǎng)日內(nèi)調(diào)峰與安全運(yùn)行控制需求。
四是實(shí)時(shí)尺度下，需要負(fù)荷資源提供分鐘級/秒級的上下調(diào)節(jié)能力，以滿足新能源大量接入后不斷上升的電網(wǎng)調(diào)頻需求。
用戶側(cè)參與調(diào)節(jié)應(yīng)當(dāng)由電網(wǎng)平衡的本質(zhì)需求作為根源驅(qū)動(dòng)，電網(wǎng)需求通過交易機(jī)制形成價(jià)格信號，進(jìn)一步由具備相應(yīng)調(diào)節(jié)能力稟賦和可接受的調(diào)節(jié)成本的負(fù)荷側(cè)資源進(jìn)行響應(yīng)，這個(gè)邏輯的核心是合理的經(jīng)濟(jì)激勵(lì)與合適的資源匹配。經(jīng)濟(jì)激勵(lì)的幅度來源于電網(wǎng)需求的迫切程度和負(fù)荷資源的可替代/競爭程度，而資源與需求的匹配程度一方面看稟賦、一方面看成本，經(jīng)濟(jì)激勵(lì)和資源匹配存在交織關(guān)系。電力用戶的主要任務(wù)是開展生產(chǎn)和服務(wù)，其用能曲線與生產(chǎn)過程和社會(huì)要素存在不同程度的耦合，導(dǎo)致負(fù)荷的調(diào)整將引發(fā)安全、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)成本或風(fēng)險(xiǎn)，需要通過供能形式、設(shè)備工藝或商業(yè)模式的升級進(jìn)行協(xié)調(diào)。當(dāng)經(jīng)濟(jì)回報(bào)高于協(xié)調(diào)成本時(shí)，用戶側(cè)的調(diào)節(jié)潛力才能被充分激發(fā)并形成可信賴的調(diào)節(jié)能力，持續(xù)滿足電網(wǎng)需求。
用戶側(cè)調(diào)節(jié)能力的評價(jià)維度和適用場景
用戶側(cè)資源種類繁多、特性各異，作為調(diào)節(jié)能力的賣方，不同類型的資源參與不同時(shí)間尺度的電網(wǎng)互動(dòng)，各有其先天的優(yōu)劣勢。為了更加清晰地審視各類用戶側(cè)資源與電網(wǎng)需求場景的匹配程度，有必要形成一套用戶側(cè)資源調(diào)節(jié)能力的評價(jià)體系，從不同維度對資源調(diào)整能力屬性進(jìn)行表征。
控制能力維度
首先應(yīng)關(guān)注的是用戶側(cè)用電設(shè)備的數(shù)字化基礎(chǔ)控制能力。
其一，根據(jù)功率控制的連續(xù)性，可分為曲線型和開關(guān)型。曲線型可實(shí)現(xiàn)一定功率區(qū)間內(nèi)的連續(xù)調(diào)節(jié)，可參與現(xiàn)貨、輔助服務(wù)等連續(xù)調(diào)節(jié)的交易品種;開關(guān)型通常通過回路、設(shè)備的投切實(shí)現(xiàn)功率的階梯式調(diào)節(jié)，適合參與需求響應(yīng)、可中斷負(fù)荷、調(diào)峰等功率需求相對恒定的交易品種。
其二，根據(jù)用電設(shè)備是否具備EMS/DCS系統(tǒng)，可分為自動(dòng)控制型和人工控制型。自動(dòng)控制型可根據(jù)功率控制指令自動(dòng)完成多級設(shè)備的關(guān)聯(lián)調(diào)控，控制難度較小;人工控制型必須借助人工操作各類開關(guān)或閥門，控制難度較大。
其三，根據(jù)EMS/DCS系統(tǒng)是否具備對外接口能力，可分為直接控制型和間接控制型。直接控制型可自動(dòng)通過接口接收控制指令并完成調(diào)節(jié)，響應(yīng)速度較快;間接控制型需通過人工中轉(zhuǎn)輸入指令，響應(yīng)速度較慢。
用戶側(cè)資源的基礎(chǔ)控制能力決定了其適合參與的互動(dòng)場景，控制自動(dòng)化程度越高，越適合參與控制型的交易品種(如現(xiàn)貨、輔助服務(wù))，否則僅適合參與邀約型交易品種。
技術(shù)參數(shù)維度
響應(yīng)能力技術(shù)參數(shù)是最為常見的評價(jià)維度，通常包括調(diào)節(jié)容量、持續(xù)時(shí)長、調(diào)節(jié)速率、響應(yīng)時(shí)間、調(diào)節(jié)精度等。這些參數(shù)從電網(wǎng)需求角度提出，描述的是負(fù)荷資源聚合后對外等值的結(jié)果。然而從聚合內(nèi)部看，除了需要關(guān)注各類分散對象的上述參數(shù)外，還需要考慮設(shè)備級的調(diào)節(jié)可靠性、功率連續(xù)性和恢復(fù)靈活性。
除典型參數(shù)外，調(diào)節(jié)可靠性、功率連續(xù)性和恢復(fù)靈活性不同，負(fù)荷資源適合參與的電網(wǎng)互動(dòng)場景也不同。簡單而言，調(diào)節(jié)可靠性越高、功率連續(xù)性越好、恢復(fù)靈活性越差，越適合參與控制型的交易品種(如現(xiàn)貨、輔助服務(wù)等);調(diào)節(jié)可靠性越低、功率連續(xù)性越差、恢復(fù)靈活性越強(qiáng)，越適合參與邀約型的交易品種(如日前、日內(nèi)需求響應(yīng))。
激勵(lì)方式維度
按照激勵(lì)方式不同，業(yè)界通常將需求側(cè)響應(yīng)分為基于價(jià)格和基于激勵(lì)兩大類。結(jié)合國內(nèi)的具體實(shí)踐擴(kuò)展來說，可分為以下幾種情況：
第一種是自主調(diào)節(jié)型：電力用戶用電成本占比較高，直接參與電力批發(fā)市場或與售電公司有較強(qiáng)的利益共享關(guān)系，電力批發(fā)市場價(jià)格信號能夠穿透至該用戶，使其有動(dòng)力自主根據(jù)電力現(xiàn)貨市場交易價(jià)格的波動(dòng)調(diào)整用電行為。
第二種是額外激勵(lì)型：電力用戶用電成本占比相對較高，但電力現(xiàn)貨市場價(jià)格峰谷差不足以彌補(bǔ)其調(diào)節(jié)成本、或者批發(fā)市場的價(jià)格信號無法穿透至該零售用戶，需要通過需求響應(yīng)、輔助服務(wù)等專門品種實(shí)施額外激勵(lì)。
第三種是保底控制型：在政策要求下與電網(wǎng)公司簽訂了需求響應(yīng)協(xié)議并接入新型負(fù)荷管理系統(tǒng)，以電力安全保供為核心目的，承諾提供高可靠性的負(fù)荷控制能力，可同步參與市場化交易品種并可能因具備電網(wǎng)直控能力而獲得響應(yīng)優(yōu)先權(quán)。
用戶側(cè)天然能夠參與自主調(diào)節(jié)型響應(yīng)，但激勵(lì)力度有限;通過額外激勵(lì)能夠進(jìn)一步挖掘用戶側(cè)調(diào)節(jié)能力，但實(shí)施效果仍無法保證。因此，在電力保供的首要目標(biāo)下，國家政策要求推進(jìn)新型負(fù)荷管理系統(tǒng)建設(shè)，形成最大用電負(fù)荷20%以上的保底控制能力。
分布特性維度
按照用戶側(cè)資源在地理空間上的分布廣度，可分為集中型、分散型兩類。
第一種是集中型：以大型工商業(yè)負(fù)荷為主，如園區(qū)、工廠、樓宇、能源站等。此類資源的優(yōu)勢是單體響應(yīng)能力強(qiáng)、控制可靠性高，劣勢是各個(gè)單體相對獨(dú)立、互補(bǔ)空間小、聚合接入的標(biāo)準(zhǔn)化程度較低。集中型資源的調(diào)節(jié)潛力空間巨大，是未來用戶側(cè)與電網(wǎng)互動(dòng)的主力。
第二種是分散型：具有廣域覆蓋屬性的分布式用電主體，如通信基站、加油站、充電樁、換電站(柜)等。此類資源通常單點(diǎn)用電量不大、調(diào)節(jié)能力有限，但是一個(gè)區(qū)域內(nèi)往往布點(diǎn)密集且同屬一家企業(yè)管理，可以實(shí)現(xiàn)規(guī)?；尤耄悦娴膬?yōu)勢彌補(bǔ)點(diǎn)的不足，是天然可聚合的分布式資源。
集中型、分散型資源所能提供的調(diào)節(jié)能力本身對電網(wǎng)而言沒有本質(zhì)區(qū)別，但其可實(shí)現(xiàn)的控制方式有決定性的差異。集中型資源單體大、數(shù)量小，電網(wǎng)可在資源側(cè)加裝終端接入新型負(fù)荷管理系統(tǒng)生產(chǎn)控制區(qū)，獲得高可信的監(jiān)測計(jì)量信息和高可靠的控制通路，在短期控制型交易場景中(現(xiàn)貨、輔助服務(wù))較有優(yōu)勢。分散型資源由于點(diǎn)多面廣，加裝專網(wǎng)終端成本巨大，通常由資源運(yùn)營方或負(fù)荷聚合商建設(shè)虛擬電廠平臺后，通過加密網(wǎng)關(guān)接入電網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)區(qū)再逐層穿透到生產(chǎn)控制區(qū)接收調(diào)度指令。平臺對接方式使得計(jì)量和控制可信度下降，且過長的通信鏈路將降低調(diào)控可靠性和響應(yīng)速度，使得此類資源在控制型交易場景中處于劣勢。
外因耦合維度
用戶側(cè)資源的主要任務(wù)是開展工業(yè)生產(chǎn)和商業(yè)服務(wù)，其用電行為的調(diào)整必然會(huì)對生產(chǎn)過程和社會(huì)要素產(chǎn)生影響。按照用戶側(cè)資源與外界因素的耦合程度，可分為以下幾種情況：
第一種是無耦合：相對獨(dú)立可控的供能設(shè)施與工商業(yè)生產(chǎn)生活耦合較小或無耦合，如分布式光伏、儲(chǔ)能、自備電廠等，可實(shí)現(xiàn)與網(wǎng)供電之間的靈活切換從而改變用戶關(guān)口負(fù)荷曲線，通常只影響經(jīng)濟(jì)成本，沒有安全和社會(huì)方面的成本或風(fēng)險(xiǎn)。
第二種是松耦合：生產(chǎn)工藝流程中存在儲(chǔ)電、儲(chǔ)氣、儲(chǔ)冷、儲(chǔ)熱、儲(chǔ)料環(huán)節(jié)，依靠中間存儲(chǔ)環(huán)節(jié)可在基本不改變輸出工況的前提下調(diào)整電力輸入，僅影響生產(chǎn)工序中的前后環(huán)節(jié)且影響程度較小、不易被感知，安全和社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)較小。
第三種是強(qiáng)耦合：電力負(fù)荷直接影響工業(yè)生產(chǎn)或商業(yè)服務(wù)質(zhì)量，通常不能實(shí)施干預(yù)或只能在有限的時(shí)空尺度下實(shí)施干預(yù)。
耦合程度越高，調(diào)節(jié)難度和可能發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)越大，負(fù)荷聚合商需要付出的調(diào)節(jié)成本就越高。
通過上述五個(gè)維度，可對用戶側(cè)資源的調(diào)節(jié)能力及其實(shí)現(xiàn)難度進(jìn)行評價(jià)。不同類型資源的調(diào)節(jié)成本、難度和可能引發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)差異較大，使其愿意參與電網(wǎng)互動(dòng)的價(jià)格激發(fā)門檻也有所區(qū)別。新型電力系統(tǒng)運(yùn)行對不同時(shí)間尺度調(diào)節(jié)能力的需求緊迫程度決定了價(jià)格信號，價(jià)格信號將引導(dǎo)調(diào)節(jié)成本、難度和風(fēng)險(xiǎn)合適的用戶側(cè)主體作為供給方積極參與，當(dāng)這兩者取得平衡時(shí)，就是用戶側(cè)互動(dòng)的理想和健康狀態(tài)。
用戶側(cè)參與電網(wǎng)互動(dòng)的交易體系
明確了電網(wǎng)的需求和用戶側(cè)資源的調(diào)節(jié)能力特征，剩余的任務(wù)就是匹配和激發(fā)。電網(wǎng)在不同時(shí)間尺度的需求、用戶側(cè)資源能夠提供的調(diào)節(jié)能力需要以不同的交易品種為載體進(jìn)行撮合和發(fā)現(xiàn)，從而構(gòu)建一個(gè)整體的交易體系。
從時(shí)間上看，用戶側(cè)互動(dòng)以日前、日內(nèi)的交易品種為主：
年尺度下，電網(wǎng)需要跨季/月的調(diào)峰能力。在這個(gè)尺度下，用戶側(cè)資源可發(fā)揮的能力空間十分有限，必須依賴集中式電源或儲(chǔ)能設(shè)施填補(bǔ)這一需求。在年度交易環(huán)節(jié)，應(yīng)主要考慮通過容量型交易品種為用戶側(cè)提供收益預(yù)期，激勵(lì)用戶側(cè)具備且保障提供所承諾的調(diào)節(jié)能力。
月/周尺度下，電網(wǎng)需要跨多日的調(diào)峰能力。部分具備儲(chǔ)料環(huán)節(jié)的工業(yè)負(fù)荷可具備一至兩周時(shí)長的負(fù)荷轉(zhuǎn)移能力，可通過電能量交易實(shí)現(xiàn)價(jià)差套利。除此以外，仍可通過月/周交易確定可中斷負(fù)荷備用容量。
日前/日內(nèi)尺度下，電網(wǎng)需要跨小時(shí)的調(diào)峰能力。大量用戶側(cè)資源適合提供小時(shí)級負(fù)荷轉(zhuǎn)移能力，根據(jù)其資源特性稟賦不同，可選擇參與日前日內(nèi)邀約需求響應(yīng)、現(xiàn)貨電能量、調(diào)峰輔助服務(wù)、備用輔助服務(wù)等交易品種。
實(shí)時(shí)控制尺度下，電網(wǎng)需要分鐘級/秒級的快速調(diào)節(jié)能力。僅有少量用戶側(cè)資源能夠滿足實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)性能要求，可參與調(diào)頻輔助服務(wù)市場。
從價(jià)值上看，用戶側(cè)資源可提供容量型、能量型、功率型調(diào)節(jié)服務(wù)：
容量型：在年、月、周、日尺度下提供調(diào)節(jié)能力的保障性承諾，獲得容量(備用)補(bǔ)償收益，并在實(shí)際調(diào)用時(shí)獲得調(diào)用收益。
能量型：日前、日內(nèi)參與電能量現(xiàn)貨市場、需求響應(yīng)、調(diào)峰輔助服務(wù)，獲得削峰填谷的自然收益或者額外補(bǔ)償。
功率型：實(shí)時(shí)提供調(diào)頻輔助服務(wù)，獲得容量與里程補(bǔ)償。
上述不同的交易品種存在協(xié)同配合關(guān)系，尤其是日前、日內(nèi)尺度下，用戶側(cè)資源可以通過電能量、需求響應(yīng)、調(diào)峰等多種交易品種出售調(diào)節(jié)能力，但不同交易品種核心定位有所區(qū)別，因而用戶側(cè)參與的管理和技術(shù)門檻也有所差異。在現(xiàn)貨市場限價(jià)嚴(yán)格的當(dāng)下，需要設(shè)置需求響應(yīng)和調(diào)峰輔助服務(wù)品種作為應(yīng)對高峰電力缺口和低谷新能源電力冗余的額外補(bǔ)貼手段。各省的削峰需求響應(yīng)補(bǔ)貼價(jià)格通常在1至5元/千瓦時(shí)之間，在迎峰度夏期可為電力保供起到較為有效的激勵(lì)作用。西北、華北調(diào)峰填谷補(bǔ)貼價(jià)格通常在0.2至0.5元/千瓦時(shí)之間，可在一定程度上促進(jìn)新能源消納。除了價(jià)格區(qū)間差異外，需求響應(yīng)、調(diào)峰輔助服務(wù)交易品種與電能量批發(fā)市場的一個(gè)重要區(qū)別是更為注重對零售用戶所提供的調(diào)節(jié)服務(wù)的直接采購和結(jié)算，負(fù)荷聚合商的權(quán)責(zé)利被明確界定出來甚至被壓縮在一定范圍內(nèi)。相對而言，電能量批發(fā)市場的價(jià)格信號穿透需要售電公司自行設(shè)計(jì)和實(shí)施商業(yè)模式，因此不容易達(dá)到理想的效果。
總之，由于用戶側(cè)資源構(gòu)成復(fù)雜，其潛力的挖掘必將經(jīng)歷一個(gè)較長的過程，但這一定是“雙碳”目標(biāo)和新型電力系統(tǒng)建設(shè)實(shí)踐道路上最有吸引力和想象空間的風(fēng)景之一。
本文刊載于《中國電力企業(yè)管理》2023年07期，作者系北京清能互聯(lián)科技有限公司 CTO
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