曾鸣:以电力需求响应推动供给侧变革(北京案例)

时间:2016-01-08
来源:《中国电力企业管理》
专家:曾鸣
北京市是国家五个电力需求侧响应试点城市之一,通过实施电力需求响应试点将探索出一条市场化调节用电负荷、减小峰谷差的道路,从而倒逼供给侧变革,倒逼结构调整和发展方式转变,倒逼环境治理和能源服务管理水平提升。

要实现从无限满足电力需求走向有限(合理)满足电力需求思维的转变,改变依靠增加电力供应来满足需求增长的传统模式。把需求侧响应资源作为一种与供应侧对等的系统资源,不断开拓创新,将需求响应思维渗透到市场的每一个环节和每一个市场参与者,从而倒逼能源供给侧变革,倒逼能源部门转变发展方式,倒逼企业提升能源管理水平。

一直以来,在电力系统中,普遍将用电需求作为一种刚性需求。我国电力发展也基本遵循“扩张保供”的思路,单纯增加发电装机和输配电容量来满足日益增长的用电需求。当电力供求矛盾突出时,更多的是靠实施有序用电、负荷控制等行政手段来减少高峰用电负荷。随着全面深化体制改革的推进,还原电力产品的商品属性,发挥市场在资源配置中的决定性作用,将成为电力系统的新常态。电力需求响应就是“市场化手段+智能技术+互联网”在大系统范围内将电力供应与电力需求优化平衡、综合应用的一个新领域,采用市场化的方式给用户更多的权力,让其自主决定何时用电、用多少电。

电力需求响应是引导电力用户根据电力市场价格信号或激励措施,改变其用电行为,在系统高峰或者电力供应紧张时段减少用电,在低谷时段增加用电,从而促进电力供需平衡,保障电力系统稳定运行的行为。北京市是国家五个电力需求侧响应试点城市之一,通过实施电力需求响应试点将探索出一条市场化调节用电负荷、减小峰谷差的道路,从而倒逼供给侧变革,倒逼结构调整和发展方式转变,倒逼环境治理和能源服务管理水平提升。

电力需求响应是推动供给侧变革的重要手段

电力需求响应有助于电力供给侧发展方式的转变

受资源、环境、土地等因素的制约,北京市电网是典型的巨型受端电网,主要通过增加外埠送电来满足电力发展需求,电网建设难度不断加大,电网安全运行压力大。

京津冀协同发展战略、部署筹办2022年北京冬奥会、推动京津冀全面创新改革试验区建设等将为北京发展带来新的机遇,北京市国民经济将保持中高速增长。随着人民生活水平的不断提高,各种空调系统的应用日益广泛,电网降温负荷急剧增长,是夏季电网负荷屡创新高和电力紧缺的主要原因之一。冬季,北京电力负荷仍在不断增加,工作的复杂程度和协调难度超过夏季。北京冬夏电力“双高峰”将成为常态,尤其在出现极端天气时,电网安全可靠运行将受到严重威胁。

智能电网、智能小区、电动汽车及其充换电服务网络建设,以及分布式发电的发展和能源互联网的建设等新生事物将使电力负荷特性更加复杂。

为满足高峰用电负荷,确保电力供应充足和系统安全,主要是增加供应侧的调峰容量,依靠新建峰荷机组或者输配电容量来满足短暂的尖峰用电,但投资成本较大,且资产利用率较低。因此,我们要从根本上转变单纯依靠扩大规模满足电力需求的思路,要充分利用供需两侧资源。如果实施电力需求响应,减少用电高峰负荷,就能减少电力系统对发电容量的需求,降低峰谷差和电网运行成本,同时可提高系统可靠性,有利于充分利用系统的发、输及配电设备,延缓对新电厂、新输配电设施的需求,并降低由此引起的环境及土地侵占等问题。削减高峰用电是目前需求响应最为典型、最为广泛接受和认可的一种情形。

电力需求响应有助于电力供给结构的调整

能源消费和供给革命以及环保和低碳发展,要求我们必须将传统的化石能源供应体系逐步转变为清洁能源供应体系,能源供应思路也要由“有什么供应什么”转变为“什么好供应什么”。目前,风电和太阳能发电等可再生能源发电大规模并网对电力系统安全稳定和供需平衡提出了新的挑战,可再生能源发电的间歇性和不确定性,严重制约着大规??稍偕茉捶⒌绲牟⑼?。作为巨型受端电网,北京电网负有推动电力供给结构调整、消纳大规??稍偕茉吹木薮笤鹑?,通过试点,整合电力需求响应资源,进一步增加经济和环境效益。

削减高峰用电仅仅是电力需求响应的一种情况?!笆濉笔逼?,中国的机组容量比较宽松富余,开发电力需求响应资源更多的是为了做加法。随着电动汽车及其充换电服务网络的快速建设、蓄电池技术的日渐成熟、分布式发电的发展和能源互联网的建设,如果实施合理的价格或激励机制,引导电力用户在低谷时期多用电,这将是电力需求响应的一种重要应用情形。例如,大规模电动汽车的随机性接入、退出将给电网带来一定的冲击。但电动汽车的有序充放电可以作为一种灵活的需求响应资源,来弥补大规??稍偕茉捶⒌绲募湫院筒蝗范ㄐ?。一方面可以鼓励电动汽车用户自主选择或集中在电价较为低廉的平峰或低谷时段进行充电;另一方面,鼓励电动汽车充电站作为直接可控负荷,根据电网运行情况进行充放电。

电力需求响应有助于能源精细化管理水平的提升

电力需求响应资源的开发绝对不是简单的削峰填谷问题,而是关系着整个电力系统的优化、能源效率的提升。需求响应资源往往具有虚拟性、不确定性等特征。如果将需求响应资源变成可控负荷,将极大提高电力系统的稳定性和可靠性??梢酝ü汉杉缮汤创俳枨笙煊η绷ν诰?、保障负荷有效调整,促进需求响应工作的高效、可靠开展。负荷集成商将具备需求响应能力的电力用户集中在一起,协助用户实现计量改造,电力控制改造,数据采集,挖掘并评估需求响应潜力,制定响应策略,作为整体参与需求响应。实施需求响应将同时提高售电企业的精细化管理水平。通过信息交互系统以及大数据分析技术,售电企业可以实时掌握用户用电情况,针对不同电力消费群体的用能习惯进行分析,制定针对不同消费群体的个性化用电服务模式,并通过用户侧的智能自动控制设备,对不同用户的不同用电设备进行精细化管理控制,在不影响用户基本用电需求的同时,协调需求侧与供应侧的优化运行。

随着电力市场化改革、售电侧逐步放开,以及能源互联网建设的深入,还可以将电力需求响应的概念及内涵加以延伸。售电公司及负荷集成商逐步向综合能源服务方向发展,依托于大数据平台,为用户提供智能化、定制化的能源使用方案,促进用户提高自身的能源精细化管理水平,从而提高用户用能的合理性和能源使用效率。

实施电力需求响应推动供给侧变革的主要困难

2015年8月12日,北京电网负荷达到1843.7万千瓦的历史最高值。为缓解电网高峰运行压力,8月12日11~12时,北京市实施了首次全市范围内的电力需求响应工作,北京市发改委、北京节能环保中心组织17家负荷集成商、74家用户参与,提前24小时发布需求,实际削减电力负荷约7万千瓦,并临时组织大用户实施“提前30分钟通知”的需求响应,在12~13时累计削减负荷近3万千瓦。8月13日13时42分,北京电网负荷再次刷新记录,达到1856.6万千瓦,北京市再次执行需求响应,削减负荷约6.6万千瓦。

此次需求响应的成功实施,标志着北京市负荷管理由行政的有序用电手段向市场化的需求响应转变,实现了电力需求侧管理的重要突破,电力需求响应实施的意义大于目标的完成。但在实践中仍存在一些亟需解决的问题。

缺乏合理的激励机制

由于电力需求响应在我国还处于试点阶段,市场化不强,用户参与度比较低。电力需求响应是用户自愿性、自主性地对价格信号或者经济激励作出反应并相应地调整用电需求的行为。北京市已有的激励机制主要是节能补贴、差别性电价、阶梯电价、峰谷电价、尖峰电价和临时性减少高峰电力负荷奖励等机制。目前北京市现行的峰谷电价比不尽合理,尖峰低谷电价比不到4倍,国外的峰谷电价比一般为5~8倍,最高可达到9~10倍。没有合理的峰谷电价差距,用户节省的电费就不足以补偿其调整作息时间而产生的成本,很难激励电力用户改变其用电方式实现移峰填谷。

没有必要的计量、比较、补偿的技术和设施,电力用户无法对价格、激励和系统运营机构的指令作出合适的响应。这些设施的建设和升级的成本及投资需求巨大。但目前缺乏制定激励性补贴的市场化机制,补贴标准的给定难以进行科学的社会成本效益评估,用户参与积极性有待提高,尤其是负荷集成商的商业运营模式亟待建立。

电能精细化管理水平有待提高

目前电力用户更多的是知道电力消费总量,但对电力能源的具体分类使用情况了解不多,更不用说去具体分析哪些类型可以响应,响应了多少。因此,用电大户急需精确测量、收集、分析、运用电力实时消费数据,对生产性负荷的流程进行优化,以及非生产性负荷进行自动化改造,改变负荷特性,实施精细化的电能管理,主动开展需求响应,更合理地利用电能、减小能耗,实现成本效益的最大化。

电网企业目前拥有完善的双向电力负荷监控系统,在技术上完全可以实现在监控中心和用户侧实时记下电力需求侧发布的指令,以及需求侧响应的实时值,转向市场经济方式主动需求响应。但目前电网公司对负荷分析还是粗线条的,没有为用户提供用电诊断服务和负荷调整方案的积极性。

能源管理信息互联建设有待加强

科技的进步使各种计量、通信、预测、移动信息技术、智能电网及能源管理软件和硬件方面取得了长足的进步。目前已有需求侧管理平台、重点用能企业用电在线监测平台以及双向电力负荷监控系统,但这些能源信息管理平台并没有互联,用户实时用能数据不能共享。没有互联的能源信息管理平台,就无法为需求响应提供基础设施和精确、可靠的信息来源。具有转移负荷潜力的用户在激励机制不到位的情况下,不愿意参与需求响应,需求响应实施机构无法找出需求响应潜在资源,无法确定哪些企业适合参与需求响应,也就无法制定相关的政策引导需求。另一方面用户实时用能数据的缺失,也将使激励性需求响应的需求削减量较难计量和确认。例如,目前采用的峰谷分时电价、尖峰电价等价格机制虽然可以引导用户参与削峰填谷,但是在缓解尖峰负荷压力的过程中,需求侧的响应需要一段时间来完成,具有滞后性的弱点,无法精准地降低尖峰负荷。

实施电力需求响应推动供给侧变革的建议

转变思维方式,创新电力供需均衡新机制

要实现从无限满足电力需求走向有限(合理)满足电力需求思维的转变,改变只依靠增加电力供应来满足需求增长的传统模式。把需求侧响应资源作为一种与供应侧对等的系统资源,不断开拓创新,将需求响应思维渗透到市场的每一个环节和每一个市场参与者,从而倒逼能源供给侧变革,倒逼能源部门转变发展方式,倒逼企业提升能源管理水平。

一是完善现有的需求响应价格和激励机制,科学测算实施需求响应的成本效益,制定科学的激励负荷集成商和用户的奖励标准。推动可中断负荷电价、避峰电价、高可靠性电价等电价机制试点,通过机制建设,改变电力客户用电模式。

二是建立能源服务竞争激励机制,积极培育需求响应负荷集成商,鼓励能源服务公司积极参与多方竞争。能源服务公司的业务范围不仅包括降低用户能源消耗,还可扩展到提高用户能源利用效率、帮助电网企业平滑用户负荷曲线等业务上来。

三是开展激励售电机构对于用电需求引领机制的研究。售电侧放开后,售电公司为赢利,会千方百计增加售电量,进行电价竞争吸引用户。如何让新售电机构有义务为用户提高用电效率、优化用电模式、增加清洁能源消费比例,并且优化整个电力系统用电负荷曲线是一个重要的研究领域。

深挖潜力,提高电能精细化管理水平

从需求响应实施机构来看,需要挖掘可调控负荷潜力,找出哪些企业适合参与需求响应。对一些高能耗大工业负荷用户,通过签订可中断负荷合同,系统可根据调控需要直接控制其负荷的工作状态(正常用电或终止用电),同时给予用户一定的经济补偿。针对北京市服务业用电比例较高、可开发转移负荷能力“面广点散”的特点,需进一步发挥负荷集成商的服务优势,进一步调动负荷集成商和电力用户的积极性,充分集成用户需求响应资源,形成规?;枨笙煊δ芰?,建立一定规模的可调峰资源库。电动汽车充电站、电动汽车用户等新用电需求,需要在发展初期就制定规划,做到有序充电,发挥其可灵活调控负荷的优势。

从电力用户角度来看,需强化节能减排理念,加快企业用能监测控制系统的建设,精确测量、收集、分析、运用电力实时消费数据,根据价格信号和激励机制,实施精细化电能管理,随时调整用电设备工作状态。

从电网公司、负荷集成商和售电机构的角度来看,要强化综合能源服务意识,通过用户侧的智能自动控制设备,对不同用户的不同用电设备进行精细化管理控制,在不影响用户基本用电需求的同时,协调需求侧与供应侧的优化运行。同时,随着售电侧竞争的加剧,逐步提供定制化能源管理服务、设备维护服务、节能服务等增值服务。

构建全覆盖的能源信息网络和城市能源互联网综合监测与管理平台

第一步,整合互联网、分布式发电、智能电网等新兴技术,建立完善的实现需求响应的通信基础设施,开发功能全面、灵活的智能自动化仪表与负荷控制系统。

第二步,整合现有的需求侧管理平台、重点用能企业用电在线监测平台以及双向电力负荷监控系统,形成一个覆盖全网,适应分布式电源、电动汽车、储能等多元化接入需求,能够精确测量、收集、储存、分析、运用和传送用户用电数据、电价信息和系统运行状况的清洁、安全、便捷、有序的互动用电服务平台。

第三步,通过构建全覆盖的能源信息网络和城市能源互联网综合监测与管理平台,实现电网与分布式电源、储能、电动汽车等用户侧设备的广泛互联,以及与燃气、供热等多类型能源的协调运行,实现城市能源供给、消耗的统一监测、能效分析、梯次利用和协调管控。

注:1、2015年北京地区最大电力负荷为1856.6万千瓦。如遇持续高温高湿天气,空调降温负荷将大幅攀升,最大负荷可达1900万千瓦,极端天气下可达1980万千瓦。正常情况下,北京市外送通道可调用供电资源能力约为1200万千瓦,北京本地最大发电能力为800万千瓦,供需基本平衡,但局部时段个别地区在负荷高峰期存在一定缺口。

2、北京的电力高峰负荷,一年中基本上2%的尖峰负荷持续时间特别短,约10个小时,为此投入的建设和运行成本巨大,电力需求响应可减少此部分投资,提高整个电力系统的运行效率。

3、在国家发改委给北京市制定的电力需求响应的指标里,临时性转移负荷指标为15万千瓦。

4、基于价格的需求响应是指以价格作为激励手段,促使用户根据电价的变化调整用电量,包括分时电价、实时电价和尖峰电价等?;诩だ男枨笙煊χ感枨笙煊κ凳┗雇ü⒁恍┚眉だ虿钩セ?,来促使用户参与在电价较高或者系统可靠性受到影响时的负荷削减计划,包括直接负荷控制、可中断负荷、需求侧竞价、紧急需求响应和容量/辅助服务计划等。

5、对通过主动需求响应临时性减少的高峰电力负荷项目,按照响应时间(24小时、4小时、30分钟)签订合同,奖励标准分为3档,分别为:80元/千瓦、100元/千瓦、120元/千瓦。

6、美国实施分时电价的经验表明,峰谷价比达到8∶1可有效地把高峰负荷移至低谷,夏天高峰电量可降低24%。

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