如何建立健全电力需求响应机制?
发布者:lzx | 来源:能源研究俱乐部 | 0评论 | 520查看 | 2019-07-23 09:12:48    

近年来,我国的需求响应市场建设和项目实践已取得一定进展。由于电改的深入、现货市场的建设、可再生能源并网需求等,对我国现行的需求响应机制提出了更高的要求。随着国网“三型两网”战略目标的推进,为了进一步提高电能利用效率以及电网运行性能,需要充分发挥出需求响应项目的作用。


考虑到目前实施的电力需求响应项目还存在电价引导作用有限、需求响应建设机制不健全等一系列问题,在一定程度上影响到市场主体的利益,使得主体参与需求响应的积极性不高。本文从我国需求响应项目的实施成效入手,评估了多方主体参与需求响应建设的驱动力和风险,简要表述对后期发展建设需求响应的一些建议。望给予相关方一些启发和借鉴。


一、我国需求响应的实践路径概述


电力需求响应,简称需求响应(demand response,DR)是指电力价格明显升高/降低或系统安全可靠性存在风险时,电力用户根据价格信号或激励措施,改变其用电行为,减少/增加用电,从而促进电力供需平衡、保障系统稳定运行的行为。


目前,我国大部分省份在电力需求响应工作方面正朝着以政府为主导、电网企业为实施主体、能源服务公司为中介、全社会共同参与的广泛需求响应商业运作模式的方向发展。在这个运作模式中,政府扮演着主导者的角色,它是全社会的责任主体和利益代表,可以公平客观地协调各个参与方的利益,通过制定相关的法律法规、监管体系和运行机制来推动需求响应的实施。


电网企业目前仍然是需求响应的实施主体,负责筛选用户并进行绝大多数需求响应设计和管理,通过与用户签订相关合同或协议,来共享需求响应项目的效益。能源服务公司等第三方机构协助政府和配合电网企业实施需求响应或自主开展需求响应项目,通过合同能源管理机制与用户分享相关效益。用户是需求响应的重要参与者,是终端节能节电的主体,是需求响应效果的主要实施者。


下文将从政府、电网公司、第三方等三个方面对于我国当前需求响应的实践路径进行梳理。


(一)政府引导


需求响应项目的实施涉及到市场多方主体,为了协调各方效益、保障电力市场安全稳定运行,需要政府发挥主导作用,在法制和政策等方面采取强有力的手段,通过政策规则制定和市场管理有效引导电力需求响应的实施,帮助项目参与各方规避风险。


政府主要是负责市场的监管,包括对电网公司制定的电价、激励等政策的审核和对用户的宣传引导,通过鼓励负荷聚合商、分布式能源发电商、分布式储能和电动汽车的发展,推动需求响应市场的活跃和技术的革新。政府在实施需求响应项目时主要考虑的是社会综合资源规划,一般从两个方面着手,一是出台相应的政策和规则为各种需求响应项目的运行提供一个有力环境,二是在政策上允许电网公司以财政激励手段去实施电力需求响应计划,


1.出台政策


2010年以来,我国政府陆续出台了《电力需求侧管理办法》《有序用电管理办法》《电力需求侧管理城市综合试点工作中央财政奖励资金管理暂行办法》等政策法规,各类管理办法详细说明了电力需求减少的算法、基线负荷算法等,明确说明了效果评估和补贴核发办法,为实施需求响应提供了必要的政策支持。


2.建立尖峰电价机制


为了进一步发挥价格杠杆作用,合理引导企业错峰用电,更好地调节电力供需,江苏省2015年试行了动态式季节性尖峰电价政策,当7月、8月日最高气温超过35℃时,选取上午和下午各1小时,对全省315千伏安及以上的大工业用户,实施在峰期电价的基础上每千瓦时加价0.1元的尖峰电价政策,其余月份保持不变。


政府通过出台相关的实施细则为具体项目实施提供了制度保障,通过建立尖峰电价机制来获得资金收入,为电力需求响应平台的搭建提供资金支撑,从而为电网企业具体的实践,如邀约、填谷提供激励。


(二)电力公司主导


1.需求响应项目具体实践


电力公司主导型需求响应实践经历了由大规模实践向实用化、精细化转变的过程。


为缓解持续高温带来的电网短时运行压力,电网公司利用经济手段激励用户自愿错峰避峰,增加电网柔性调峰能力,保障电网平稳运行和电力安全可靠供应。


为解决春节期间用电、用热矛盾,2018年天津市实施了国内首例市场化需求响应“填谷”项目,引导用户调整生产计划,增加谷段负荷,减少热电联产机组停机,解决电网负荷低导致热电联产机组关停的问题。


为了有效缓解分区的电力供应紧张状况,避免采取有序用电时,区域内用户正常用电的影响,江苏电网推进需求响应实用化、精细化管理,建立分级分区管理机制。将全省28个电网分区内不同响应特性用户的需求响应负荷资源与所在分区相匹配,实现了需求响应资源在分区电网的精准调度。


为有效缓解电网调峰等运行压力,保障新能源发电全额消纳,同年江苏电网开展大规模“填谷”需求响应试点。江苏“填谷”需求响应的实施是为了应对当前电网发展的新问题,即空调负荷快速增长等造成的电网峰谷差增大,风电、光伏发电等清洁能源的大规模并网等对电网平衡提出的更高要求,特别是春节、国庆等假期期间,负荷水平总体较低,火电机组停机容量较多,电网调峰能力不足。


综上,电网公司实施需求响应在缓解电力供需缺口的同时,逐步提升能源电力精细化管理水平和电网运行灵活性、促进清洁能源消纳等。


2.建立电力需求响应平台


为了实现电力需求响应工作全系统化、网络化的运行,江苏电力公司建设了电力需求响应平台。该平台是以有序用电智能决策系统为基础,涵盖需求响应用户申报、方案审核、用户签约、需求发起、效果评估与反馈、用户申诉与反馈、补贴核算等需求响应全过程,政府、电网企业、电能服务商、电力用户四方协同运行的业务平台。


3.建设源网荷友好互动系统


大规模源网荷友好互动系统的建设,不仅可化解特高压电网运行带来的风险,使大电网故障应急处理时间从分钟级缩短至毫秒级,还可为提前应对大面积停电事件提供专业手段和关键资源,将大面积停电消除在萌芽阶段。利用源网荷系统对负荷侧实施增减双向调控,能够克服清洁能源随机性、间歇性等不利因素的影响,实现电力供需短时和时段平衡。电力公司为了提高电网的运行安全性,积极参与源网荷友好互动等项目。


在江苏省经信委等政府相关部门指导下,江苏省电力公司试点建设了大规模源网荷友好互动系统,于2017年5月正式投入运行,并于当月24日在苏州对245户大用户开展了实切验证,实现精准切负荷26.68万千瓦,用户侧零误跳完成实切演练,充分验证了系统的可靠性及其友好互动性。


(三)售电公司、综合能源服务商等第三方积极参与


1.售电公司


售电公司将具备大规模的用户负荷资源,通过开展需求侧管理,可以实现售电等业务与需求侧响应的对接,充分利用需求侧的负荷资源来实现能源优化管理。


例如深圳广能售电公司,可提供能效及需求响应服务,通过智能电表、云数据采集平台对电力用户的用能设备进行实时监测与分析,获知设备的负荷特性,结合电网企业的价格或者激励信号做出合理建议。同时综合考虑能效、负载及发展规划,协助用户在能效、电力辅助服务市场等方面进行优化,实现电能的高效管理。


2.综合能源服务商


随着电热气等多种能源耦合的程度加深,需求响应不仅限于电力需求的调整,还涉及到多种能源类型之间的需求转换。综合能源服务商积极参与综合能源需求响应建设当中,例如利用电输送快、不易存储,热传输慢、易存储的特性,以热定电、以电定热等。通过能源之间相互替代,需求侧改变用能方式,从而起到移峰填谷的效果。我国大量能源服务商在综合能源领域开展了相关业务,并取得了一定的成效。


以2019年国家能源局在珠海投运的“互联网+”智慧能源示范项目为例,该项目涉及到多形态新型能源,如水、气、冷、热、光储等。凭借多能互补的能源供应与服务能力,利用多热源共网、蓄热蓄冷措施,弥补用电负荷调节对供热制冷的影响。另外,天合光能公司“发储配用云”能源物联网项目通过展开分布式能源、储能、充电桩、云平台等业务,建立了多个互联的分布式能源微网。通过微网间资源互济,更好地向电网提供调峰服务并实现了峰谷套利。


二、需求响应参与各方的驱动力和风险分析


我国现有需求响应项目的开展充分考虑了政府、电力公司、售电公司或综合能源服务商、电力用户等各参与方的诉求,平衡了各方需求及利益,建立了多方持续共赢的商业模式。结合我国电力市场的发展情况,分析需求响应项目实施对各参与主体的影响,有利于各主体明确自己在需求响应项目中定位及价值,从而调动各方参与积极性。


对于政府而言,鉴于需求响应项目的实施涉及到市场多方主体的利益,为了协调社会公平,维持交易的正常运行,需要政府发挥主导作用,在政策和法规等方面采取强有力的手段,监管市场各主体的行为以保证电力需求侧管理项目的有效进行。


对于电力公司而言,需求响应的引入,相当于引入了低成本、高潜力的可调度资源,从而提高调度的灵活性,减少高峰负荷时段的需求量,缩短峰谷差,保障电力供需平衡,减少事故发生次数,更好保障系统的安全稳定运行。例如实施的“填谷”项目有效缓解了电网调峰等运行压力。


对于售电公司或综合能源服务商等第三方公司而言,他们可以通过为用户提供专业的需求响应技术和高效的咨询服务来获得利润。凭借多能互补的能源供应与服务能力,利用多热源共网、蓄热蓄冷等措施,来协调各类型能源的使用情况。例如协鑫公司“源网售用云”项目,通过多能互补,有效提升区域内的能源使用效率,同时满足了用户的多种能源需求。


对于用户而言,参与需求响应既可以获得相应的资金补贴,也可以优化自身的用电特性,使得负荷预测准确度提高,进而获得更优质的电能供应。


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图:各主体的收益模式


随着能源互联网的发展以及电力市场化改革的推进,在“三型两网”的建设目标下市场主体面临着新的挑战。需求响应项目的推进中蕴藏着诸多风险因素,如供电侧出力波动性大、用电侧负荷预测偏差、线路堵塞、参与者未获得预期收益等等,因此正确识别风险、评估风险等级并采取相应的管理措施,是保证需求响应项目顺利实施的重要手段之一。


下文将重点针对电网公司、电力用户和能源服务公司这三个项目关键参与方分别进行风险分析。


(一)电网公司


需求响应项目的实施,一方面,电网公司会因为实施需求响应带来的用户用电量的削减而减少售电收益;另一方面,随着可再生能源消纳保障机制的实施,电网企业作为消纳义务承担者,会因为用户需求的调整,面临无法完成消纳义务的风险。


自《关于开展分布式发电市场化交易试点的通知》发布以来,分布式发电市场化交易引起了极大的关注。无论分布式发电采用的余电上网或全额上网模式,电网企业及电力调度机构需要负责平衡分布式发电与电力用户之间的电力电量,中小型分布式发电商出力的不确定性为需求侧管理带来了一定难度,增加了电网运营的成本。同时,随着需求响应的推广,用户侧会安装一些储能设备或分布式电源,当装设规模可观时,会影响电网公司的净负荷预测水平。这些波动性负荷给电网的运行调度增加了难度。


(二)售电公司、综合能源服务商等第三方


随着电改的推进,越来越多的售电公司加入到电力市场交易中,售电公司作为中间商,通过价格差来获得收益。由于负荷预测会产生偏差,而售电公司中长期交易合同购买的电量均为计划值,产生偏差电量无法避免。


鉴于目前尚未建立成熟的电力现货市场,采用偏差电量考核的举措来解决偏差电量的问题已成为各地电力市场交易规则中的一项基本政策,这也是影响售电公司利润的一个重要因素。售电公司在日前和实时市场中购买电量,并出售给电力用户,日前市场中的不平衡电量在实时市场中进行交易。由于实时市场电价波动性较大,售电公司如果在实时市场进行大量交易可能面临亏损的风险。在这种情况下,就要售电公司调用需求响应资源来协调配合,以减少因为偏差电量的损失。


售电公司、综合能源服务商等第三方公司需要承担对电力用户节能项目的投资成本,如果同时进行多个项目投资时,需要的资金流很大,而投资成本的回收需要一定的时间。此外,在对用户进行节能改造投资时,是通过合同能源管理机制与用户分享节能效益来开展需求响应项目。


由于节能量、需求响应量的认定比较困难,如果效果不被用户认可,会导致第三方公司的投资成本无法回收,影响其资金运作,使公司承担巨大的损失。因此,能源服务公司在推行需求响应项目过程中也面临较大的经营风险和投资回收风险。


另外,如果用户参与需求响应或者节能项目获得的收益低于预期,用户有可能选择不参与。因此售电商也可能面临着由于用户参与积极性不高,而无法实施需求响应的风险。


(三)电力用户


电力用户由于参与需求响应,对原有的用电计划进行了调整,会产生一定的负荷转移成本。用户需要重新安排工厂生产,有可能因此无法及时完成订单要求,使得其生产销售计划存有风险。电力用户也需要进行一部分的初始设备投资,例如采购高效低耗能的用电设备以及相应的运行维护费用。


此外,由于需求响应的实施,用户为满足自身的用电需求,会投资一些储能建设或者安装分布式电源,而这些设备成本的回收会受到国家政策的影响,例如,工商业电价下降,会导致储能设备的投资成本无法回收;可再生能源补贴的变化也会给用户带来一定的成本回收风险。因此,对于用户而言,还需要承受因为国家政策改变而设备成本无法回收的风险。


三、需求响应良好生态圈构建需关注的几个问题


(一)从短期运行角度,良好的价格引导机制非常关键


1.充分发挥市场机制作用,有效衔接批发市场与零售市场


以加州2000年的电力市场危机为例,其直接导火索就是市场机制不合理。由于批发市场的电价过高,售电公司太平洋电力无法回收成本而破产。因此,对于售电公司而言,购电价格由批发市场决定,售电市场由零售市场决定。


由于在我国用户的电价受到政府管制,如果这两个市场价格无法联动,售电公司会因为价差而承受较大的经济损失,而且零售电价无法反映出电力稀缺的状态,如果用户无法进行响应,会使得电网整体处于供电紧张,进而危及电网运行安全。另一方面,两个市场价格的有效联动,可以作为调节偏差电量的手段,例如,当售电公司在零售市场的售电量高于中长期合同的购电量时,如果批发市场价格较低,可以购买电量的缺额,或者是提高零售价格来调节用户需求。


2.设计合理的激励机制,明确激励机制中的补贴系数及标准


补贴系数及其标准的高低,不仅能够影响需求侧响应的稳定及响应活力,而且能够影响负荷集成商的服务质量及积极性。如果补贴标准偏高,既导致公共财政浪费,又吸引了过多的用户参与申请和筹备,导致一些不必要的资源投入;如果补贴标准偏低,用户申请达不到所需要的规模。因此建议针对电网、电力用户分别设计一些激励机制,例如对电网,设计一些补贴机制、奖励金机制、获利分享机制、收入与售电量分离机制;针对电力用户,设计折让激励、免费安装激励、签订合同奖励、电价激励。当信息化建设水平提高、用户参与意识提升、负荷集成商运营能力加强、市场化激励机制完善后,可通过一定的需求侧竞价,来确定补贴标准。


3.保证政策的连续性和稳定性


政府发布的政策可以为市场主体提供明确的投资信号。为了避免哄抬电力市场价格或者无规划的大规模集中投资,而造成电力市场运行失稳、某些参与方的利益受损等情况发生,政策要有一定的连续性。因此,为了培育一个良好的需求响应市场,需要针对需求响应在每一阶段的发展成效,综合考虑各方利益,合理制定政策以引导需求响应市场下一阶段的健康持续发展。


(二)挖掘需求响应更广泛空间的价值并针对性进行激励引导


随着能源需求以及节能环保的要求,以风力、光伏为主的可再生能源逐渐成为发电的重要来源。其较强的波动性与不确定性,可以借助灵活参与电力系统运行的需求响应资源来配合调节。


集中式可再生能源发电资源参与批发市场交易,消纳策略有:在主能量市场中,需求响应可以配合可再生能源出力进行移峰填谷,进而增加系统对可再生能源电力的消纳能力,减少弃风弃光;在辅助服务市场中需求响应可视为一种灵活性资源,提供调频、负荷跟踪、备用等服务,以应对可再生能源出力的波动性和不确定性,因此迫切需要在批发市场中引入超额可再生能源有偿消纳的效益分享机制,需求侧资源综合价值的评估机制或者针对资源灵活性调节能力的大小进行引导性定价,从而更充分激发用户的参与积极性。


针对分布式可再生电力上网问题,可以借助绿色证书来协助分布式电源与需求响应用户之间的交易。如果需求响应用户协助分布式能源发电商入网,建议发电商与响应用户分享绿证收益。用户获得一部分的绿色证书,会更积极地参与需求响应项目的建设,有助于消纳可再生能源。同时,考虑到分布式能源的地理位置分散、容量小等特性,可以考虑借助具有去中心化、可靠性高等优点的区块链技术,以智能合约的形式实现需求响应用户与分布式能源发电商之间的点对点交易,双方自行协商定价与补偿方式。


(三)建立健全需求侧管理项目运作管理体系


1.统一需求响应标准


在现阶段的需求响应试点项目中,由于缺乏统一的需求响应标准规范,各需求响应服务商的业务流程、基线负荷计算方式不同,需求响应产品制造商生产出的需求响应系统、终端等接口型式不一致,通信协议也大相径庭。这对需求响应业务监管、需求响应系统互联互通、需求响应产品检测认证等造成了极大影响。不仅无法提高需求响应业务的运行水平,也阻碍了需求响应业务的规模化发展。因此,需要从需求响应标准化入手,完善电力需求响应标准体系框架,从而推动需求响应项目的发展。


2.积极考虑负荷基线的设置及核准


一方面,需要设置合理的基线负荷,以避免出现根据电网公司发布的电价或激励机制,用户构造虚假基线负荷或者篡改历史记录以获取更多利益的“搭便车”情况。


另一方面,对于售电公司或者综合能源服务商而言,一般采用合同能源管理的方式进行需求响应、节能改造等工程的成本回收,但由于基线设置、效果核准等方面的机制不健全,有可能出现用户违约、不认可服务成效的情况,导致服务商无法回收成本。因此,可以参考PJM或加州电力市场,设置一个专门的第三方核准机构,对节能效果或者需求响应量进行认证,根据实际效果进行交易结算,以保障售电公司以及需求响应用户双方的权益。


(四)现货市场顶层设计时积极考虑需求响应的参与方式


我国进行了新一轮的电力体制改革。随着电力市场化改革逐步深入,中国的电力交易正逐渐从中长期交易向时间周期更短的现货交易发展。以广东为起步,目前已有多地开启了电力现货市场的建设与探索。


在中国建设电力现货市场的初期,对需求侧主体的市场意识培养和专业知识普及将经历一个较长的过程。在这一过渡阶段,为引导大用户与售电公司逐渐适应现货交易,现货市场中需求侧通常不参与申报或仅申报负荷需求而不申报价格曲线。浙江现货市场方案基本上是授权差价合约模式下的发电侧单边竞争。广东电力现货市场规则也已明确,现阶段按照“发电侧报量报价、用户侧报量不报价”的模式起步。在此背景下,如何提高用户参与需求响应建设的积极性,合理调控需求响应资源,保证电网可靠允许,是中国推进现货市场建设必须解决的问题。


1.建立与现有电力市场发展配套的容量市场


为了回收固定资产、吸引有效投资、提供引导信号、完善电力市场,应当配套建设容量市场或相应的容量费用补偿机制。允许需求响应资源参与容量市场竞价,签订需求响应协议,承诺在负荷削减时必须强制削减用电,如果违约将接受罚款。无论是否被调用,需求响应用户都会获得一个确定的容量收益。同时提供一个长期的稀缺电价信号,使得电力需求响应的提供者拥有长期回报,以保证容量的充裕性,提高电网可靠性。


2.鼓励第三方专业化需求响应实施机构以“负瓦”发电参与现货市场交易


考虑到单个用户缺乏需求响应方面的专业化知识,且不同的用户在不同的时间可能表现出不同的响应程度,单个用户的需求响应执行效果波动较大,可参考美国PJM地区建立以削减服务提供商(curtailment service provider,CSP)形式参与批发市场的需求响应机制。CSP是零散小用户参与需求响应交易的代理商,负责组织具有削减负荷潜力并愿意参与需求响应市场交易的电力用户以聚合的“负瓦”发电形式参加批发市场交易。通过CSP对不同用户的聚合,单个用户超额完成削减计划以及单个未完成削减计划的用户能够相互抵消,从而保证需求响应的执行效果更加稳定,有利于资源的统一调度。

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