如何建立健全電力需求響應機制?
發布者:lzx | 來源:能源研究俱樂部 | 0評論 | 666查看 | 2019-07-23 09:12:48    

近年來,我國的需求響應市場建設和項目實踐已取得一定進展。由于電改的深入、現貨市場的建設、可再生能源并網需求等,對我國現行的需求響應機制提出了更高的要求。隨著國網“三型兩網”戰略目標的推進,為了進一步提高電能利用效率以及電網運行性能,需要充分發揮出需求響應項目的作用。


考慮到目前實施的電力需求響應項目還存在電價引導作用有限、需求響應建設機制不健全等一系列問題,在一定程度上影響到市場主體的利益,使得主體參與需求響應的積極性不高。本文從我國需求響應項目的實施成效入手,評估了多方主體參與需求響應建設的驅動力和風險,簡要表述對后期發展建設需求響應的一些建議。望給予相關方一些啟發和借鑒。


一、我國需求響應的實踐路徑概述


電力需求響應,簡稱需求響應(demand response,DR)是指電力價格明顯升高/降低或系統安全可靠性存在風險時,電力用戶根據價格信號或激勵措施,改變其用電行為,減少/增加用電,從而促進電力供需平衡、保障系統穩定運行的行為。


目前,我國大部分省份在電力需求響應工作方面正朝著以政府為主導、電網企業為實施主體、能源服務公司為中介、全社會共同參與的廣泛需求響應商業運作模式的方向發展。在這個運作模式中,政府扮演著主導者的角色,它是全社會的責任主體和利益代表,可以公平客觀地協調各個參與方的利益,通過制定相關的法律法規、監管體系和運行機制來推動需求響應的實施。


電網企業目前仍然是需求響應的實施主體,負責篩選用戶并進行絕大多數需求響應設計和管理,通過與用戶簽訂相關合同或協議,來共享需求響應項目的效益。能源服務公司等第三方機構協助政府和配合電網企業實施需求響應或自主開展需求響應項目,通過合同能源管理機制與用戶分享相關效益。用戶是需求響應的重要參與者,是終端節能節電的主體,是需求響應效果的主要實施者。


下文將從政府、電網公司、第三方等三個方面對于我國當前需求響應的實踐路徑進行梳理。


(一)政府引導


需求響應項目的實施涉及到市場多方主體,為了協調各方效益、保障電力市場安全穩定運行,需要政府發揮主導作用,在法制和政策等方面采取強有力的手段,通過政策規則制定和市場管理有效引導電力需求響應的實施,幫助項目參與各方規避風險。


政府主要是負責市場的監管,包括對電網公司制定的電價、激勵等政策的審核和對用戶的宣傳引導,通過鼓勵負荷聚合商、分布式能源發電商、分布式儲能和電動汽車的發展,推動需求響應市場的活躍和技術的革新。政府在實施需求響應項目時主要考慮的是社會綜合資源規劃,一般從兩個方面著手,一是出臺相應的政策和規則為各種需求響應項目的運行提供一個有力環境,二是在政策上允許電網公司以財政激勵手段去實施電力需求響應計劃,


1.出臺政策


2010年以來,我國政府陸續出臺了《電力需求側管理辦法》《有序用電管理辦法》《電力需求側管理城市綜合試點工作中央財政獎勵資金管理暫行辦法》等政策法規,各類管理辦法詳細說明了電力需求減少的算法、基線負荷算法等,明確說明了效果評估和補貼核發辦法,為實施需求響應提供了必要的政策支持。


2.建立尖峰電價機制


為了進一步發揮價格杠桿作用,合理引導企業錯峰用電,更好地調節電力供需,江蘇省2015年試行了動態式季節性尖峰電價政策,當7月、8月日最高氣溫超過35℃時,選取上午和下午各1小時,對全省315千伏安及以上的大工業用戶,實施在峰期電價的基礎上每千瓦時加價0.1元的尖峰電價政策,其余月份保持不變。


政府通過出臺相關的實施細則為具體項目實施提供了制度保障,通過建立尖峰電價機制來獲得資金收入,為電力需求響應平臺的搭建提供資金支撐,從而為電網企業具體的實踐,如邀約、填谷提供激勵。


(二)電力公司主導


1.需求響應項目具體實踐


電力公司主導型需求響應實踐經歷了由大規模實踐向實用化、精細化轉變的過程。


為緩解持續高溫帶來的電網短時運行壓力,電網公司利用經濟手段激勵用戶自愿錯峰避峰,增加電網柔性調峰能力,保障電網平穩運行和電力安全可靠供應。


為解決春節期間用電、用熱矛盾,2018年天津市實施了國內首例市場化需求響應“填谷”項目,引導用戶調整生產計劃,增加谷段負荷,減少熱電聯產機組停機,解決電網負荷低導致熱電聯產機組關停的問題。


為了有效緩解分區的電力供應緊張狀況,避免采取有序用電時,區域內用戶正常用電的影響,江蘇電網推進需求響應實用化、精細化管理,建立分級分區管理機制。將全省28個電網分區內不同響應特性用戶的需求響應負荷資源與所在分區相匹配,實現了需求響應資源在分區電網的精準調度。


為有效緩解電網調峰等運行壓力,保障新能源發電全額消納,同年江蘇電網開展大規模“填谷”需求響應試點。江蘇“填谷”需求響應的實施是為了應對當前電網發展的新問題,即空調負荷快速增長等造成的電網峰谷差增大,風電、光伏發電等清潔能源的大規模并網等對電網平衡提出的更高要求,特別是春節、國慶等假期期間,負荷水平總體較低,火電機組停機容量較多,電網調峰能力不足。


綜上,電網公司實施需求響應在緩解電力供需缺口的同時,逐步提升能源電力精細化管理水平和電網運行靈活性、促進清潔能源消納等。


2.建立電力需求響應平臺


為了實現電力需求響應工作全系統化、網絡化的運行,江蘇電力公司建設了電力需求響應平臺。該平臺是以有序用電智能決策系統為基礎,涵蓋需求響應用戶申報、方案審核、用戶簽約、需求發起、效果評估與反饋、用戶申訴與反饋、補貼核算等需求響應全過程,政府、電網企業、電能服務商、電力用戶四方協同運行的業務平臺。


3.建設源網荷友好互動系統


大規模源網荷友好互動系統的建設,不僅可化解特高壓電網運行帶來的風險,使大電網故障應急處理時間從分鐘級縮短至毫秒級,還可為提前應對大面積停電事件提供專業手段和關鍵資源,將大面積停電消除在萌芽階段。利用源網荷系統對負荷側實施增減雙向調控,能夠克服清潔能源隨機性、間歇性等不利因素的影響,實現電力供需短時和時段平衡。電力公司為了提高電網的運行安全性,積極參與源網荷友好互動等項目。


在江蘇省經信委等政府相關部門指導下,江蘇省電力公司試點建設了大規模源網荷友好互動系統,于2017年5月正式投入運行,并于當月24日在蘇州對245戶大用戶開展了實切驗證,實現精準切負荷26.68萬千瓦,用戶側零誤跳完成實切演練,充分驗證了系統的可靠性及其友好互動性。


(三)售電公司、綜合能源服務商等第三方積極參與


1.售電公司


售電公司將具備大規模的用戶負荷資源,通過開展需求側管理,可以實現售電等業務與需求側響應的對接,充分利用需求側的負荷資源來實現能源優化管理。


例如深圳廣能售電公司,可提供能效及需求響應服務,通過智能電表、云數據采集平臺對電力用戶的用能設備進行實時監測與分析,獲知設備的負荷特性,結合電網企業的價格或者激勵信號做出合理建議。同時綜合考慮能效、負載及發展規劃,協助用戶在能效、電力輔助服務市場等方面進行優化,實現電能的高效管理。


2.綜合能源服務商


隨著電熱氣等多種能源耦合的程度加深,需求響應不僅限于電力需求的調整,還涉及到多種能源類型之間的需求轉換。綜合能源服務商積極參與綜合能源需求響應建設當中,例如利用電輸送快、不易存儲,熱傳輸慢、易存儲的特性,以熱定電、以電定熱等。通過能源之間相互替代,需求側改變用能方式,從而起到移峰填谷的效果。我國大量能源服務商在綜合能源領域開展了相關業務,并取得了一定的成效。


以2019年國家能源局在珠海投運的“互聯網+”智慧能源示范項目為例,該項目涉及到多形態新型能源,如水、氣、冷、熱、光儲等。憑借多能互補的能源供應與服務能力,利用多熱源共網、蓄熱蓄冷措施,彌補用電負荷調節對供熱制冷的影響。另外,天合光能公司“發儲配用云”能源物聯網項目通過展開分布式能源、儲能、充電樁、云平臺等業務,建立了多個互聯的分布式能源微網。通過微網間資源互濟,更好地向電網提供調峰服務并實現了峰谷套利。


二、需求響應參與各方的驅動力和風險分析


我國現有需求響應項目的開展充分考慮了政府、電力公司、售電公司或綜合能源服務商、電力用戶等各參與方的訴求,平衡了各方需求及利益,建立了多方持續共贏的商業模式。結合我國電力市場的發展情況,分析需求響應項目實施對各參與主體的影響,有利于各主體明確自己在需求響應項目中定位及價值,從而調動各方參與積極性。


對于政府而言,鑒于需求響應項目的實施涉及到市場多方主體的利益,為了協調社會公平,維持交易的正常運行,需要政府發揮主導作用,在政策和法規等方面采取強有力的手段,監管市場各主體的行為以保證電力需求側管理項目的有效進行。


對于電力公司而言,需求響應的引入,相當于引入了低成本、高潛力的可調度資源,從而提高調度的靈活性,減少高峰負荷時段的需求量,縮短峰谷差,保障電力供需平衡,減少事故發生次數,更好保障系統的安全穩定運行。例如實施的“填谷”項目有效緩解了電網調峰等運行壓力。


對于售電公司或綜合能源服務商等第三方公司而言,他們可以通過為用戶提供專業的需求響應技術和高效的咨詢服務來獲得利潤。憑借多能互補的能源供應與服務能力,利用多熱源共網、蓄熱蓄冷等措施,來協調各類型能源的使用情況。例如協鑫公司“源網售用云”項目,通過多能互補,有效提升區域內的能源使用效率,同時滿足了用戶的多種能源需求。


對于用戶而言,參與需求響應既可以獲得相應的資金補貼,也可以優化自身的用電特性,使得負荷預測準確度提高,進而獲得更優質的電能供應。


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圖:各主體的收益模式


隨著能源互聯網的發展以及電力市場化改革的推進,在“三型兩網”的建設目標下市場主體面臨著新的挑戰。需求響應項目的推進中蘊藏著諸多風險因素,如供電側出力波動性大、用電側負荷預測偏差、線路堵塞、參與者未獲得預期收益等等,因此正確識別風險、評估風險等級并采取相應的管理措施,是保證需求響應項目順利實施的重要手段之一。


下文將重點針對電網公司、電力用戶和能源服務公司這三個項目關鍵參與方分別進行風險分析。


(一)電網公司


需求響應項目的實施,一方面,電網公司會因為實施需求響應帶來的用戶用電量的削減而減少售電收益;另一方面,隨著可再生能源消納保障機制的實施,電網企業作為消納義務承擔者,會因為用戶需求的調整,面臨無法完成消納義務的風險。


自《關于開展分布式發電市場化交易試點的通知》發布以來,分布式發電市場化交易引起了極大的關注。無論分布式發電采用的余電上網或全額上網模式,電網企業及電力調度機構需要負責平衡分布式發電與電力用戶之間的電力電量,中小型分布式發電商出力的不確定性為需求側管理帶來了一定難度,增加了電網運營的成本。同時,隨著需求響應的推廣,用戶側會安裝一些儲能設備或分布式電源,當裝設規模可觀時,會影響電網公司的凈負荷預測水平。這些波動性負荷給電網的運行調度增加了難度。


(二)售電公司、綜合能源服務商等第三方


隨著電改的推進,越來越多的售電公司加入到電力市場交易中,售電公司作為中間商,通過價格差來獲得收益。由于負荷預測會產生偏差,而售電公司中長期交易合同購買的電量均為計劃值,產生偏差電量無法避免。


鑒于目前尚未建立成熟的電力現貨市場,采用偏差電量考核的舉措來解決偏差電量的問題已成為各地電力市場交易規則中的一項基本政策,這也是影響售電公司利潤的一個重要因素。售電公司在日前和實時市場中購買電量,并出售給電力用戶,日前市場中的不平衡電量在實時市場中進行交易。由于實時市場電價波動性較大,售電公司如果在實時市場進行大量交易可能面臨虧損的風險。在這種情況下,就要售電公司調用需求響應資源來協調配合,以減少因為偏差電量的損失。


售電公司、綜合能源服務商等第三方公司需要承擔對電力用戶節能項目的投資成本,如果同時進行多個項目投資時,需要的資金流很大,而投資成本的回收需要一定的時間。此外,在對用戶進行節能改造投資時,是通過合同能源管理機制與用戶分享節能效益來開展需求響應項目。


由于節能量、需求響應量的認定比較困難,如果效果不被用戶認可,會導致第三方公司的投資成本無法回收,影響其資金運作,使公司承擔巨大的損失。因此,能源服務公司在推行需求響應項目過程中也面臨較大的經營風險和投資回收風險。


另外,如果用戶參與需求響應或者節能項目獲得的收益低于預期,用戶有可能選擇不參與。因此售電商也可能面臨著由于用戶參與積極性不高,而無法實施需求響應的風險。


(三)電力用戶


電力用戶由于參與需求響應,對原有的用電計劃進行了調整,會產生一定的負荷轉移成本。用戶需要重新安排工廠生產,有可能因此無法及時完成訂單要求,使得其生產銷售計劃存有風險。電力用戶也需要進行一部分的初始設備投資,例如采購高效低耗能的用電設備以及相應的運行維護費用。


此外,由于需求響應的實施,用戶為滿足自身的用電需求,會投資一些儲能建設或者安裝分布式電源,而這些設備成本的回收會受到國家政策的影響,例如,工商業電價下降,會導致儲能設備的投資成本無法回收;可再生能源補貼的變化也會給用戶帶來一定的成本回收風險。因此,對于用戶而言,還需要承受因為國家政策改變而設備成本無法回收的風險。


三、需求響應良好生態圈構建需關注的幾個問題


(一)從短期運行角度,良好的價格引導機制非常關鍵


1.充分發揮市場機制作用,有效銜接批發市場與零售市場


以加州2000年的電力市場危機為例,其直接導火索就是市場機制不合理。由于批發市場的電價過高,售電公司太平洋電力無法回收成本而破產。因此,對于售電公司而言,購電價格由批發市場決定,售電市場由零售市場決定。


由于在我國用戶的電價受到政府管制,如果這兩個市場價格無法聯動,售電公司會因為價差而承受較大的經濟損失,而且零售電價無法反映出電力稀缺的狀態,如果用戶無法進行響應,會使得電網整體處于供電緊張,進而危及電網運行安全。另一方面,兩個市場價格的有效聯動,可以作為調節偏差電量的手段,例如,當售電公司在零售市場的售電量高于中長期合同的購電量時,如果批發市場價格較低,可以購買電量的缺額,或者是提高零售價格來調節用戶需求。


2.設計合理的激勵機制,明確激勵機制中的補貼系數及標準


補貼系數及其標準的高低,不僅能夠影響需求側響應的穩定及響應活力,而且能夠影響負荷集成商的服務質量及積極性。如果補貼標準偏高,既導致公共財政浪費,又吸引了過多的用戶參與申請和籌備,導致一些不必要的資源投入;如果補貼標準偏低,用戶申請達不到所需要的規模。因此建議針對電網、電力用戶分別設計一些激勵機制,例如對電網,設計一些補貼機制、獎勵金機制、獲利分享機制、收入與售電量分離機制;針對電力用戶,設計折讓激勵、免費安裝激勵、簽訂合同獎勵、電價激勵。當信息化建設水平提高、用戶參與意識提升、負荷集成商運營能力加強、市場化激勵機制完善后,可通過一定的需求側競價,來確定補貼標準。


3.保證政策的連續性和穩定性


政府發布的政策可以為市場主體提供明確的投資信號。為了避免哄抬電力市場價格或者無規劃的大規模集中投資,而造成電力市場運行失穩、某些參與方的利益受損等情況發生,政策要有一定的連續性。因此,為了培育一個良好的需求響應市場,需要針對需求響應在每一階段的發展成效,綜合考慮各方利益,合理制定政策以引導需求響應市場下一階段的健康持續發展。


(二)挖掘需求響應更廣泛空間的價值并針對性進行激勵引導


隨著能源需求以及節能環保的要求,以風力、光伏為主的可再生能源逐漸成為發電的重要來源。其較強的波動性與不確定性,可以借助靈活參與電力系統運行的需求響應資源來配合調節。


集中式可再生能源發電資源參與批發市場交易,消納策略有:在主能量市場中,需求響應可以配合可再生能源出力進行移峰填谷,進而增加系統對可再生能源電力的消納能力,減少棄風棄光;在輔助服務市場中需求響應可視為一種靈活性資源,提供調頻、負荷跟蹤、備用等服務,以應對可再生能源出力的波動性和不確定性,因此迫切需要在批發市場中引入超額可再生能源有償消納的效益分享機制,需求側資源綜合價值的評估機制或者針對資源靈活性調節能力的大小進行引導性定價,從而更充分激發用戶的參與積極性。


針對分布式可再生電力上網問題,可以借助綠色證書來協助分布式電源與需求響應用戶之間的交易。如果需求響應用戶協助分布式能源發電商入網,建議發電商與響應用戶分享綠證收益。用戶獲得一部分的綠色證書,會更積極地參與需求響應項目的建設,有助于消納可再生能源。同時,考慮到分布式能源的地理位置分散、容量小等特性,可以考慮借助具有去中心化、可靠性高等優點的區塊鏈技術,以智能合約的形式實現需求響應用戶與分布式能源發電商之間的點對點交易,雙方自行協商定價與補償方式。


(三)建立健全需求側管理項目運作管理體系


1.統一需求響應標準


在現階段的需求響應試點項目中,由于缺乏統一的需求響應標準規范,各需求響應服務商的業務流程、基線負荷計算方式不同,需求響應產品制造商生產出的需求響應系統、終端等接口型式不一致,通信協議也大相徑庭。這對需求響應業務監管、需求響應系統互聯互通、需求響應產品檢測認證等造成了極大影響。不僅無法提高需求響應業務的運行水平,也阻礙了需求響應業務的規模化發展。因此,需要從需求響應標準化入手,完善電力需求響應標準體系框架,從而推動需求響應項目的發展。


2.積極考慮負荷基線的設置及核準


一方面,需要設置合理的基線負荷,以避免出現根據電網公司發布的電價或激勵機制,用戶構造虛假基線負荷或者篡改歷史記錄以獲取更多利益的“搭便車”情況。


另一方面,對于售電公司或者綜合能源服務商而言,一般采用合同能源管理的方式進行需求響應、節能改造等工程的成本回收,但由于基線設置、效果核準等方面的機制不健全,有可能出現用戶違約、不認可服務成效的情況,導致服務商無法回收成本。因此,可以參考PJM或加州電力市場,設置一個專門的第三方核準機構,對節能效果或者需求響應量進行認證,根據實際效果進行交易結算,以保障售電公司以及需求響應用戶雙方的權益。


(四)現貨市場頂層設計時積極考慮需求響應的參與方式


我國進行了新一輪的電力體制改革。隨著電力市場化改革逐步深入,中國的電力交易正逐漸從中長期交易向時間周期更短的現貨交易發展。以廣東為起步,目前已有多地開啟了電力現貨市場的建設與探索。


在中國建設電力現貨市場的初期,對需求側主體的市場意識培養和專業知識普及將經歷一個較長的過程。在這一過渡階段,為引導大用戶與售電公司逐漸適應現貨交易,現貨市場中需求側通常不參與申報或僅申報負荷需求而不申報價格曲線。浙江現貨市場方案基本上是授權差價合約模式下的發電側單邊競爭。廣東電力現貨市場規則也已明確,現階段按照“發電側報量報價、用戶側報量不報價”的模式起步。在此背景下,如何提高用戶參與需求響應建設的積極性,合理調控需求響應資源,保證電網可靠允許,是中國推進現貨市場建設必須解決的問題。


1.建立與現有電力市場發展配套的容量市場


為了回收固定資產、吸引有效投資、提供引導信號、完善電力市場,應當配套建設容量市場或相應的容量費用補償機制。允許需求響應資源參與容量市場競價,簽訂需求響應協議,承諾在負荷削減時必須強制削減用電,如果違約將接受罰款。無論是否被調用,需求響應用戶都會獲得一個確定的容量收益。同時提供一個長期的稀缺電價信號,使得電力需求響應的提供者擁有長期回報,以保證容量的充裕性,提高電網可靠性。


2.鼓勵第三方專業化需求響應實施機構以“負瓦”發電參與現貨市場交易


考慮到單個用戶缺乏需求響應方面的專業化知識,且不同的用戶在不同的時間可能表現出不同的響應程度,單個用戶的需求響應執行效果波動較大,可參考美國PJM地區建立以削減服務提供商(curtailment service provider,CSP)形式參與批發市場的需求響應機制。CSP是零散小用戶參與需求響應交易的代理商,負責組織具有削減負荷潛力并愿意參與需求響應市場交易的電力用戶以聚合的“負瓦”發電形式參加批發市場交易。通過CSP對不同用戶的聚合,單個用戶超額完成削減計劃以及單個未完成削減計劃的用戶能夠相互抵消,從而保證需求響應的執行效果更加穩定,有利于資源的統一調度。

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