化石能源減少及氣候變化問題促使各國積極發(fā)展新能源電力, 未來新能源電力必將由當前的補充性能源快速發(fā)展, 并最終成為能源結構中的重要組成部分。在智能電網(wǎng)宏觀背景下, 一方面, 新能源的隨機性、不可控性特點, 對電力系統(tǒng)安全運行、可靠供電帶來挑戰(zhàn), 另一方面, 需求響應作為一類市場化運作手段, 能夠通過鼓勵電力用戶主動改變自身用電行為, 以克服新能源高滲透帶來的不確定性。那么, 如何考慮需求響應克服新能源發(fā)電間歇性問題? 哪些需求響應關鍵問題需要研究? 如何推動需求響應的應用? 成為了社會各界普遍關注的焦點。
1新能源電力系統(tǒng)特點
在智能電網(wǎng)宏觀背景下, 新能源與傳統(tǒng)能源不同, 其供給受自然環(huán)境影響, 具有很強的隨機性, 通常難以準確預測。當大規(guī)模新能源發(fā)電接入后, 上述特性將對電力系統(tǒng)的運行控制帶來顯著影響。本文“新能源電力系統(tǒng)”主要強調(diào)了電網(wǎng)對新能源的利用能力, 它區(qū)別于與傳統(tǒng)電力系統(tǒng), 具有以下特征:
(1) 雙側(cè)隨機性。在傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中, 規(guī)劃或運行決策僅主要考慮來自負荷的不確定性。然而, 在新能源電力系統(tǒng)中, 間歇性發(fā)電所占比重較高, 因此電力系統(tǒng)在供需雙側(cè)都呈現(xiàn)出顯著的隨機性特征。
(2) 不可控性。電力系統(tǒng)是一個受控設備眾多、分布廣泛、控制精度要求高、未知擾動多的復雜系統(tǒng)。新能源發(fā)電的進入使電力系統(tǒng)總發(fā)電單位數(shù)量大幅增長, 系統(tǒng)中可調(diào)度容量與可調(diào)度電力所占比例大幅度降低, 隨機擾動性進一步增強, 從而導致系統(tǒng)的可控性降低, 安全風險增大。
(3)整體性。新能源電力系統(tǒng)中, 隨著新能源發(fā)電比重的上升, 傳統(tǒng)電力系統(tǒng)“發(fā)輸配售用”的功能界限將逐漸趨于模糊。利用可控發(fā)電機組和需求響應技術應對新能源發(fā)電的隨機波動性, 可以形成多能源互補的協(xié)同機制, 實現(xiàn)源網(wǎng)荷多元協(xié)調(diào), 從而使得整個電力系統(tǒng)成為一個不可分割的整體。
(4)智能性。新能源電力系統(tǒng)的諸多環(huán)節(jié), 如新能源發(fā)電并網(wǎng)消納、電動汽車與儲能、需求響應等, 都需要建立在先進的網(wǎng)絡信息系統(tǒng)、智能控制與管理系統(tǒng)以及大數(shù)據(jù)處理、云計算等技術的基礎上。因此, 整個新能源電力系統(tǒng)表現(xiàn)出很強的智能性特征。
2需求側(cè)資源對新能源電力系統(tǒng)潛在貢獻
新能源電力系統(tǒng)中, 需求響應資源既可以作為一類虛擬發(fā)電機組與常規(guī)電源共同參與調(diào)度計劃, 同時也能夠為系統(tǒng)提供所需要的各種輔助服務, 如調(diào)頻、旋轉(zhuǎn)備用等?；诓煌恼{(diào)控機制及實現(xiàn)手段, 需求響應對于新能源電力系統(tǒng)運行的貢獻作用存在著顯著差異。
可以看到, 對于分時電價、實時電價和尖峰電價等價格型需求響應項目而言, 由于相關控制信號大多以“小時級”作為控制周期, 負荷無法及時根據(jù)新能源的出力情況做出響應, 因此對于解決因新能源發(fā)電短時劇烈波動造成的并網(wǎng)難問題的幫助不大。因此, 在實際應用中, 希望單純借助價格型需求響應來保障新能源電力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟、高效運行, 往往是十分困難的。
相比價格型需求響應, 基于合同的激勵型需求響應則在促進新能源發(fā)電大規(guī)模并網(wǎng)和高效運行方面顯露出更大潛力。主要原因是, 激勵型需求響應屬于一種直接控制方式, 通過直接管理負荷的用電活動使其能夠快速、可靠、精確地響應系統(tǒng)信號, 追蹤并匹配新能源出力。對我國而言, 近年來國家發(fā)改委經(jīng)濟運行局組織全國開展有序用電工作, 為未來實施基于經(jīng)濟激勵的需求響應創(chuàng)造了良好條件, 因此激勵型需求響應相對更易實施。
3關鍵技術分析
傳統(tǒng)意義上的電力系統(tǒng)(無論是否含有新能源發(fā)電)主要基于調(diào)控供應側(cè)資源追蹤負荷變化這一前提實施規(guī)劃調(diào)控。然而, 當原本“剛性”的需求側(cè)負荷轉(zhuǎn)變?yōu)橐活惪烧{(diào)控資源后, 其規(guī)?；瘧脤①x予電力系統(tǒng)規(guī)劃、運行、控制以全新內(nèi)涵。
1）兼容需求響應的綜合資源規(guī)劃技術
科學的規(guī)劃策略是確保需求響應效益能夠?qū)崿F(xiàn)的基礎和先決條件。按照涉及對象的不同, 規(guī)劃設計大致可分為需求側(cè)獨立規(guī)劃、源-荷聯(lián)合規(guī)劃以及源-網(wǎng)-荷聯(lián)合規(guī)劃3類。所考慮的需求響應資源包括電動汽車、暖通空調(diào)及可轉(zhuǎn)移負荷等?，F(xiàn)有研究成果表明, 在規(guī)劃決策中合理考慮需求側(cè)管理的影響有助于提高最終方案的總體效益; 同時, 需求響應對新能源發(fā)電的貢獻作用與其在電網(wǎng)中的位置及特性密切相關, 而充分利用不同負荷可調(diào)能力的互補性對于改善規(guī)劃方案的成本效益具有重要作用。
需求響應的引入使得規(guī)劃建模必須細致計及系統(tǒng)運行狀態(tài)的多樣性, 但由于新能源電力系統(tǒng)存在雙側(cè)隨機特性, 這將使模型在求解方面的難度大大增加。因此, 針對上述含不確定性優(yōu)化問題的高效求解算法同樣成為當前研究著重探討的相關課題。
2）需求側(cè)互動模式下發(fā)用電一體化調(diào)度技術
在新能源電力系統(tǒng)中, 需求響應負荷可作為“虛擬發(fā)電資源”與各類常規(guī)電源聯(lián)合參與調(diào)度計劃。針對供應側(cè)資源的調(diào)控與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)類似, 而需求側(cè)調(diào)控手段則可分為基于電價、基于合同及基于市場競價3種方式。
電價模式主要通過引入動態(tài)電價信號引導用戶進行負荷削減或轉(zhuǎn)移。由于對相關指令的執(zhí)行在一定程度上取決于用戶行為, 缺乏強制性, 因此電價模式屬于一種間接負荷調(diào)控方式, 大多用于對價格信號相對敏感的小型工商業(yè)或居民用戶。與此相比, 基于合同或市場競價的模式則賦予了系統(tǒng)運行者對負荷的直接調(diào)控權。二者的區(qū)別在于前者主要基于電力公司與用戶的雙邊合同, 而后者則是在統(tǒng)一的電力市場下通過競爭實現(xiàn)對負荷響應規(guī)則的約定。與電價模式相比, 上述負荷調(diào)控手段不易受外部市場環(huán)境的影響, 且便于實施, 因此更適用于大型工商業(yè)用戶。
3）需求側(cè)負荷的協(xié)調(diào)優(yōu)化控制技術
在新能源電力系統(tǒng)中, 需求響應資源可有效補充常規(guī)機組快速調(diào)節(jié)能力的不足, 并用于參與電網(wǎng)穩(wěn)定或調(diào)頻控制。與集中調(diào)控方式相比, 通過聚合方式接入的需求響應資源通常需要更為復雜的控制技術。從目前情況看, 該方面的研究主要集中在單一需求響應資源的控制策略設計以及多種需求響應資源的協(xié)調(diào)配合2個方面。
對于前者, 常用的控制目標包括平抑新能源發(fā)電波動、提高系統(tǒng)運行經(jīng)濟性或安全裕度等。相關研究表明, 借助合理的調(diào)控策略, 需求響應資源能夠有效平抑新能源發(fā)電波動, 提高系統(tǒng)應對外部不確定性的能力, 此外在一些情況下比依賴供應側(cè)資源的方案具有更好的經(jīng)濟性。對于后者, 主要面向關注不同類型需求響應資源之間的互補性及其蘊含的潛在效益。
4）需求響應的效益評價
在新能源電力系統(tǒng)環(huán)境下, 實施需求響應能夠為電力系統(tǒng)地各個環(huán)節(jié)帶來可觀的效益: 對于電網(wǎng)公司, 有效降低新發(fā)電并網(wǎng)帶來的不利影響, 延緩擴容建設需求, 同時改善電網(wǎng)資產(chǎn)利用率; 對于發(fā)電商, 可以降低機組的調(diào)峰成本和發(fā)電碳排放; 對于用戶, 通過參與需求響應可減少自身用電支出, 甚至獲得額外經(jīng)濟收益; 對于全社會, 源荷互動可促進新能源發(fā)電并網(wǎng), 推動實現(xiàn)真正意義上的電能低碳化。
5）需求響應的市場化運作機制
需求響應資源對于保障新能源電力系統(tǒng)安全、高效、經(jīng)濟運行具有重要作用, 而其大規(guī)模開發(fā)及推廣則需要借助完善的市場化運作機制才能實現(xiàn)。目前, 現(xiàn)有需求響應市場化運作機制主要包括基于價格與基于激勵2種類型。對于基于價格的市場化機制, 典型項目包括: 美國的實時電價機制、以及我國部分地區(qū)的分時電價機制等; 對于激勵型機制, 則種類繁多, 如英國的“能源企業(yè)義務”項目, 以及我國部分城市近期開始的“需求響應補貼”等, 其主要實施模式有基金發(fā)放、多邊補貼、電價回收等。
而在新能源電力系統(tǒng)中, 由于系統(tǒng)運行面臨更大不確定性, 因此無論從容量規(guī)?；蚱涠鄻有陨隙紝π枨箜憫岢龈咭蟆＿@就需要在現(xiàn)有基礎上, 探索更為新穎的市場化運作模式。目前, 為充分吸引各相關方積極參與, 有學者提出將期權等金融措施引入需求響應商業(yè)化運作。其基本模式是以實時電價為基礎, 針對用戶響應方式及其與新能源發(fā)電的匹配關系, 通過設計不同類型的需求響應期權, 從而實現(xiàn)對用戶實施需求響應策略的合理定價。上述機制的提出一方面有助于供電商對各類需求響應市場價值進行更加精確的評估, 另一方面由于能夠有效降低用戶參與需求響應面臨的收益風險, 從而有助于增加其參與的積極性。
4新能源電力系統(tǒng)背景下需求響應應用保障機制
1）健全技術支撐體系, 夯實支撐技術
一是引入智能化采集、量測技術。因地制宜制定用電信息采集技術發(fā)展路線, 實現(xiàn)對各類用戶用電信息采集的“全覆蓋、全采集”滿足不同業(yè)務應用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享和智能應用需求。二是升級調(diào)度控制技術,提升系統(tǒng)調(diào)度能力, 升級、開發(fā)相關軟件。三是引入用戶用能設備控制技術。推動用戶用能設備控制技術與智能工業(yè)生產(chǎn)、智能樓宇、智能家居等方面的融合。
2）建立投資促進機制, 確保需求響應資源充裕性
面對新能源的大規(guī)模接入, 系統(tǒng)需要充足的需求響應資源才能有效保證系統(tǒng)運行穩(wěn)定性和可靠性。一是建立投資促進工作體系。在新能源富集區(qū), 將針對新能源并網(wǎng)的需求響應項目優(yōu)先納入政府推進計劃, 授權電力調(diào)度機構負責需求響應項目的具體實施, 并對其實施效果進行評價和考核。二是建立投資補貼機制。以基金方式對針對新能源并網(wǎng)的需求響應項目進行一次性投資補貼。三是引入市場化項目投資機制。采用合同能源管理方式推動需求響應項目投資, 建立風險與收益雙方均攤機制。
3）完善經(jīng)濟補償機制, 提高用戶參與積極性
建立對需求響應資源提供輔助服務的補償機制, 充分調(diào)動用戶參與的積極性。一是建立涵蓋需求響應資源的輔助服務分擔共享機制。適應新能源并網(wǎng)條件下系統(tǒng)調(diào)峰、調(diào)頻等輔助服務新要求, 完善需求響應項目的輔助服務考核機制和補償機制。二是適時建立涵蓋需求響應資源的輔助服務市場。針對新能源并網(wǎng)運行特性, 在條件成熟時建立供需雙向投標的輔助服務交易機制, 通過市場化手段進一步發(fā)現(xiàn)各類需求響應資源的輔助服務價值。
原標題:新能源電力系統(tǒng)中需求響應若干關鍵問題
