需求响应介绍

第六节 需 求 响 应 需求响应是电力需求侧管理（Demand Side Management，DSM）在电力市场中的最新发展。智能电网可以促进需求响应的实施，为进一步深化电力市场改革与推进市场建设提供有力的技术支持。本节主要介绍了需求响应、自动需求响应、能效电厂等关键技术，并简要介绍电力需求侧管理的基本概念与作用。 一、电力需求侧管理概述 （一）基本概念 电力需求侧管理是指在政府法规和政策的支持下， 采取有效的激励和引导措施以及适宜的运作方式，通过电网公司、能源服务公司、电力用户等共同协力，提高终端用电效率和改变用电方式， 在满足同样用电功能的同时减少电量消耗和电力需求， 为达到节约资源和保护环境，实现社会效益最优、各方受益、成本最低的能源服务所进行的管理活动。 电力需求侧管理包括提高能效、负荷管理和能源替代、余能回收及新能源发电；而实施电力需求侧管理可采取多种手段，概括起来主要有技术手段、经济手段、引导手段、行政手段四种。 （二）主要作用 第一，激励电力用户参与电网调峰，减少电网安全运行压力，平衡电网负荷，引导用户科学、合理用电。 通过价格杠杆，调动电力用户主动参与电网调峰，减轻电网运行压力，平衡电网负荷。如峰谷电价、可中断负荷补偿电价等价格手段，为用户提供了对用电方式进行选择的机制，即用户可以选择在用电高峰期继续用电（辅以较高的电价） ，也可选择在高峰期中断部分用电，以获得电费支出的降低。因此，这种机制可以引导用户根据自己的生产特点和要求选择用电方式，使其更加科学、合理的用电。同时，电力也带来了电网高峰负荷降低、负荷曲线平稳。 第二，实现电力资源以及社会资源的优化配置，促进电力工业的可持续发展。 电力需求侧管理是综合资源规划的重要组成部分。 它通过对用户的用电方式进行合理的引导，减少或推迟了发电机组的投资，实现了整个电力系统资源以及社会资源的优化配置，从而保证了电力工业的可持续发展。 （三）实施方案 美国电气电子工程师协会（Institute of Electrical and Electronics Engineers，IEEE）的电力需求侧管理委员会提出如下实施方案： 1. 供方（供电部门） （1）控制电力系统设备，如电压调节、控制功率因数等。 （2）为用户提供最有效地利用电能的技术咨询。 （3）推行激励电价，如分时电价、分季电价、地区电价、可中断电价等。 （4）充分利用分布式电源，如光伏发电、风力发电、小水电等。 2. 需方（用户侧） （1）控制需方设备，如家用和商用空调机交替运转控制、投切和设定控制温度，商用和产业用冷冻机设定控制温度和交替运转控制， 家用和商用热水器投切控制， 水泵投切控制和定时起动，暖房交替运转控制、投切和设定控制温度，对非指定负荷设置需量控制器，对连续作业负荷进行经济运行调节。 （2） 提高用户设备效率，如提高热泵的使用效率， 建筑隔热， 推广节电器具和节电方法。 （3）需方储能，如储电、蓄冷、蓄热等。 二、需求响应 （一）基本概念 电力需求侧管理具有双重任务，一是建立 DSM 的长效机制，即 DSM 措施中长期改变负荷特性和节约电力的行为和机制；二是建立 DSM 的短期负荷响应行为和市场机制，即建立需求响应。 需求响应是指当电力市场批发现货价格升高或系统可靠性受到威胁时， 电力用户响应供电企业电价等经济激励政策， 引导用户调整用电方式， 转移部分电力负荷到电网低谷时段的以确保电网电力平衡的运作机制。 （二）问题的提出 电力商品的实时平衡和不可存储等特性决定了电力市场并不是理想的完全竞争市场。 在大多数情况下，配（供）电公司从批发市场购电为它的终端客户需求服务。然而，被冻结的零售价格可能导致它们处于由批发价格上涨造成的极大的风险中， 正如已经发生

的加州电力危机。基于这个背景，世界上如美国、英国、澳大利亚等许多国家的电力市场纷纷开始建立基于市场的需求响应计划。 21 世纪初，美国为应对加州电力危机创立了需求响应，并为需求响应创立了电力市场下的需求侧竞价。 随着世界各国国情的不同以及实际情况的变化， 越来越多且越来越合理的电力需求响应机制将会应时而生。 （三）需求响应分类 根据美国能源部的研究报告，按照需求侧（终端用户）针对市场价格信号或激励机制作出响应并改变正常电力消费模式的市场参与行为， 需求响应项目可以分为基于价格和基于激励两类。 1. 基于价格的需求响应 基于价格的需求响应是指用户根据收到的价格信号，包括分时电价（Time of UsePricing，TOU） 、实时电价（Real Time Pricing，RTP）、尖峰电价（Critical Peak Pricing，CPP）等，相应地调整电力需求。 （1）分时电价响应（TOU） 。价格机制是市场机制的核心。电价的形成机制与电价的结构体系决定了电力市场的公平竞争和高效运行。 分时电价是整个电价体系中的一种类型， 是电力需求侧管理的一项重要手段， 近年来得到了广泛的研究和应用。 分时电价响应是电力需求响应的雏形， 也是最普及、最成熟的一种。 常见的分时电价有峰谷分时电价、 季节性电价、丰枯电价等。 分时电价按系统运行状况， 将一天 24h 划分为若干时段，每个时段按系统运行的平均边际成本收取电费，一般将电力需求高的时段设定为高电价，而在其他时段采用优惠的电价，并期望用户响应，改变其需求模式，一定程度上反映了电能的供给成本，有利于引导用户合理用电，移峰填谷，改善负荷曲线，提高电网负荷率。 （2）实时电价响应（RTP） 。实时电价概念最早是由美国麻省理工学院（MIT）的 6 位学者在 1980 年提出的。实时电价是一个理想化的、在空间展开的瞬时动态电价，它要求几乎瞬时在电网的各处使电价和成本相匹配。 理论上实时电价是随着系统的运行状况变化而不断更新模缂鄣母轮芷谠蕉蹋嚼诘缂鄹芨俗饔玫某浞址⒒樱嚼谙低尘眯б娴娜〉茫?但同时对技术支持的要求也越高。 实施实时电价是在电力市场引入需求侧竞争的最直接的方式。用户是实时电价的接受者，根据电价决定电力消费量，避免了电价变化带来的风险，但也带来了安装通信和控制装置等实施成本增加的问题。 由于分时电价的时段划分和费率都是提前设定且在比较长的时期内固定的， 设计分时电价对批发价格曲线的预测， 以及对用户价格弹性研究的要求非常高， 且无法及时应对负荷特性的变化。而实时电价则可以更好地增加批发和零售价格之间的透明度。电力市场中，零售侧实时电价是一种动态定价机制，直接受批发价格的影响而呈逐时持续变化状态，其更新周期可以达到 1h 或更短，也有根据预测或经验提前一天通知逐时电价，以便于用户提前计划需求以响应电力供应市场。 （3）尖峰电价响应（CPP） 。分时电价随一年不同的季节或一天不同的时段而不同，但更新周期较长， 虽能反映电力系统长期的时段或季节供电成本变化， 但是当系统出现短时的电力或电量短缺时， 不能给予用户改变需求的激励。 尖峰电价是一种经过改进的新式分时电价，它的高价时段电价远远高于其他时段价格，并且只有在电力趋于高度紧张、需求趋于临界峰值、系统稳定性受到威胁时，由供电方发出短期通知后方可实施。这种电价通常是提前设定好的，为了保护用户利益，通常这种形式的电力需求响应的年实施天数被限制（其典型成功案例就是法国的 Tempo 项目） 。作为用户，在临界峰值电价响应实施时，必须采取有效措施，临时减少电力需求。目前，在我国部分地区（如北京、上海）已经实施了夏季尖峰电价， 即通过在分时电价基础上叠加尖峰费率而形成。 电网

企业预先公布经批准的尖峰时段以及对应的尖峰价格，用户则可作出相应的用电计划调整。尽管尖峰电价也是事先确定的，但一定程度上能反映系统尖峰时段的短期供电成本， 同时又比实时电价的实施难度和成本都要低。 2. 基于激励的需求响应 基于激励的需求响应是指实施机构根据电力系统供需状况制定相应政策， 用户在系统需 要或电力紧张时减少电力需求， 以此获得直接补偿或其他时段的优惠电价。 它包括直接负荷 控制（Direct Load Control， 、 DLC） 可中断负荷 IL） 需求侧竞价 （Interruptible Load， 、 （DemandSide Bidding，DSB） 、紧急需求响应（Emergency Demand Response，EDR） 、容量市场项目（Capacity Market Programs，CMP） 、辅助服务项目（Ancillary Service Program，ASP） 。参与用户获得的激励一般有两种方式： 一是独立于现有电价政策的直接补偿， 二是在现有电价基础上给予折扣优惠。在需求响应计划实施前，通常实施机构要与参与用户提前签订合同，在合同中约定需求响应的内容（减少用电负荷大小及核算标准、响应持续时间、合同期内的响应次数等） ，提前通知时间、补偿或电价折扣标准、违约的惩罚措施等。 在实际执行中，基于激励的需求响应与基于价格的需求响应是相互补充的。基于价格 的需求响应的大规模实施可以在一定程度上改变电力需求模式，减少电价波动及电力储备 短缺的严重性和频度，从而减少基于激励的需求响应发生的可能性。 （1）直接负荷控制（DLC） 。DLC 是指在电网负荷高峰时段，供电方通过远程控制装置 实现直接远程控制（启停）用户的电器或设备，在必要并发出紧急通知后，系统操作人员可 以中断向被控制电器或设备的电力供应，而用户则获得相应的补偿。在国外，该项目通常用 于住宅以及商业建筑，并且在一年或一季度内用户被中断的次数或小时数是有限制的。参 与直接负荷控制的通常是短时停电不会对用户生活或舒适性产生不良影响的用电设备，如 电热水器、空调等。美国、德国等国许多家庭用户参与了该项目实施。 （2）可中断负荷响应（IL） 。IL 是指供电方与用户事先签订协议，约定在电力短缺或系 统突发事件发生时供电方发出中断负荷要求，用户接到中断负荷要求后，按照约定减少相 应容量的用电需求，而用户则享受优惠电价或直接经济补偿。如果用户不减少需求，则将 按照协议规定受到处罚。该项目在一年或一季度内用户被通知减少需求的次数或小时数是 有上限的， 而提前通知的时间不同， 补偿标准也不同， 一般提前通知的时间越短补偿越多。 IL 通常适用于对供电可靠性要求不高的大型工业用户， 可根据约定的提前通知时间减少或 停止部分用电设备用电。 （3）需求侧竞价（DSB） 。DSB 使用户可以直接参与批发市场的竞争。市场允许用户申报愿意从市场上购买的电量和相应的价格， 同时允许用户报出愿意减少负荷的最低价格和相应的负荷减少量。 该项目鼓励大型用户在其提议的价格下自愿减少电力需求， 或在被公布的补偿价格下明示自愿减少多少负荷。 该项目通常根据电力需求预测提前一天通知用户， 但在必要时也可当天通知。如果用户选择参与，但没有能够减少需求，将受到处罚。 DSB 使用户能够通过自己的用电方式主动参与市场竞争，获得相应的经济利益，而不是单纯的价格接受者。 用户可以竞价增负荷， 也可以竞价减负荷。在不同的市场运行模型 （物理市场或合同市场） 、不同时段的市场（日前市场或实时市场） 、不同形式的市场（主能量市场或辅助服务市场）下，DSB 产品参与市场的方式和作用都不一样。同时，对于市场中不同的参与者（发电商、输电系统运行商、配电商、中间商） ，DSB 产品的作用也不同。 （4）紧急电力需求响应（EDR） 。该项目是为电力系

统稳定性受到威胁时而设计的。供电方为用户减少负荷而提供补偿，用户则自愿选择参与或放弃。 （四）需求响应实践 2005 年和 2007 年，美国颁布了《能源政策法案》与《能源独立与安全法案》 ，支持需求响应和智能电网作为美国能源政策的重要组成部分。 按照上述两个法案的要求， 美国能源部与联邦能源监管委员会（FERC）在近年来发布了多份有关需求响应与智能电网的研究报告，并计划于 2010 年发布需求响应的国家行动计划。 在国际能源署（International Energy

Agency，IEA）开展的 DSM 的研究和开发中，在13 个项目中至少有 2 项是关于需求响应研究的。一项是电力市场下的需求竞价（DSB） ，作为提高电力供应效率的有效手段， 通过考察目前的需求侧竞价机制， 评估它们的优势和劣势，挖掘 DSB 的潜力，开发新的实施方案。第二项是研究需求响应资源。2003 年 10 月 15 日通过了由美国能源部牵头，15 个成员国参加的“需求响应资源”项目，旨在推广将需求响应资源融入各国电力市场， 研究实现特定目标的必要方法、 业务流程、基础、工具和实施过程；建立评价需求响应资源的通用方法，即建立需求响应资源对电价、备用、容量市场和市场流动性的影响模型，进而确定需求响应资源的价值，建立相关技术交流的 Internet 平台。 目前国内外电力需求响应实践中， 以负荷响应居多， 被作为削减高峰用电负荷的主要措施或系统紧急备用等辅助服务的一部分。 （1）美国。PJM 电网是北美最大的统一调度的电网，由 PJM 互联公司负责系统运行和批发市场运作，并成立了分布式发电用户组（DGUG）实施需求响应项目。 PJM 从 1991 年开始实施的主动负荷管理（Active Load Management，ALM）主要用作负荷服务实体或专门的减负服务商（Curtailment Service Provider，CSP）作为终端用户代表参与削减负荷时的管理办法， 终端用户需要通过 CSP 参与此计划。 CSP 参与 ALM 要求每年支付一定的定金（500～5000 美元） ，如果 CSP 启用分散发电，则需要取得环境许可。终端用户可自愿参与，参与程序的用户可以得到 500 美元/MWh 的赔偿，或者按实时系统边际电价赔付。ALM 主要有三种类型，即直接负荷控制、固定负荷消费水平和根据通知削减负荷。PJM 自实施 ALM 后，再未出现过紧急发电不足的现象。 从 2002 年 7 月以来，PJM 补充了负荷响应程序（Load Response Program，LRP） ，目的是鼓励用户广泛参与 LRP，去除了终端用户不能直接参与削减用电的障碍，能够更好地激励用户对实时电价作出反应，同时，允许分散电源参与 LRP，并分别按日前负荷响应程序和实时负荷响应程序制定了具体的实施细则。 美国新英格兰地区电力系统的运行机构（ISO-NE）实施的需求响应计划分为两类：一类是负荷响应计划，另一类是价格响应计划。用户只能选择其中之一参与且减少负荷不得少于 100kW，但不多于 5MW。对不能减少 100kW 但仍想参加该计划的用户，可以进行聚集，集合后的负荷总量必须超过 100kW 且位于同一区域。参加负荷响应计划的用户根据ISO-NE 的指令减少其电力需求并可获得补偿。 在美国纽约州，用户与供电商签订合同，参与日前或运行备用市场。可中断负荷可参与10min 或 30min 旋转备用市场。 根据美国能源部与联邦能源监管委员会（FERC）2008 年底的统计，大约有 8的美国用户参与了一些形式的需求响应项目，所有需求响应资源接近 41GW（约占系统高峰负荷的 ，5.8） 智能电能表普及率达到 4.7。 FERC 2009 年 6 月发布的《需求响应潜力报告》显示，如果所有美国电力用户都采用动态电价与智能电网技术，广泛实施需求响应措施，在今后10 年中最高可削减全美高峰负荷的 20 。 （188GW）需求响应主要通过削减商业和工业负

荷、控制空调和制冷设备以及其他大功率电器等措施来实现。报告提出了 4 种需求响应实施方案：照常方案、扩大方案、可实现方案和全参与方案。报告预测，在 4 种方案下，到 2019 年，可以分别削减 38、82、138、188GW 不等的高峰负荷，即分别相当于高峰负荷的 4、 9、14、20。其中，全参与方案可以削减最高 20的高峰负荷。此举意味着需求响应措施可以消化 10 年内的电力需求增长。 （2）英国。20 世纪 90 年代初期，英格兰和威尔士电力市场采用了需求竞价方案，使得 电力用户削减的电力服务用于电力库中参与调度的发电出力， 同供方调峰能力一同竞价， 取 得了比较明显的效果，有效地抑制了价格尖峰和发电商滥用市场力。 英国电力市场为了应对突然下降的频率问题，除了发电机推广功率支持外， 要求需求侧 也可以响应频率的变化。如英国的各水泥制造厂通过与电力系统的 ISO 签订双边合同参与 频率响应。 （3）加拿大。1998 年，加拿大阿尔伯塔省实施了称作自愿减负荷计划（Voluntary LoadCurtailment Program）的可中断负荷计划，计划的参与者在系统供电紧张的情况下根据系统控制中心调度指令的要求，自愿减少其用电需求。在 2001 年电力市场开放之前，该计划的 成本由配电公司通过协商予以补偿； 在零售竞争实施之后， 计划的成本应由市场成员分摊补 偿。 （4）中国。2004 年以来迎峰度夏期间，我国大陆河北、江苏、福建、上海、浙江等省（市、区）在电网高峰电力供应不足时，也开展了可中断负荷响应实践。对于与电力公司签 订避峰让电协议、实施负荷监控的用户，按照约定的补偿标准和实际中断用电的时间、容量 给予可中断负荷补偿。 三、智能需求侧管理 传统的电力需求侧管理技术手段指的是针对具体的管理对象、生产工艺和生活习惯的特 点，采用当前成熟的节电技术和管理技术， 以及与其相适应的设备来提高终端用电效率或改 变用电方式，如高效用电设备、蓄冷蓄热技术、无功补偿技术、电动机变频调速技术、余热 余压发电技术等。这些都是节约电量或节约电力的技术手段。但是在智能电网的理念下，电 力需求侧管理又被赋予了新的内涵，主要是自动需求响应技术、能效电厂、智能有序用电、 远程能耗监测与能效诊断等。 （一）自动需求响应技术 鼓励和促进用户参与电力系统的运行，实现电网与用户双向互动，是智能电网的重要特 征。在电力需求响应中，用户的需求也是一种可管理的资源，将有助于平衡供求关系，确保 系统的可靠性。用户将根据其电力需求和电力系统满足其需求的能力的平衡来调整其消费； 而和用户建立双向实时通信是实现与用户互动的基础，通知用户当前电价、电网供需状况、 计划检修信息等，以便用户据此制定用电方案和选择自动响应。 自动需求响应技术是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测 量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现电力 用户与电网企业间的互动。 （二）能效电厂 能效电厂（Efficiency Power Plant，EPP）把各种节能项目、合理用电项目打包，通过实施一揽子节能改造计划，形成规模化的节电能力，减少用户电力消耗，提高电网运行效率，从而达到与扩建供方能力相同的效应。 能效电厂是同供方资源同等重要的电力资源，亦即一种“虚拟电厂”。 （三）智能有序用电 实现有序用电方案的辅助自动编制及优化， 有序用电指标和指令的自动下达，有序用电措施的自动通知、执行、报警、反馈；建立分区、分片、分线、分用户的分级分层实时监控的有序用电执行逑担皇迪钟行蛴玫缧Ч远臣破兰郏繁Ｓ行蛴玫绱胧┭杆僦葱械轿唬Ｕ系缤踩榷ㄔ诵小?（四）远程能耗监测与能效诊断 通过远程传输手段， 对重点耗能用户主要用电设

备的用电数据进行采集和实时检测， 并将采集的数据与设定的阈值或是同类用户数据进行比对， 分析用户能耗情况。通过能效智能诊断与控制，自动编制能效诊断报告，为用户节能改造提供参考和建议，为能效项目实施效果提供验证，实现能效市场潜力分析、用户能效项目在线预评估及能效信息发布和交流等。 （五）绿色电力认购与能源合同管理 通过绿色电力认购平台，实现各种绿色电力价格发布，用户在线申购、审批、结算、交易结果信息发布等功能；实现合同能源管理项目从项目申请、立项、实施、验收和验证及项目激励资金、效益分享资金等全过程管理的信息化和自动化。