淺談能源互聯(lián)網(wǎng)背景下的綜合需求側(cè)響應(yīng)

摘要：能源互聯(lián)網(wǎng)是未來能源發(fā)展和轉(zhuǎn)型的主要趨勢(shì)，為推動(dòng)能源互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)一步發(fā)展，提升綜合能源利用效率，從需求側(cè)入手，研究了在能源互聯(lián)網(wǎng)背景下開展綜合需求側(cè)響應(yīng)的內(nèi)在機(jī)理及其重要意義，并從規(guī)劃、運(yùn)行、市場(chǎng)三個(gè)層面對(duì)綜合需求側(cè)響應(yīng)的未來發(fā)展進(jìn)行了初步探究，為促進(jìn)能源互聯(lián)網(wǎng)的靈活、安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：能源互聯(lián)網(wǎng);綜合需求側(cè)響應(yīng);內(nèi)在機(jī)理;重要意義;未來發(fā)展

0? ? 引言

能源不僅是人類社會(huì)生存和發(fā)展的基石，也是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的內(nèi)在動(dòng)力。根據(jù)國(guó)際能源署2013年公布的數(shù)據(jù)，2035年的全球能源需求將會(huì)比2011年增加33%，在2011—2035年這段時(shí)期世界電力需求的漲幅將會(huì)超過66.7%。從全球范圍來看，化石能源（煤炭、石油、天然氣）仍然是全球能源消費(fèi)的主要類型，而全球能源需求量急劇增加導(dǎo)致了化石類能源的過快和過度開發(fā)。能源需求的快速增長(zhǎng)和能源結(jié)構(gòu)不合理之間的矛盾為整個(gè)能源行業(yè)的未來發(fā)展帶來了巨大的壓力，全球性的能源結(jié)構(gòu)改革刻不容緩。

面對(duì)能源供需格局新變化、國(guó)際能源發(fā)展新趨勢(shì)，作為高耗能產(chǎn)業(yè)的傳統(tǒng)電力行業(yè)也面臨著如何調(diào)整電力生產(chǎn)和消費(fèi)結(jié)構(gòu)的巨大挑戰(zhàn)。在第四次工業(yè)革命蓬勃興起的時(shí)代，信息物理融合成為新一輪工業(yè)革命的重要命題，這也為傳統(tǒng)能源行業(yè)的未來發(fā)展提供了新的方向。“能源互聯(lián)網(wǎng)”的概念應(yīng)運(yùn)而生，其核心是改善能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，提升能源綜合利用效率，推動(dòng)能源低碳、清潔、高效可持續(xù)發(fā)展。

事實(shí)上，能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展不是一蹴而就的，需要打破各個(gè)能源行業(yè)之間的壁壘，涵蓋和協(xié)調(diào)多類型能源并使之安全穩(wěn)定高效運(yùn)行，無論是物理層面還是信息層面都面臨著巨大挑戰(zhàn)。為推動(dòng)能源互聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)一步發(fā)展，本文首先闡述能源互聯(lián)網(wǎng)的基本構(gòu)架;接著針對(duì)能源體系的需求側(cè)，研究適應(yīng)能源互聯(lián)網(wǎng)的綜合需求側(cè)響應(yīng)，分別從其內(nèi)在機(jī)理、重要意義和未來發(fā)展三個(gè)方面逐層展開探究，為未來能源體系的建立奠定基礎(chǔ)。

1? ? 能源互聯(lián)網(wǎng)

“能源互聯(lián)網(wǎng)”的概念最早見于美國(guó)學(xué)者杰里米·里夫金的著作《第三次工業(yè)革命》，里夫金指出能源互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)具有以可再生能源為主要一次能源、支持超大規(guī)模分布式發(fā)電系統(tǒng)與分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)接入、基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)廣域能源共享以及支持交通系統(tǒng)的電氣化四大特征。隨著第四次工業(yè)革命的到來，“能源互聯(lián)網(wǎng)”這一概念被再次提起，并以信息物理融合為技術(shù)基礎(chǔ)，是一種互聯(lián)網(wǎng)與能源生產(chǎn)、傳輸、存儲(chǔ)、消費(fèi)以及能源市場(chǎng)深度融合的能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展新形態(tài)，具有設(shè)備智能、多能協(xié)同、信息對(duì)稱、供需分散、系統(tǒng)扁平、交易開放等主要特征，在物理層面和信息層面打破了能源行業(yè)之間的壁壘，推動(dòng)傳統(tǒng)電力行業(yè)向多元化、清潔化、高效化、可持續(xù)化的方向發(fā)展。

從功能上，可將能源互聯(lián)網(wǎng)劃分為能源的供應(yīng)、輸送、轉(zhuǎn)化和消費(fèi)四個(gè)環(huán)節(jié)。能源供應(yīng)環(huán)節(jié)是指電能、天然氣、熱能等多類型能源的生產(chǎn)供應(yīng)單位，例如火電、水電、光伏、風(fēng)電等發(fā)電廠、天然氣井、熱電廠等。能源的傳輸環(huán)節(jié)主要包括大規(guī)模、遠(yuǎn)距離的電力輸送網(wǎng)絡(luò)，天然氣輸送網(wǎng)絡(luò)。能源轉(zhuǎn)化是指將一種能源轉(zhuǎn)化為另一種能源的設(shè)備單元，一般為涵蓋燃?xì)廨啓C(jī)、電制氣（P2G）、能源存儲(chǔ)等設(shè)備的能源樞紐。消費(fèi)環(huán)節(jié)是指具有電、氣、冷、熱等多類型能源需求的終端用戶，也涵蓋分布式能源和小型能源轉(zhuǎn)化設(shè)備等。

從規(guī)模上，能源互聯(lián)網(wǎng)可分為跨區(qū)能源互聯(lián)網(wǎng)、區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)、終端能源互聯(lián)網(wǎng)?？鐓^(qū)能源互聯(lián)網(wǎng)是指大區(qū)級(jí)或省級(jí)能源系統(tǒng)，主要由綜合能源生產(chǎn)基地、區(qū)域能源傳輸網(wǎng)絡(luò)、綜合能源負(fù)荷中心等構(gòu)成。區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)是以城市或某一獨(dú)立區(qū)域的配電網(wǎng)為核心，以能源樞紐為系統(tǒng)耦合環(huán)節(jié)，聯(lián)合集中供熱系統(tǒng)、區(qū)域天然氣網(wǎng)絡(luò)等多類型能源網(wǎng)絡(luò)協(xié)同運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)分布式供能系統(tǒng)、多能源網(wǎng)絡(luò)和多能源用戶多能互補(bǔ)、供需互動(dòng)的系統(tǒng)，例如大型工業(yè)園區(qū)、獨(dú)立供電區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)和城市等。終端能源互聯(lián)網(wǎng)直接面向消費(fèi)電、冷、熱、燃?xì)獾榷囝愋湍茉吹慕K端用戶，是針對(duì)建筑內(nèi)部或幾個(gè)建筑群之間的能源協(xié)同運(yùn)行，例如居民樓、寫字樓等一個(gè)樓宇的集中用戶或?qū)W校、醫(yī)院等大用戶。

2? ? 綜合需求側(cè)響應(yīng)的內(nèi)在機(jī)理

在能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展過程中，由于傳統(tǒng)電力、天然氣等能源行業(yè)的封閉性，各類能源運(yùn)行特性的固有差異以及不可忽視的技術(shù)壁壘等原因，短時(shí)間內(nèi)在物理層面上實(shí)現(xiàn)多類型能源系統(tǒng)的聯(lián)合規(guī)劃和運(yùn)行較為困難。因此，為了推動(dòng)能源革命的進(jìn)程，可從需求側(cè)切入，以價(jià)格激勵(lì)為手段，通過需求側(cè)主動(dòng)參與系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度來調(diào)整供需關(guān)系，進(jìn)而促進(jìn)能源的綜合利用和高效配置。

需求側(cè)的調(diào)節(jié)能力對(duì)緩解電力供需矛盾、提高系統(tǒng)可靠性和經(jīng)濟(jì)性具有重要意義，是電力系統(tǒng)中不可忽視的資源。需求側(cè)響應(yīng)是指通過市場(chǎng)價(jià)格和激勵(lì)政策引導(dǎo)，需求側(cè)電負(fù)荷相應(yīng)改變其用電行為，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)中供需雙向互動(dòng)。需求側(cè)響應(yīng)已經(jīng)成為緩解電網(wǎng)運(yùn)行壓力，提升電網(wǎng)運(yùn)行效率的有效途徑。

隨著用戶用能種類的不斷增加，醫(yī)院、學(xué)校、居民樓、寫字樓等集中終端用戶逐步轉(zhuǎn)變成為集電、氣、熱、冷等多能源需求于一體的綜合能源負(fù)荷，顯然傳統(tǒng)的需求側(cè)響應(yīng)已經(jīng)難以適應(yīng)多能源需求的現(xiàn)狀。因此，有學(xué)者提出開展綜合需求響應(yīng)，即電、氣、冷、熱等多元用戶參與需求側(cè)響應(yīng)，響應(yīng)多種能源的市場(chǎng)電價(jià)進(jìn)行靈活負(fù)荷的平移、削減和轉(zhuǎn)化。可以看出，相較于傳統(tǒng)需求側(cè)響應(yīng)，多能源之間的轉(zhuǎn)化將會(huì)增加用戶的靈活調(diào)節(jié)潛力，鼓勵(lì)電、熱、氣等多能源需求側(cè)靈活調(diào)度，利用能源互補(bǔ)和供需互動(dòng)進(jìn)一步挖掘整個(gè)系統(tǒng)的靈活調(diào)節(jié)潛力，這是開展綜合需求側(cè)響應(yīng)的關(guān)鍵。

3? ? 綜合需求側(cè)響應(yīng)的重要意義

開展綜合能源需求側(cè)響應(yīng)有利于打破能源行業(yè)壁壘，提升能源利用效率。傳統(tǒng)能源系統(tǒng)按照能源類型劃分，形成了不同能源各自獨(dú)立規(guī)劃、運(yùn)行和管理的運(yùn)營(yíng)模式和自身供需平衡的運(yùn)行原則。近年來飛速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)使得整個(gè)能源行業(yè)的用能需求增加，在固有的獨(dú)立運(yùn)行模式下，各個(gè)獨(dú)立能源系統(tǒng)單純的縱向延伸已經(jīng)難以適應(yīng)逐年增長(zhǎng)的用能需求。開展綜合能源需求側(cè)響應(yīng)，利用能源耦合技術(shù)削弱能源之間的壁壘，能源供需關(guān)系不再是“一對(duì)一”，而出現(xiàn)了“一對(duì)多” “多對(duì)一” “多對(duì)多”的情況，不僅實(shí)現(xiàn)了多個(gè)能源子系統(tǒng)的物理互聯(lián)，而且不同能源間的供需互動(dòng)也大大增加了系統(tǒng)的靈活調(diào)節(jié)空間。

開展綜合能源需求側(cè)響應(yīng)有利于促進(jìn)能源的綠色、清潔、可持續(xù)發(fā)展。綜合能源系統(tǒng)將風(fēng)能、太陽(yáng)能、水能、氫能、生物質(zhì)能等清潔能源納入系統(tǒng)中，通過能源之間的協(xié)同運(yùn)行可進(jìn)行化石能源的清潔化替代，降低化石能源的消耗，從而減少溫室氣體和污染物的排放，從能源供應(yīng)側(cè)實(shí)現(xiàn)綠色供能。

開展綜合能源需求側(cè)響應(yīng)有利于緩解電網(wǎng)運(yùn)行壓力，提升電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和靈活性。大量新能源的接入和日益增長(zhǎng)的負(fù)荷需求為電網(wǎng)運(yùn)行帶來了巨大壓力，電力系統(tǒng)供需不平衡、新能源棄風(fēng)棄光嚴(yán)重、電力高峰期電力供應(yīng)不足、系統(tǒng)調(diào)峰困難等問題日益突出。僅僅依靠增加裝機(jī)容量、傳輸容量和發(fā)電量以滿足不斷增長(zhǎng)且日益復(fù)雜的電力需求已經(jīng)難以滿足負(fù)荷需求，而開展電力負(fù)荷的需求側(cè)響應(yīng)也因負(fù)荷固有的用電習(xí)慣使得其調(diào)節(jié)空間有限。發(fā)展綜合需求側(cè)響應(yīng)可通過整合需求側(cè)的電、熱、冷、氣等資源，從能源耦合和時(shí)間轉(zhuǎn)移兩個(gè)維度充分激發(fā)負(fù)荷靈活調(diào)節(jié)能力參與系統(tǒng)的調(diào)度運(yùn)行，從負(fù)荷側(cè)進(jìn)行能源間的削峰填谷，極大地增加了靈活調(diào)度空間，促進(jìn)了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4? ? 能源互聯(lián)網(wǎng)背景下綜合需求側(cè)響應(yīng)的未來發(fā)展

在規(guī)劃層面，區(qū)別于單一配電網(wǎng)的規(guī)劃，在多類型能源高度耦合的能源互聯(lián)網(wǎng)背景下，單一規(guī)劃某一能源網(wǎng)絡(luò)很難保證規(guī)劃方案的經(jīng)濟(jì)性、安全性和可靠性。因此，在電網(wǎng)轉(zhuǎn)型和能源互聯(lián)的新形勢(shì)下，開展考慮需求側(cè)響應(yīng)的終端能源互聯(lián)網(wǎng)協(xié)同規(guī)劃意義重大，且任重道遠(yuǎn)。電網(wǎng)規(guī)劃方面的研究和工程實(shí)踐已經(jīng)十分成熟，在此基礎(chǔ)上，開展終端能源互聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃需要基于需求側(cè)多能協(xié)同響應(yīng)特性，實(shí)現(xiàn)終端消費(fèi)環(huán)節(jié)與上級(jí)配電網(wǎng)、天然氣網(wǎng)絡(luò)、集中供熱系統(tǒng)等多類型能源網(wǎng)絡(luò)的能源交互和轉(zhuǎn)化，充分利用和整合需求側(cè)資源，盡可能滿足能源的就地消納，從需求側(cè)的統(tǒng)籌規(guī)劃實(shí)現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)的供需互動(dòng)、靈活可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

在運(yùn)行層面，要結(jié)合信息技術(shù)手段，利用價(jià)格信號(hào)和激勵(lì)機(jī)制引導(dǎo)多能源用戶主動(dòng)調(diào)整其用能行為，利用需求側(cè)多能源協(xié)同互補(bǔ)和供需雙向互動(dòng)促進(jìn)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)安全可靠運(yùn)行。因此，在發(fā)展基于綜合需求側(cè)響應(yīng)的系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度時(shí)，首先，要深入研究多能源用戶的負(fù)荷特性，充分挖掘用戶的靈活調(diào)節(jié)潛力，實(shí)現(xiàn)針對(duì)不同類型用戶實(shí)施個(gè)性化調(diào)度策略;其次，需求側(cè)和供應(yīng)側(cè)的協(xié)同互動(dòng)能力不可忽略，分布式能源的普及成為影響未來電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的重要因素，綜合需求側(cè)響應(yīng)可通過其削峰填谷和多能互補(bǔ)促進(jìn)分布式能源的就地消納，有利于提升系統(tǒng)運(yùn)行的靈活性，大大降低系統(tǒng)的運(yùn)行成本。

在市場(chǎng)層面，在開展綜合需求側(cè)響應(yīng)時(shí)，多能源用戶根據(jù)市場(chǎng)中電、氣、熱等能源供應(yīng)和用戶側(cè)的能源需求進(jìn)行聯(lián)合調(diào)度。顯然，現(xiàn)有的單一電力市場(chǎng)無法同時(shí)為用戶傳遞電能、熱能、天然氣的價(jià)格信號(hào)及供需關(guān)系，因此建立能源互聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)是順利開展綜合需求側(cè)響應(yīng)的基礎(chǔ)。該市場(chǎng)依賴信息技術(shù)，允許同時(shí)開展電能、熱能、天然氣等多種能源的綜合交易，并衍生出多元化和個(gè)性化的終端用戶綜合服務(wù)。能源互聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)還原能源的商品屬性，通過市場(chǎng)價(jià)格來反映能量供需關(guān)系，用戶響應(yīng)市場(chǎng)價(jià)格參與市場(chǎng)交易，實(shí)現(xiàn)多能源供需雙側(cè)調(diào)度，利用市場(chǎng)交易調(diào)整系統(tǒng)潮流，系統(tǒng)的潮流分布反映于市場(chǎng)價(jià)格信號(hào)，形成了市場(chǎng)—系統(tǒng)相互融合的閉環(huán)調(diào)控過程。

5? ? 結(jié)語(yǔ)

能源互聯(lián)網(wǎng)是未來能源發(fā)展和轉(zhuǎn)型的主要趨勢(shì)，為推動(dòng)能源互聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)一步發(fā)展，提升綜合能源利用效率，本文從需求側(cè)入手，研究了如何在能源互聯(lián)網(wǎng)背景下開展綜合需求側(cè)響應(yīng)，闡述了其內(nèi)在機(jī)理及重要意義，并提出未來發(fā)展綜合需求側(cè)響應(yīng)需從以下三個(gè)層面著手：

（1）綜合能源協(xié)同規(guī)劃、供需互動(dòng)，促進(jìn)可再生能源就地消納;

（2）基于多能源用戶的用能特性，利用需求側(cè)的削峰填谷和多能互補(bǔ)，提升能源互聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行靈活性，降低系統(tǒng)運(yùn)行成本;

（3）建立能源互聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)，開展多能源綜合市場(chǎng)交易和綜合能源服務(wù)，實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)—系統(tǒng)深度融合。

綜上，能源互聯(lián)網(wǎng)不僅僅是一個(gè)融合多類型能源網(wǎng)絡(luò)的物理集成系統(tǒng)，而且涉及信息技術(shù)、政策政治、經(jīng)濟(jì)發(fā)展等多方面因素，因此下一步研究可從上述因素對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)的影響方面展開。

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收稿日期：2020-08-25

作者簡(jiǎn)介：薛金龍（1981—），男，吉林農(nóng)安人，碩士，高級(jí)工程師，研究方向：營(yíng)銷管理、人力資源管理等。