能源互聯(lián)網(wǎng)背景下可調(diào)節(jié)負(fù)荷技術(shù)應(yīng)用與展望

中國電力科學(xué)研究院用電與能效研究所副所長、總工程師

國網(wǎng)能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究院規(guī)劃設(shè)計中心常務(wù)副主任 閆華光

能源互聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)和能源生產(chǎn)、傳輸、存儲、消費及能源市場深度融合的能源發(fā)展新業(yè)態(tài)，強化網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通和先進(jìn)信息、通信、控制技術(shù)應(yīng)用，致力于構(gòu)建具有清潔低碳、安全可靠、泛在互聯(lián)、高效互動、智能開放等特征的智慧能源系統(tǒng)。用戶處于能源消費端，可調(diào)節(jié)負(fù)荷互動是能源互聯(lián)網(wǎng)在需求側(cè)的重要應(yīng)用場景，也是能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的重要目標(biāo)；為推動國家電網(wǎng)公司“建設(shè)具有中國特色國際領(lǐng)先的能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)”戰(zhàn)略目標(biāo)在需求側(cè)落地實施，總結(jié)了可調(diào)節(jié)負(fù)荷的內(nèi)涵、技術(shù)應(yīng)用場景和未來發(fā)展方向，有利于推動能源互聯(lián)互通與共享互濟，支撐國家能源技術(shù)革命、消費革命戰(zhàn)略實施。

可調(diào)節(jié)負(fù)荷是指能夠根據(jù)電價、激勵或者交易信息，實現(xiàn)啟停、調(diào)整運行狀態(tài)或調(diào)整運行時段的需求側(cè)用電設(shè)備、電源設(shè)備及儲能設(shè)備。包括工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)負(fù)荷、生產(chǎn)輔助負(fù)荷、樓宇負(fù)荷、居民電器負(fù)荷及分散式儲能、電動汽車等。

可調(diào)節(jié)負(fù)荷應(yīng)用場景

參與電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻。夏季電網(wǎng)尖峰負(fù)荷持續(xù)攀高但持續(xù)時間很短，據(jù)統(tǒng)計三華地區(qū)僅為5-81個小時，峰谷差居高不下，給電網(wǎng)穩(wěn)定、經(jīng)濟運行帶來很大挑戰(zhàn)；同時在天津、山東、江蘇、上海等地出現(xiàn)節(jié)假日電網(wǎng)負(fù)備用容量不足等問題。在迎峰度夏（冬）期間，通過價格、激勵、交易等機制利用可調(diào)節(jié)負(fù)荷有償參與電網(wǎng)調(diào)峰，緩解時段性供需矛盾，為系統(tǒng)運行提供慣量支撐資源和調(diào)節(jié)能力，保障大電網(wǎng)穩(wěn)定高效運行。

促進(jìn)清潔能源消納。我國將逐步構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系，新能源裝機容量2030年預(yù)計達(dá)到13億千瓦、2050年預(yù)計40億千瓦，新能源發(fā)電的隨機性、波動性和反調(diào)峰特性，給電力系統(tǒng)的功率平衡帶來巨大壓力。利用市場化手段，在棄風(fēng)、棄光、棄水時段，調(diào)動電制熱儲熱、電制冷儲冷、客戶側(cè)儲能、電動汽車等可調(diào)節(jié)負(fù)荷資源參與深度調(diào)峰，提升電網(wǎng)用電負(fù)荷，促進(jìn)清潔能源消納利用。

促進(jìn)客戶能效提升。當(dāng)前大量電力客戶由于節(jié)能技術(shù)短缺、采集監(jiān)測不足、缺乏優(yōu)化調(diào)節(jié)手段，綜合能效水平偏低?？蛻粼V求已經(jīng)從保障基本用能向滿足安全低碳、優(yōu)質(zhì)價廉的能源供應(yīng)與多元化服務(wù)需求轉(zhuǎn)變，期待電網(wǎng)企業(yè)圍繞可調(diào)節(jié)負(fù)荷提供差異化、定制化、一體化用能優(yōu)化服務(wù)方案并付諸實踐。利用可調(diào)節(jié)負(fù)荷的互動響應(yīng)特性，結(jié)合人工智能、大數(shù)據(jù)算法，能夠引導(dǎo)用戶實施技術(shù)節(jié)能、管理節(jié)能策略，提升用能效率。

可調(diào)節(jié)負(fù)荷發(fā)展概況

政策支持方面。國外陸續(xù)出臺多項需求響應(yīng)扶持性政策，將需求側(cè)資源等同發(fā)電資源參與市場競爭，充分保障了可調(diào)節(jié)負(fù)荷的市場主體地位。其中美國聯(lián)邦能源管理委員會第719號令和755號令都明確需求響應(yīng)資源替代發(fā)電資源參與市場競價；歐盟發(fā)布《能源效率指令》中規(guī)定各成員國應(yīng)確保需求側(cè)資源參與到批發(fā)和零售市場；澳大利亞能源市場委員會2019年7月頒布了《National Energy Retail Amendment》，該草案允許第三方需求響應(yīng)提供商直接參與市場交易，并獲得需求響應(yīng)收益。我國目前發(fā)布多項國家政策，鼓勵發(fā)展電力需求響應(yīng)，完善尖峰電價或季節(jié)電價機制。2017出臺的《電力需求側(cè)管理辦法》中明確提出支持、激勵各類電力市場參與方開發(fā)和利用需求響應(yīng)資源，提供有償調(diào)峰、調(diào)頻服務(wù)，逐步形成占年度最大用電負(fù)荷3%左右的需求側(cè)機動調(diào)峰能力。

市場機制方面。國外已建立政府監(jiān)管，電網(wǎng)、負(fù)荷聚合商、電力客戶積極參與的市場化模式，并實施資金補貼、輔助服務(wù)市場交易、需求側(cè)競價、實時電價等機制。其中，國外實施需求響應(yīng)的資金主要來源于電價加收、管制電費劃撥、政府財政、電網(wǎng)節(jié)省投資等，資金規(guī)模大并且可持續(xù)。美國在近5年可調(diào)節(jié)負(fù)荷互動響應(yīng)支出54.94億美元，是國內(nèi)的300多倍。我國目前主要實施激勵型需求響應(yīng)，可調(diào)節(jié)負(fù)荷試點應(yīng)用依靠政府、電網(wǎng)公司補貼。需求側(cè)資源參與市場化運行的機制還不完善。未來亟需進(jìn)一步明確可調(diào)節(jié)負(fù)荷在電力系統(tǒng)熱備用、調(diào)峰、調(diào)頻、新能源消納等場景下的應(yīng)用模式，擴大第三方獨立主體參與電力調(diào)峰輔助服務(wù)市場試點范圍，建立可持續(xù)發(fā)展的商業(yè)模式，支撐可調(diào)節(jié)負(fù)荷應(yīng)用常態(tài)化、規(guī)?；l(fā)展。

負(fù)荷控制方面。國外主要采用直接負(fù)荷控制和用戶自主控制方式。澳大利亞政府發(fā)布并實施空調(diào)、熱水器、水泵等需求響應(yīng)接口強制性標(biāo)準(zhǔn)，為實現(xiàn)負(fù)荷調(diào)控提供了設(shè)備保障。美國LEED綠色建筑評價體系將建筑物需求響應(yīng)能力及可調(diào)節(jié)負(fù)荷容量規(guī)模作為兩項評價指標(biāo)，鼓勵樓宇積極參與負(fù)荷調(diào)控。我國目前主要以用戶自主控制為主?？烧{(diào)節(jié)負(fù)荷涉及設(shè)備品牌、型號眾多，通信接口及協(xié)議不統(tǒng)一。同時設(shè)備范圍覆蓋廣，存在通訊網(wǎng)絡(luò)覆蓋不全、通信延時較大等難題，從而導(dǎo)致可調(diào)節(jié)負(fù)荷信息監(jiān)測共享、控制能力建設(shè)方面長期存在互聯(lián)互通、網(wǎng)絡(luò)延時障礙，限制了可調(diào)節(jié)負(fù)荷的應(yīng)用場景和應(yīng)用規(guī)模。

可調(diào)節(jié)負(fù)荷實施路徑

推動可調(diào)節(jié)負(fù)荷調(diào)控關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。開展可調(diào)節(jié)負(fù)荷實時感知與精準(zhǔn)調(diào)控技術(shù)體系架構(gòu)設(shè)計；研究負(fù)荷資源分層分區(qū)聚合優(yōu)化的調(diào)節(jié)方法；推動建立面向工業(yè)、樓宇、居民、儲能等用戶的全網(wǎng)可調(diào)節(jié)負(fù)荷模型庫與實時仿真平臺；建成完善的可調(diào)節(jié)負(fù)荷與電網(wǎng)實時互動的技術(shù)支撐體系。

支持可調(diào)節(jié)負(fù)荷互動響應(yīng)核心設(shè)備及系統(tǒng)平臺研發(fā)。研制基于5G、國網(wǎng)芯的可調(diào)節(jié)負(fù)荷互動響應(yīng)終端，統(tǒng)一負(fù)荷接入方式，提升數(shù)據(jù)采集處理效率；開發(fā)可調(diào)節(jié)負(fù)荷資源普查APP，現(xiàn)場錄入用戶設(shè)備信息并實時計算響應(yīng)能力，解決傳統(tǒng)普查工作中管控環(huán)節(jié)多、人力投入大等問題；研發(fā)基于互聯(lián)網(wǎng)思維的可調(diào)節(jié)負(fù)荷互動運營平臺，能夠支撐大規(guī)?？烧{(diào)節(jié)負(fù)荷的高效接入，實現(xiàn)可調(diào)節(jié)負(fù)荷的可觀可測和高效調(diào)控。

建立可調(diào)節(jié)負(fù)荷技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系和試驗檢測體系。研究建立涵蓋數(shù)據(jù)模型、運行調(diào)控、安全穩(wěn)定、仿真評估的可調(diào)節(jié)負(fù)荷并網(wǎng)運行與控制技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系；建立需求響應(yīng)主站、互動響應(yīng)終端、互操作、產(chǎn)品檢驗等測試規(guī)范；建成可調(diào)節(jié)負(fù)荷互聯(lián)互通的試驗驗證環(huán)境，能夠支持智能家電云平臺、車聯(lián)網(wǎng)平臺、設(shè)備制造商云平臺等統(tǒng)一交互，實現(xiàn)各類負(fù)荷資源的便捷聚合。

開展可調(diào)節(jié)負(fù)荷示范工程實踐。我國因地制宜開展了多場景下可調(diào)節(jié)負(fù)荷試點應(yīng)用?！叭A”地區(qū)利用可調(diào)節(jié)負(fù)荷開展削峰需求響應(yīng)，在政策引導(dǎo)下，目前“三華”地區(qū)可實現(xiàn)調(diào)峰能力達(dá)611萬千瓦；同時華北地區(qū)已開展第三方獨立主體參與電力調(diào)峰輔助服務(wù)市場試點，2020年一季度負(fù)荷側(cè)參與調(diào)峰電量552萬千瓦時，發(fā)放調(diào)峰補償資金76萬元，并在國內(nèi)首次實現(xiàn)車網(wǎng)互動充電樁資源參與輔助服務(wù)的資金結(jié)算。西北和東北地區(qū)組織可調(diào)節(jié)負(fù)荷在新能源大發(fā)滿發(fā)時，提升用電負(fù)荷，減少“棄風(fēng)棄光”。

未來，在國家電網(wǎng)公司“建設(shè)具有中國特色國際領(lǐng)先的能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)”戰(zhàn)略目標(biāo)引領(lǐng)下，大量由分布式能量采集裝置、儲能裝置和各種類型負(fù)載構(gòu)成的能源節(jié)點將實現(xiàn)互聯(lián)互通，可調(diào)節(jié)負(fù)荷在電網(wǎng)調(diào)峰、促進(jìn)新能源消納、提升客戶能效等方面的價值將被進(jìn)一步挖掘，各方主體共同參與的可調(diào)節(jié)負(fù)荷“互聯(lián)網(wǎng)+”市場化交易模式日漸成熟，最終實現(xiàn)可調(diào)節(jié)負(fù)荷廣泛連接、精準(zhǔn)感知、實時在線、互動交易、智能調(diào)節(jié)、可上可下，打造開放共享的能源互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)體系。