河南省電力需求響應(yīng)能力測算與儲(chǔ)備目標(biāo)優(yōu)化分解

劉軍會(huì)，劉湘蒞，華雋，白宏坤，付涵

（1.國網(wǎng)河南省電力有限公司 經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，鄭州450000；2.國網(wǎng)河南省電力有限公司 營銷部，鄭州450000）

0 引言

近年來，國家對需求響應(yīng)能力建設(shè)提出明確要求：通過引導(dǎo)和激勵(lì)電力用戶挖掘調(diào)峰資源，形成占年度最大用電負(fù)荷3%左右的需求響應(yīng)能力［1—2］。國網(wǎng)公司要求強(qiáng)化需求側(cè)管理，將需求側(cè)可調(diào)節(jié)負(fù)荷納入電力規(guī)劃，按照95%最大負(fù)荷進(jìn)行“十四五”期間電力平衡規(guī)劃。文獻(xiàn)［3］—文獻(xiàn)［5］聚焦響應(yīng)潛力和激勵(lì)機(jī)制開展研究，文獻(xiàn)［6］—文獻(xiàn)［9］對政策保障機(jī)制、信息化支撐、平臺(tái)部署等關(guān)鍵問題進(jìn)行探討，為河南省開展需求響應(yīng)工作提供了較好的借鑒和參考，但未見面向規(guī)劃的應(yīng)用研究。為把需求側(cè)可調(diào)節(jié)資源納入“十四五”期間電力規(guī)劃，作為平衡電力供需的首選手段，本文聚焦各地市響應(yīng)能力，充分考慮地區(qū)供需情況，從全省整體出發(fā)進(jìn)行評估，優(yōu)化儲(chǔ)備目標(biāo)分解順序，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)備目標(biāo)與響應(yīng)能力的動(dòng)態(tài)平衡，確保目標(biāo)制定合理，規(guī)劃切實(shí)可行。

1 “十四五”期間河南省及各地市電力供需情況分析

面對“十四五”期間河南電力供需缺口的壓力，單純從供給側(cè)難以經(jīng)濟(jì)、高效地解決供電缺口問題，需要充分挖掘需求側(cè)響應(yīng)潛力。為在電力供應(yīng)緊張的區(qū)域安排足量的需求側(cè)可調(diào)節(jié)負(fù)荷資源，開展更精準(zhǔn)、靈活的互動(dòng)響應(yīng)，需要根據(jù)“十四五”期間電力供需情況，進(jìn)一步明確分區(qū)電力缺口。

1.1 河南省電力供需情況分析

綜合考慮河南省全社會(huì)最大負(fù)荷以及系統(tǒng)供應(yīng)能力，“十四五”期間全省電力缺口呈逐年擴(kuò)大趨勢，2025年缺口將擴(kuò)大至約1 600萬kW。河南省“十四五”期間夏季晚高峰電力平衡情況如表1所示。

表1 河南省“十四五”期間夏季晚高峰電力平衡情況Table 1 Summer evening peak power balance of Henan province during the 14th Five-Year Plan period

1.2 “十四五”期間河南省分區(qū)電力平衡情況

“十四五”期間，參照各分區(qū)電力需求情況和省網(wǎng)平衡原則對河南省各分區(qū)電力平衡情況進(jìn)行分析，如表2、表3所示。

表2 “十四五”期間河南省分區(qū)晚高峰電力平衡情況Table 2 Evening peak power balance of Henan province during the 14th Five-Year Plan period

1.2.1 豫北區(qū)域

2021年豫北整體電力盈余11萬kW；到2023年，豫北電力缺口為175萬kW；到2025年，豫北地區(qū)電力缺口進(jìn)一步擴(kuò)大，整體電力缺額378萬kW。

1.2.2 豫西區(qū)域

作為河南的電源基地，2021年豫西整體電力盈余444萬kW；到2023年，豫西整體電力盈余359萬kW；到2025年，豫西盈余206萬kW。

1.2.3 豫中東區(qū)域

考慮天中直流逐步滿送，2021年豫中東整體電力缺額為214萬kW；到2023年，豫中東整體電力缺額約為449萬kW；到2025年，豫中東整體電力缺口進(jìn)一步擴(kuò)大至678萬kW。

表3 “十四五”期間河南省各地市晚高峰電力平衡情況Table 3 Evening peak power balance of prefecture-level cities in Henan province during the 14th Five-Year Plan period

1.2.4 豫南電網(wǎng)

考慮2020年青豫直流建成投產(chǎn)，2021年豫南整體電力缺口約501萬kW；到2023年，豫南電力缺口擴(kuò)大至548萬kW；到2025年，豫南地區(qū)整體電力缺口約768萬kW。

綜上，“十四五”初期，豫南因青豫直流的投運(yùn)，駐信由傳統(tǒng)的受電區(qū)域變?yōu)樗碗妳^(qū)域，河南省夏季晚高峰時(shí)期供電緊張的地區(qū)主要分布在豫南的許漯周、平南5個(gè)地市。隨著各區(qū)域負(fù)荷發(fā)展，“十四五”中期，供電緊張的區(qū)域擴(kuò)展到豫北的安鶴濮。“十四五”末期，供電緊張區(qū)域進(jìn)一步擴(kuò)展至豫中的鄭開商地區(qū)。

2 “十四五”期間河南省18地市響應(yīng)能力評估

需求響應(yīng)能力與區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和負(fù)荷水平密切相關(guān)，各地市存在一定的差異。單個(gè)地市的需求響應(yīng)能力可以通過調(diào)研方式由行業(yè)響應(yīng)能力“自下而上”匯總得到。

地市m第i個(gè)行業(yè)響應(yīng)能力計(jì)算公式為

式中：ΔPm,i為地市m行業(yè)i需求響應(yīng)能力；Ppeak,i為實(shí)施需求響應(yīng)前峰荷，是行業(yè)固有的負(fù)荷特性，具有一定的發(fā)展規(guī)律，可根據(jù)“十四五”期間地市行業(yè)發(fā)展規(guī)劃采用趨勢外推法進(jìn)行預(yù)測；γi為需求響應(yīng)時(shí)段可削減（避峰）負(fù)荷比例，與用戶的用電設(shè)備、生產(chǎn)工藝、負(fù)荷管理水平有關(guān)；δi為行業(yè)i用戶參與度，可通過調(diào)研一定數(shù)量的樣本用戶j（j=1，2，3，…，n）獲得。假定總量為n的樣本用戶中有k個(gè)用戶參與需求響應(yīng)，則對于行業(yè)i可以合理推測出削峰比例γi和參與度δi如下

對具有參與意向、具備響應(yīng)能力的r個(gè)行業(yè)負(fù)荷削減潛力進(jìn)行累加，匯總得到地市m的需求響應(yīng)能力Pm（m=1，2，3，…，18），即

按照上述方法通過調(diào)研分析得到“十四五”期間河南省各地市響應(yīng)能力，如表4所示。到2025年，將各地市需求響應(yīng)能力相加可得，全省可調(diào)節(jié)負(fù)荷規(guī)模將達(dá)到774萬kW，響應(yīng)能力超過750萬kW。

表4 “十四五”期間河南省各地市響應(yīng)能力分解Table 4 Response capability decomposition of prefecture-level cities in Henan province during the 14th Five-Year Plan period

3 “十四五”期間河南省需求響應(yīng)儲(chǔ)備目標(biāo)地市分解

根據(jù)分區(qū)電力供需形勢，按照年度儲(chǔ)備目標(biāo)在全省范圍內(nèi)組織需求響應(yīng)資源?！笆奈濉逼陂g河南省需求響應(yīng)儲(chǔ)備目標(biāo)如表5所示。

表5 “十四五”期間河南省需求響應(yīng)儲(chǔ)備目標(biāo)Table 5 Demand response reserve target of Henan province during the 14th Five-Year Plan period

根據(jù)電力供需情況，將18個(gè)地市分成3類。從全省整體出發(fā)，樹立“一盤棋”思想，統(tǒng)籌考慮地市電力供應(yīng)缺口與需求響應(yīng)能力，優(yōu)化儲(chǔ)備目標(biāo)分解順序，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)備目標(biāo)與響應(yīng)能力的動(dòng)態(tài)平衡。

第Ⅰ類：“十四五”期間不存在供電缺口且負(fù)荷規(guī)模小的地區(qū)，比如三門峽、濟(jì)源；由于青豫直流投運(yùn)，由受電區(qū)域變?yōu)楣╇妳^(qū)域，且工業(yè)負(fù)荷比重較低的地區(qū)，如駐信；

第Ⅱ類：“十四五”期間始終存在供電缺口、需要外部聯(lián)絡(luò)線供應(yīng)的地區(qū)，如許漯周和平南；

第Ⅲ類：“十四五”期間逐步出現(xiàn)供電缺口的地區(qū)，如安鶴濮、鄭開商；“十四五”期間不存在供電缺口但負(fù)荷規(guī)模較大的地區(qū)，如洛陽、焦新。

儲(chǔ)備目標(biāo)分解順序如下：

（1）首先安排第Ⅰ類地區(qū)，“十四五”期間需求響應(yīng)儲(chǔ)備目標(biāo)維持2020年水平；

（2）其次安排第Ⅱ類地區(qū)，“十四五”期間需求響應(yīng)儲(chǔ)備目標(biāo)與本地需求響應(yīng)能力保持一致；

（3）剩余儲(chǔ)備目標(biāo)安排第Ⅲ類地區(qū)實(shí)施，設(shè)定平衡系數(shù)k，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)備目標(biāo)與響應(yīng)能力的動(dòng)態(tài)平衡

式中：Pm為年度m全省需求響應(yīng)儲(chǔ)備目標(biāo)，m為水平年，取值為2021年、2022年……2025年；Qm,x為年度m第x類地區(qū)已確定的儲(chǔ)備目標(biāo)，x取值為Ⅰ、Ⅱ；Am,l為年度m地市l(wèi)的需求響應(yīng)能力，地市l(wèi)歸屬為第Ⅲ類地區(qū)；k為平衡系數(shù)，一般情況下，平衡系數(shù)01，則將參與平衡的地市范圍擴(kuò)大到第Ⅱ類地區(qū)。

通過平衡系數(shù)k確定第Ⅲ類地區(qū)的儲(chǔ)備目標(biāo)Qm,Ⅲ

各地市的儲(chǔ)備目標(biāo)分解方案如表6所示。

4 主要結(jié)論

全省“十四五”期間一直存在電力缺口，且呈現(xiàn)逐年擴(kuò)大趨勢，2025年缺口將擴(kuò)大至1 600萬kW；經(jīng)測算，2025年全省需求響應(yīng)能力將超過750萬kW，可以滿足全省需求側(cè)響應(yīng)500萬kW的實(shí)施規(guī)模（最大負(fù)荷5%水平）；為確保需求響應(yīng)穩(wěn)步實(shí)施，需統(tǒng)籌考慮地市響應(yīng)能力與區(qū)域供需缺口進(jìn)行儲(chǔ)備目標(biāo)分解。

表6 “十四五”期間河南省需求響應(yīng)儲(chǔ)備目標(biāo)地市分解方案Table 6 Demand response reserve target decomposition scheme of prefecture-level cities in Henan province during the 14th Five-Year Plan period

4.1 “十四五”期間大部分地市存在電力供應(yīng)缺口

綜合考慮河南省全社會(huì)最大負(fù)荷以及系統(tǒng)供應(yīng)能力，“十四五”期間全省電力缺口呈逐年擴(kuò)大趨勢，2025年缺口將擴(kuò)大至1 600萬kW左右。因青豫直流的投運(yùn)，駐信由傳統(tǒng)的受電區(qū)域變?yōu)樗碗妳^(qū)域，2025年駐信區(qū)域盈余132萬kW；作為傳統(tǒng)的電源基地，2025年豫西區(qū)域盈余206萬kW。隨著負(fù)荷的發(fā)展，2025年供電緊張的區(qū)域?yàn)樵ケ钡陌产Q濮、豫中的鄭開商、以及豫南的許洛周、平南；其中，安鶴濮區(qū)域電力缺額將擴(kuò)大至407萬kW，鄭開商區(qū)域電力缺額擴(kuò)大至678萬kW，許洛周、平南區(qū)域電力缺額擴(kuò)大至689萬kW、326萬kW。

4.2 2025年全省需求響應(yīng)能力超過750萬kW

需求響應(yīng)自實(shí)施以來，參與用戶主要集中于工業(yè)企業(yè)和大型商業(yè)。需求響應(yīng)能力與區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、負(fù)荷水平密切相關(guān)，綜合考慮各地區(qū)的響應(yīng)能力與電力供需形勢，對各地市通過調(diào)研方式“自下而上”匯總分行業(yè)響應(yīng)能力，預(yù)計(jì)2025年全省需求響應(yīng)能力超過750萬kW，可以滿足全省需求側(cè)響應(yīng)500萬kW的實(shí)施規(guī)模（最大負(fù)荷5%水平）。

4.3 目標(biāo)分解需統(tǒng)籌考慮地市響應(yīng)能力與區(qū)域供需缺口

需求響應(yīng)儲(chǔ)備目標(biāo)分解應(yīng)堅(jiān)持全省“一盤棋”，統(tǒng)籌考慮地市響應(yīng)能力與區(qū)域供需缺口。需求響應(yīng)能力與區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和負(fù)荷水平密切相關(guān)，各地市存在一定的差異；同時(shí)，各區(qū)域供需形勢不同，對需求側(cè)可調(diào)節(jié)資源量的需求也存在差異。應(yīng)堅(jiān)持“因地制宜、分類推進(jìn)”的原則，對于“十四五”期間不存在供電缺口的地區(qū)，儲(chǔ)備目標(biāo)應(yīng)與響應(yīng)能力解耦，維持在合理的較低水平；對于“十四五”期間持續(xù)存在供電缺口的地區(qū)，儲(chǔ)備目標(biāo)應(yīng)按照響應(yīng)能力的上限進(jìn)行設(shè)定；對于其他地區(qū)，通過設(shè)置平衡系數(shù)，確保全省總體目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

5 “十四五”期間需求響應(yīng)工作建議

“十四五”期間，為促進(jìn)全省逐步建立占年度最大負(fù)荷3%～5%的需求響應(yīng)能力，建議規(guī)劃階段把需求響應(yīng)作為重要資源，納入電力供需平衡規(guī)劃，充分利用互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)，提升簽訂需求響應(yīng)協(xié)議、自動(dòng)對用電設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制等操作便捷度；同時(shí)，利用支付寶、微信等使用率高的社交生活軟件等現(xiàn)代化新媒體宣傳方式，提高廣大居民和小商業(yè)用戶對需求響應(yīng)的認(rèn)可度，進(jìn)而提高需求響應(yīng)能力［10］。

5.1 規(guī)劃階段把需求響應(yīng)作為重要資源，納入電力供需平衡

優(yōu)先保證省內(nèi)電源有效供給能力，積極開拓省外市場，大力推進(jìn)第三直流前期工作，同時(shí)，把需求響應(yīng)作為重要的資源納入供需平衡，根據(jù)電力供需情況穩(wěn)步擴(kuò)大實(shí)施范圍和規(guī)模，并進(jìn)一步挖掘電動(dòng)汽車充電樁、冷庫、通信基站等新興負(fù)荷的需求響應(yīng)潛力。

5.2 開發(fā)利用需求響應(yīng)支撐技術(shù)，提升響應(yīng)便捷度

利用互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)，將用戶參與需求響應(yīng)的預(yù)期收益和實(shí)際補(bǔ)貼金額及時(shí)反映給用戶，激發(fā)其參與需求響應(yīng)項(xiàng)目的積極性。利用便捷的線上服務(wù)，試點(diǎn)網(wǎng)上簽訂需求響應(yīng)協(xié)議，豐富簽約形式，簡化簽約流程。采用智能控制終端，依據(jù)用戶意愿或者電網(wǎng)側(cè)需求響應(yīng)指令，自動(dòng)對用電設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)靈活需求響應(yīng)。

5.3 加強(qiáng)宣傳引導(dǎo)，提高廣大居民和小商業(yè)用戶需求響應(yīng)能力

豐富激勵(lì)手段，以政府或者省公司表彰文件等形式激發(fā)基層工作人員組織、宣傳、參與需求響應(yīng)的積極性。采用現(xiàn)代化新媒體宣傳方式，利用支付寶、微信等使用率高的社交生活軟件，向全社會(huì)宣傳需求響應(yīng)及用能優(yōu)化對保障電力平衡安全、提升效率、降低全社會(huì)成本的重要意義，加強(qiáng)與電力用戶、負(fù)荷聚合商、設(shè)備廠商等市場主體的業(yè)務(wù)合作，共同促進(jìn)需求響應(yīng)業(yè)務(wù)良性發(fā)展。