湖北電網(wǎng)需求側(cè)資源利用實踐與分析

鄧桂平，畢 偉，吳鋒艷，吳海濤

（1.國網(wǎng)湖北省電力有限公司電力科學研究院，湖北 武漢 430077；2.國網(wǎng)湖北省電力有限公司，湖北 武漢 430077；3.國網(wǎng)湖北省電力有限公司物資公司（國網(wǎng)湖北招標有限公司），湖北 武漢 430010；4.國網(wǎng)湖北省電力有限公司武漢公司，湖北 武漢 430010）

0 引言

新型電力系統(tǒng)中電源結(jié)構、用電結(jié)構和系統(tǒng)生態(tài)將發(fā)生深刻變化［1-2］，系統(tǒng)調(diào)節(jié)資源缺乏、新能源消納困難的問題已越來越突出［3］。中國工業(yè)企業(yè)、商業(yè)建筑、充電樁及充電站等用電需求側(cè)蘊藏了巨大的可調(diào)節(jié)資源［4］，在高比例新能源發(fā)電與尖峰負荷日益提高的雙重壓力下，亟需推動電力系統(tǒng)由“源隨荷動”向“源荷互動”轉(zhuǎn)變，充分發(fā)揮需求側(cè)資源在以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)中的作用十分迫切和必要［5-9］。截至2022年7月，湖北電網(wǎng)新能源裝機達1 848.9萬kW、占比20.48%，預計2025 年湖北電網(wǎng)新能源裝機將突破4 000 萬kW。另一方面，近年來湖北電網(wǎng)負荷增長迅速，特別是度夏、度冬、極端天氣期間電力供需形勢嚴峻，充分挖掘利用需求側(cè)資源已成為湖北電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的迫切要求。為推動湖北電網(wǎng)需求側(cè)資源利用工作取得更好實效，本文在分析湖北電網(wǎng)2022年迎峰度夏負荷資源結(jié)構特點、需求響應典型實踐情況基礎上，提出了當前湖北電網(wǎng)需求側(cè)資源利用的主要問題及下一步技術措施。

1 湖北電網(wǎng)需求側(cè)資源利用現(xiàn)狀

從需求側(cè)資源利用的發(fā)展歷程看，需求側(cè)資源利用方式主要包括有序用電、節(jié)約用電、需求響應等。有序用電是在電力供應不足、突發(fā)事件等情況下，通過行政措施、經(jīng)濟手段、技術方法，依法控制部分用電需求，維護供用電秩序平穩(wěn)的管理工作。節(jié)約用電是指采取技術和管理措施，在用電環(huán)節(jié)制止浪費、降低電耗、實現(xiàn)電力電量節(jié)約的需求側(cè)資源利用方式。需求響應是指電力用戶根據(jù)經(jīng)濟激勵措施做出響應，自主調(diào)整用電行為、在特定時段減少或增加用電的需求側(cè)資源利用方式，原則上無政府強制行政干預，受用戶自主意愿和經(jīng)濟激勵措施的影響較大。

國際上早已就負荷用戶與電網(wǎng)的互動模式開展了前瞻性研究［10-14］，國內(nèi)在彈性負荷接入對電力系統(tǒng)的影響分析［15-16］、電動汽車［17-21］和分布式儲能［22-23］及虛擬電廠［24-25］等負荷參與電網(wǎng)運行優(yōu)化控制方面也做了大量的策略研究和技術儲備?！笆濉睍r期，我國電力需求響應總體呈現(xiàn)快速發(fā)展趨勢，從2014年局部試點逐步轉(zhuǎn)向省級范圍大規(guī)模示范應用，為我國能源結(jié)構轉(zhuǎn)型、清潔能源消納、電網(wǎng)安全運行、電力供需平衡提供了有力支撐［26-28］。截至2020 年12 月，全國共有11個省（市）開展了需求響應相關試點工作，單次最高響應容量達402 萬kW，有效緩解了電網(wǎng)供需平衡壓力。與國內(nèi)江蘇、浙江、上海［29］等需求側(cè)資源開發(fā)和市場培育水平較高?。ㄊ校┫啾?，湖北電網(wǎng)需求側(cè)資源利用發(fā)展目前處于起步階段。湖北電網(wǎng)近十年未實施有序用電措施，2021 年首次發(fā)布需求響應方案并實施5 次小規(guī)模需求響應試點，共87 戶次用戶參與、壓降負荷6.39萬kW；2022年湖北電網(wǎng)全面升級電力需求響應政策，湖北省能源局于2022年6月印發(fā)《湖北省電力需求響應實施方案（2022 年）》（鄂能源調(diào)度〔2022〕32 號）。2022年迎峰度夏期間全省電力供需形勢空前嚴峻，湖北電網(wǎng)累計執(zhí)行19 次削峰需求響應（全網(wǎng)16 次、局部斷面3 次），參與用戶共5.3 萬戶次，壓降尖峰負荷共4 632 萬kW，單次最高響應容量達510 萬kW、占湖北電網(wǎng)歷史最大負荷的10.5%，是湖北電網(wǎng)首次大規(guī)模、長時間利用需求側(cè)資源支撐電力供需平衡的典型實踐。

2 湖北電網(wǎng)負荷資源結(jié)構及特點

2.1 湖北電網(wǎng)負荷資源結(jié)構

2022 年8 月9 日至2022 年8 月23 日，全省連續(xù)執(zhí)行14 輪全網(wǎng)需求響應，2022 年8 月8 日是執(zhí)行全網(wǎng)需求響應前一天，且該日最大用電負荷4 846萬kW接近2022 年全省度夏期間最大供電能力4 861.6 萬kW，能客觀反映湖北電網(wǎng)度夏真實的尖峰負荷情況，故選取2022年8月8日負荷來分析湖北電網(wǎng)夏季尖峰負荷資源結(jié)構及特點，為湖北電網(wǎng)需求側(cè)資源利用及潛力挖掘提供基礎。

從午、晚高峰負荷來看，全省午高峰時段（13：00-16：00）平均負荷4 773.42 萬kW，晚高峰時段（20：00-23：00）平均負荷4 736.13 萬kW。湖北電網(wǎng)2022 年夏季典型午、晚高峰全量用電負荷情況如表1所示。

表1 湖北電網(wǎng)夏季典型午、晚高峰全量用電負荷情況Table 1 Typical summer noon and evening peak loads of Hubei power grid

從各產(chǎn)業(yè)負荷來看，午高峰時段，三次產(chǎn)業(yè)用戶平均負荷分別為28.08萬kW、1 959.39萬kW、1 387.27萬kW，占比分別為0.59%、41.05%、29.06%；城鄉(xiāng)居民用電負荷為1 398.68萬kW，占比29.30%。晚高峰時段，三次產(chǎn)業(yè)用戶平均負荷分別為24.21 萬kW、1 594.79 萬kW、969.79萬kW，占比分別為0.51%、33.67%、20.48%；城鄉(xiāng)居民平均負荷為2 147.34萬kW，占比45.34%。

對比以上數(shù)據(jù)可知：湖北電網(wǎng)夏季典型午、晚高峰整體負荷幾乎相當，但午、晚高峰負荷結(jié)構差別顯著。相較于午高峰，晚高峰時段第二和第三產(chǎn)業(yè)負荷分別下降364.60 萬kW 和417.48萬kW、兩個產(chǎn)業(yè)負荷共下降782.08萬kW的情況下，居民負荷大幅提升748.66萬kW。晚高峰可調(diào)控負荷資源嚴重下降，削峰需求響應執(zhí)行難度嚴重提高。

2.2 工業(yè)、服務業(yè)可調(diào)控負荷資源特點

從各工業(yè)行業(yè)負荷來看，2022年8月8日午高峰負荷最高的14個工業(yè)行業(yè)，午高峰時段總平均負荷為634.57萬kW、占第二產(chǎn)業(yè)午高峰總平均負荷1 959.39萬kW的32.39%；晚高峰時段，以上14 個行業(yè)總平均負荷為578.09 萬kW、占第二產(chǎn)業(yè)晚高峰總平均負荷1 594.79萬kW的36.25%。相較于午高峰，在第二產(chǎn)業(yè)晚高峰負荷總下降364.60萬kW情況下，在午高峰占第二產(chǎn)業(yè)負荷32.39%的14 個負荷最高工業(yè)行業(yè)，在晚高峰時負荷僅下降56.48 萬kW，56.48 萬kW 僅占第二產(chǎn)業(yè)晚高峰下降總負荷364.60 萬kW 的15.49%。對比可知：負荷最高的14個工業(yè)行業(yè)可作為午、晚高峰可調(diào)控的主力負荷資源。

從各服務業(yè)負荷來看，房地產(chǎn)業(yè)、批發(fā)零售、住宿/餐飲、租賃/商務服務等4個含有空調(diào)建筑樓宇行業(yè)的負荷可調(diào)控潛力較大，對經(jīng)營影響較小的可調(diào)負荷（如空調(diào)、照明等）占用戶總負荷的23%～36%。相較于午高峰，以上4個服務行業(yè)晚高峰負荷總下降約150萬kW。根據(jù)午、晚高峰負荷情況及可調(diào)負荷比例，以上4個服務行業(yè)在午、晚高峰對用戶經(jīng)營影響較小的可調(diào)負荷資源潛力分別約為150萬kW、110萬kW，可作為午、晚高峰的優(yōu)質(zhì)可調(diào)負荷資源。

3 湖北電網(wǎng)需求響應執(zhí)行情況

2022年8月19日湖北全網(wǎng)執(zhí)行需求響應，執(zhí)行時段目標壓降負荷量為520萬kW（超過歷史最大負荷的10%）、實際最大壓降響應量407.58萬kW，是湖北電網(wǎng)2022年迎峰度夏典型需求響應執(zhí)行日，故通過2022年8 月19 日響應數(shù)據(jù)來分析湖北電網(wǎng)2022 年迎峰度夏需求響應執(zhí)行情況。

從各產(chǎn)業(yè)響應量來看，第一產(chǎn)業(yè)未參與響應，第二、第三產(chǎn)業(yè)在執(zhí)行時段的平均響應量分別為327.43萬kW、23.48 萬kW，占比分別為93.31%、6.69%，第二產(chǎn)業(yè)中工業(yè)平均響應量為316.48萬kW、占總平均響應量的90.19%，各產(chǎn)業(yè)在2022年8月19日需求響應量如表2所示。

表2 湖北電網(wǎng)需求響應典型執(zhí)行日各產(chǎn)業(yè)響應量Table 2 Response quantity of each industry on typical implementation day of demand response of Hubei power grid

從午、晚高峰響應量來看，午高峰期間各產(chǎn)業(yè)頂峰響應能力不足，全行業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)午高峰平均響應量較執(zhí)行時段平均響應量分別下降8.64 萬kW、4.25萬kW、4.39 萬kW；與午高峰平均響應量相比，晚高峰頂峰響應能力呈現(xiàn)全行業(yè)和第二產(chǎn)業(yè)明顯上升、第三產(chǎn)業(yè)繼續(xù)下降的態(tài)勢，晚高峰全行業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)中工業(yè)平均響應量分別提升20.97 萬kW、25.70 萬kW、28.63 萬kW，第三產(chǎn)業(yè)平均響應量下降4.73萬kW。

從各行業(yè)響應量來看，2022年8月19日需求響應執(zhí)行時段共有113 個行業(yè)參與，各行業(yè)響應量呈現(xiàn)聚集效應，平均響應量排前10 的行業(yè)都在2022 年8 月8日午高峰負荷最高的14個工業(yè)行業(yè)之中，以上10個工業(yè)行業(yè)在需求響應執(zhí)行全時段、午高峰時段、晚高峰時段總平均響應量分別為247.36萬kW、236.10萬kW、268.52萬kW，分別占對應時段全行業(yè)總平均響應量的70.49%、68.98%、73.92%。

通過以上對比可知：第二產(chǎn)業(yè)中工業(yè)特別是用電負荷高的10個工業(yè)行業(yè)是需求響應資源的聚集主力，而且在晚高峰頂峰響應能力明顯上升。相比于第三產(chǎn)業(yè)負荷的可調(diào)資源潛力，第三產(chǎn)業(yè)中特別是含有空調(diào)建筑樓宇的房地產(chǎn)業(yè)、批發(fā)零售、住宿/餐飲、租賃/商務服務等4個服務行業(yè)在午、晚高峰響應量都較低。

4 湖北電網(wǎng)需求側(cè)資源利用的主要問題

通過湖北電網(wǎng)首次大規(guī)模、長時間執(zhí)行需求響應實踐過程情況及困難來看，當前湖北電網(wǎng)需求側(cè)資源利用主要面臨以下四方面問題：

1）僅通過需求響應方式難以解決長時間、大規(guī)模的負荷缺口。湖北電網(wǎng)2022 年迎峰度夏期間連續(xù)多日執(zhí)行削峰需求響應，負荷缺口從50 萬kW 逐步攀升至超過500 萬kW，需求響應可調(diào)控資源已接近極限。隨著需求響應連續(xù)長時間、大規(guī)模開展，企業(yè)參與意愿減弱，響應執(zhí)行率呈明顯下降趨勢，需求響應執(zhí)行面臨負荷資源壓無可壓的困境。

2）亟需加快多元可調(diào)節(jié)負荷資源庫建設。目前對各類工業(yè)可調(diào)節(jié)設備和可調(diào)節(jié)能力未形成“線上化、標簽化、體系化”管理，對用戶負荷特性、實際可調(diào)可控能力等信息掌握不足；目前僅聚集于主要大工業(yè)企業(yè)的剛性調(diào)控方案無法應對今后常態(tài)化的需求側(cè)資源利用需求，亟需加快工業(yè)企業(yè)、園區(qū)、辦公及商業(yè)樓宇、充電站及充電樁、5G基站分布式儲能等多元可調(diào)節(jié)負荷資源庫建設。

3）系統(tǒng)支撐能力有待優(yōu)化。當前負荷壓降監(jiān)測數(shù)據(jù)延時約為30 min，無法滿足供電缺口緊急時刻下負荷壓降實時監(jiān)控需求；系統(tǒng)基線計算能力、執(zhí)行策略分解、多維度統(tǒng)計分析等功能還需不斷優(yōu)化。

4）技術支撐水平有待提高。負荷特性分析、負荷資源響應特征參數(shù)辨識及潛力評估等技術手段不足，缺乏對非居民空調(diào)、充電站及充電樁、5G 基站分布式儲能等柔性負荷資源聚合調(diào)控技術手段，缺乏行業(yè)負荷分析、客戶畫像等重要信息化支撐手段。

5 湖北電網(wǎng)需求側(cè)資源利用下一步技術措施

為推動湖北電網(wǎng)需求側(cè)資源利用工作取得更多實效，針對以上4方面問題的技術措施如下：

1）明確不同需求側(cè)資源利用方式的銜接互補策略及技術方案。針對湖北迎峰度冬及度夏、極端天氣等時段電網(wǎng)運行和負荷特性，全面梳理需求響應、有序用電、節(jié)約用電等各類負荷資源，明確需求響應、有序用電、節(jié)約用電等不同負荷資源利用方式“優(yōu)先、保底、助力”的啟動條件、銜接互補策略及銜接技術方案。

2）加快分區(qū)、分層、分級負荷資源庫建設。規(guī)范基層到戶核定重點大工業(yè)用戶保安負荷、分輪次及各分路可調(diào)可控負荷容量，擴大分輪次及各分路的精準可調(diào)可控負荷資源池；深入開展辦公及商業(yè)樓宇、園區(qū)、充電站及充電樁、5G 基站分布式儲能等快速可調(diào)資源摸排，加快對各類快速可調(diào)資源的聚合調(diào)控能力建設；利用大數(shù)據(jù)分析、負荷資源潛力評估、客戶畫像等技術，加快“線上化、標簽化、體系化”管理的分區(qū)、分層、分級負荷資源庫建設。

3）全面提升負荷管理系統(tǒng)應用深度。鞏固完善新型電力負荷管理系統(tǒng)一期功能，強化平臺負荷資源分析，細分資源所屬行業(yè)及生產(chǎn)特性，精準判斷客戶實際負荷控制能力。做好系統(tǒng)二期建設前期準備，加快負荷管理終端升級改造和用戶側(cè)控制回路建設［30］，開展智慧能源單元等新型智能終端在需求響應、能效服務、營調(diào)協(xié)同控制等場景的試點應用及技術驗證，不斷提升需求側(cè)資源利用的實用化水平。

4）加快需求側(cè)資源利用關鍵技術攻關及應用。加強自動需求響應技術的研究與應用，加快需求側(cè)資源與電網(wǎng)供需互動響應的潛力評估、模型構建、負荷聚合、信息交互、安全接入、調(diào)控策略及調(diào)控體系等方面的技術研究及示范應用，提高需求響應的自動化和實時化水平，為需求側(cè)資源參與緊急供需平衡、調(diào)峰調(diào)頻輔助服務及電力市場交易等場景提供技術支撐。

6 結(jié)語

為應對新形勢下湖北電網(wǎng)在電力供需平衡、安全穩(wěn)定運行等方面的新挑戰(zhàn)，亟需加快挖掘需求側(cè)資源參與電網(wǎng)友好互動能力。結(jié)合當前湖北電網(wǎng)需求側(cè)資源利用現(xiàn)狀及面臨的主要問題，下一步需從資源利用方式銜接互補、資源庫建設、系統(tǒng)深化應用和關鍵技術攻關4方面技術措施推動湖北電網(wǎng)需求側(cè)資源利用工作取得更多實效。