面向源荷互動(dòng)的建筑-電網(wǎng)數(shù)據(jù)共享現(xiàn)狀與展望*

肖偉棟 劉 耀 蔣純冰 張 吉 劉曉華△ 彭 放

(1.國家電網(wǎng)有限公司華北分部,北京;2.清華大學(xué),北京;3.國家電網(wǎng)有限公司大數(shù)據(jù)中心,北京)

0 引言

數(shù)據(jù)作為新的生產(chǎn)要素,正在改變?nèi)鐣?huì)的生產(chǎn)生活方式[1]。能源產(chǎn)業(yè)與數(shù)字技術(shù)融合發(fā)展是新時(shí)代推動(dòng)我國能源產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)高級(jí)化、產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)代化的重要引擎[2]。新型電力系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵[3]。伴隨著新型電力系統(tǒng)建設(shè)的不斷推進(jìn)[4],電力系統(tǒng)迫切需要借助于先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)與大數(shù)據(jù)分析技術(shù)更新和提升電力技術(shù)監(jiān)督手段[5],以保障新型電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行[6]。云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、電力物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、區(qū)塊鏈、邊緣計(jì)算等“云大物移智鏈邊”數(shù)字化新興技術(shù)為電力系統(tǒng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供了有力支持[7]。

建筑部門是電力系統(tǒng)重要的終端用戶,也是造成碳排放的主要責(zé)任領(lǐng)域之一,建筑相關(guān)用能(含建造和運(yùn)行)約占我國社會(huì)總能耗的1/3[8]。為促進(jìn)建筑節(jié)能,住房城鄉(xiāng)建設(shè)部2007年發(fā)布《關(guān)于加強(qiáng)國家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑節(jié)能管理工作的實(shí)施意見》[9],要求對(duì)建筑能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測,作為建筑能源審計(jì)、節(jié)能診斷和節(jié)能改造等工作的重要依據(jù)。2010年起,隨著能耗統(tǒng)計(jì)、能源審計(jì)、能效公示工作在全國的展開,國家根據(jù)各地工作進(jìn)展,陸續(xù)支持具備條件的省市建立能耗監(jiān)測平臺(tái)。2011年7月,住房城鄉(xiāng)建設(shè)部組織編制并印發(fā)了《國家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)上報(bào)規(guī)范》,用以指導(dǎo)各省(市)級(jí)監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)上傳工作,規(guī)范部級(jí)監(jiān)測系統(tǒng)和省(市)級(jí)監(jiān)測系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?nèi)容、方式和格式,保證數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性、完整性和準(zhǔn)確性。2017年1月,為進(jìn)一步規(guī)范省級(jí)公共建筑能耗監(jiān)測平臺(tái)與部級(jí)監(jiān)測平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)傳輸,強(qiáng)化數(shù)據(jù)的分析應(yīng)用,住房城鄉(xiāng)建設(shè)部修訂印發(fā)了《省級(jí)公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)上報(bào)規(guī)范》,省級(jí)公共建筑能耗監(jiān)測平臺(tái)的政策文件體系初步健全。在人工智能、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)的推動(dòng)下,建筑也正邁向信息化和智能化[10]。

數(shù)據(jù)對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行、對(duì)建筑節(jié)能工作推進(jìn)等均具有重要意義,也是重要的研究熱點(diǎn)。建筑數(shù)據(jù)方面,李懷等人總結(jié)了我國建筑智能化系統(tǒng)應(yīng)用的現(xiàn)存問題,指出多數(shù)智能化系統(tǒng)有數(shù)據(jù)記錄功能,但無自動(dòng)分析功能,大量極具價(jià)值的運(yùn)行數(shù)據(jù)無法有效用于指導(dǎo)運(yùn)行[11]。劉伊生等人對(duì)建筑全壽命周期內(nèi)多源異構(gòu)的用能數(shù)據(jù)展開敘述,發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有獲取渠道來源多樣,統(tǒng)計(jì)口徑不統(tǒng)一,無法獲取目標(biāo)用能信息[12]。劉燁等人對(duì)民用建筑現(xiàn)狀指標(biāo)數(shù)據(jù)調(diào)研分析發(fā)現(xiàn),現(xiàn)有微觀數(shù)據(jù)存在采集數(shù)據(jù)不統(tǒng)一、能源邊界不一致、數(shù)據(jù)不互通共享等問題[13]。電網(wǎng)數(shù)據(jù)方面,國網(wǎng)北京市電力公司提出了基于“云邊”協(xié)同技術(shù)的能源數(shù)據(jù)知識(shí)挖掘和基于區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)知識(shí)共享框架[14],形成了以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為支撐,電網(wǎng)、天然氣、供水、交通等其他網(wǎng)絡(luò)緊密耦合的復(fù)雜多網(wǎng)流系統(tǒng)[15]。廣西電網(wǎng)為滿足企業(yè)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互、統(tǒng)一開發(fā)與應(yīng)用的需求,提出了電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享應(yīng)用平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì),以提供數(shù)據(jù)信息作為主要服務(wù)[16]。文獻(xiàn)[17]對(duì)電力系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)共享應(yīng)用進(jìn)行了綜述,并研究了數(shù)據(jù)共享對(duì)相關(guān)利益者的價(jià)值和風(fēng)險(xiǎn)。文獻(xiàn)[18]從電力零售的角度提出了電力側(cè)和用電側(cè)交易的數(shù)據(jù)共享機(jī)制,說明了數(shù)據(jù)共享可以降低能源交易中的不確定性,從而提高決策盈利能力。文獻(xiàn)[19]系統(tǒng)地梳理了數(shù)據(jù)共享中確權(quán)和隱私保護(hù)2個(gè)關(guān)鍵問題,為可信的數(shù)據(jù)開放共享提供了根本保障。

如何實(shí)現(xiàn)建筑與電力系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)協(xié)同、數(shù)據(jù)共享,對(duì)更好地滿足建筑用戶的使用需求[20]、更好地服務(wù)于電力系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)節(jié)[21]、更好地促進(jìn)新型電力系統(tǒng)的源荷有效互動(dòng)[22]等具有重要意義。但當(dāng)前尚未形成以促進(jìn)源荷互動(dòng)為目標(biāo)的數(shù)據(jù)共享模式或機(jī)制。為此,本文聚焦于如何實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)與建筑等用戶側(cè)的數(shù)據(jù)共享和源荷互動(dòng),對(duì)建筑用電側(cè)和電力供應(yīng)側(cè)用電數(shù)據(jù)的監(jiān)測與應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)研,分析建筑與電網(wǎng)互動(dòng)模式與互動(dòng)機(jī)制的現(xiàn)狀,并從技術(shù)、市場與運(yùn)行機(jī)制3個(gè)維度提出相應(yīng)的發(fā)展需求和政策建議,以期為建筑能源系統(tǒng)的革新和未來建筑-電網(wǎng)友好互動(dòng)提供有益參考。

1 用電數(shù)據(jù)監(jiān)測與應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 建筑用電側(cè)

建筑側(cè)用能數(shù)據(jù)通常來自于建筑能耗監(jiān)測平臺(tái),在分類分項(xiàng)能耗采集的基礎(chǔ)上(耗電量主要分為照明插座用電、供暖空調(diào)用電、動(dòng)力用電、特殊用電[23]),集能耗監(jiān)測、統(tǒng)計(jì)分析、能效評(píng)估與節(jié)能優(yōu)化等功能模塊為一體[24]。通過建筑能耗數(shù)據(jù)及其他相關(guān)信息的采集,不僅可以使建筑用戶掌握能源系統(tǒng)運(yùn)行情況,還可以幫助建筑物管理者對(duì)能源系統(tǒng)的低效率、準(zhǔn)故障進(jìn)行診斷,例如為暖通空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),多個(gè)省市已對(duì)1.1萬余棟公共建筑(共2.4億m2)開展了能耗動(dòng)態(tài)監(jiān)測平臺(tái)建設(shè),監(jiān)測計(jì)量點(diǎn)超過11萬個(gè)[25],如表1所示。

表1 部分省市公共建筑能耗監(jiān)測平臺(tái)運(yùn)行狀況調(diào)研結(jié)果

在建筑能耗監(jiān)測管理平臺(tái)建設(shè)基礎(chǔ)上,對(duì)于系統(tǒng)維護(hù)及數(shù)據(jù)的挖掘與應(yīng)用方面尚存在提升空間,如何使平臺(tái)數(shù)據(jù)發(fā)揮出更大價(jià)值也是值得探索的問題。另一方面,建筑用能數(shù)據(jù)監(jiān)測多是對(duì)單個(gè)建筑、建筑群的能耗監(jiān)測,未來需要進(jìn)一步回答如何將建筑自身監(jiān)測目標(biāo)與電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)目標(biāo)之間有效銜接的問題。

1.2 電力供應(yīng)側(cè)

電力系統(tǒng)對(duì)用戶側(cè)用電數(shù)據(jù)建立了完備的計(jì)量采集體系,例如國家電網(wǎng)用電信息采集系統(tǒng)是對(duì)用戶的用電信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、處理和監(jiān)控的系統(tǒng),是智能電網(wǎng)用電環(huán)節(jié)的重要基礎(chǔ)和用戶用電信息的重要來源,為智能用電服務(wù)提供基礎(chǔ)用電信息數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)營銷業(yè)務(wù)的智能化應(yīng)用,構(gòu)建電網(wǎng)不同用戶之間的能量流、信息流、業(yè)務(wù)流的實(shí)時(shí)互動(dòng),系統(tǒng)框架如圖1所示。至今采集系統(tǒng)累計(jì)接入智能電能表5.2億只、采集終端4 600余萬臺(tái),覆蓋率和采集成功率均達(dá)99%以上[36]。未來國家電網(wǎng)智能物聯(lián)電能表還將實(shí)現(xiàn)與客戶的用能互動(dòng)和能效管理,支持國家分時(shí)電價(jià)政策執(zhí)行,支撐電費(fèi)實(shí)時(shí)結(jié)算需要,支持與用戶互動(dòng)。

圖1 電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集架構(gòu)

為提升能源數(shù)據(jù)匯聚、管理和應(yīng)用效率,國家電網(wǎng)大數(shù)據(jù)中心建設(shè)了“數(shù)據(jù)中臺(tái)”,用以提供“數(shù)據(jù)接入”“大數(shù)據(jù)計(jì)算存儲(chǔ)”“數(shù)據(jù)分析”“統(tǒng)一數(shù)據(jù)服務(wù)”“數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理”“數(shù)據(jù)運(yùn)營管理”六大功能服務(wù),以打破數(shù)據(jù)壁壘,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享融通,推進(jìn)公司用數(shù)據(jù)管理、用數(shù)據(jù)決策、用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)存量業(yè)務(wù)優(yōu)化與新興業(yè)務(wù)培育等。

從電力系統(tǒng)對(duì)用戶側(cè)用電數(shù)據(jù)的采集發(fā)展現(xiàn)狀來看,數(shù)據(jù)監(jiān)測和采集是為了服務(wù)于用戶的用電計(jì)量。如何將電力系統(tǒng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)與未來電力系統(tǒng)需求的源荷互動(dòng)目標(biāo)相結(jié)合,如何在新型電力系統(tǒng)構(gòu)建需求下推動(dòng)電力用戶的計(jì)量數(shù)據(jù)發(fā)揮更大的作用,也是值得探索的重要問題。

2 建筑-電網(wǎng)互動(dòng)模式

“雙碳”目標(biāo)和新型電力系統(tǒng)建設(shè)需要建筑與電網(wǎng)之間進(jìn)行友好互動(dòng),電網(wǎng)互動(dòng)型能效建筑(grid-interactive efficient buildings,GEB)采用智能技術(shù)提供柔性負(fù)荷需求,優(yōu)化能源成本,以滿足電網(wǎng)和用戶的需求和偏好[37]。當(dāng)前建筑參與電網(wǎng)調(diào)節(jié)、響應(yīng)電網(wǎng)供需關(guān)系變化的有效途徑通常有電力需求側(cè)響應(yīng)(以下簡稱需求響應(yīng))及其衍生的負(fù)荷聚集商與虛擬電廠3種模式。

2.1 需求響應(yīng)

需求響應(yīng)是指電力用戶根據(jù)市場的價(jià)格信號(hào)或激勵(lì)機(jī)制主動(dòng)調(diào)整用電方式的市場參與行為[38],以保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和可靠性[39],同時(shí)提高終端用電效率,實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。2010年,國家發(fā)展改革委印發(fā)《電力需求側(cè)管理辦法》[40],支持和激勵(lì)電網(wǎng)企業(yè)和用戶主要在電力領(lǐng)域開展需求側(cè)管理;2015年,國家發(fā)展改革委發(fā)布《關(guān)于完善電力應(yīng)急機(jī)制做好電力需求側(cè)管理城市綜合試點(diǎn)工作的通知》[41],首次突出了需求響應(yīng)對(duì)提升城市電力應(yīng)急保障能力的作用;2016年,國家發(fā)展改革委、國家能源局發(fā)布《電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃》[42],指出要大力提高需求側(cè)響應(yīng)能力;2017年,國家發(fā)展改革委、工業(yè)和信息化部、財(cái)政部、住房城鄉(xiāng)建設(shè)部、國務(wù)院國資委、國家能源局六部門聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于深入推進(jìn)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革 做好新形勢下電力需求側(cè)管理工作的通知》[43],結(jié)合新形勢和新任務(wù),對(duì)2010年發(fā)布的《電力需求側(cè)管理辦法》進(jìn)行修訂,在原基礎(chǔ)上擴(kuò)展范圍,明確推進(jìn)工業(yè)、建筑等領(lǐng)域電力需求側(cè)管理。

近年來,隨著樓宇能源系統(tǒng)的智能化發(fā)展,建筑領(lǐng)域成為電力需求側(cè)管理的重要應(yīng)用場景。公共建筑中可調(diào)節(jié)負(fù)荷主要有空調(diào)、電蓄熱、照明、儲(chǔ)能等,可控性較強(qiáng);居民住宅中可調(diào)節(jié)負(fù)荷主要有分散式空調(diào)、電熱水器、電冰箱、電動(dòng)汽車等,單個(gè)用戶通常功率小、分布分散,但數(shù)量龐大、靈活性較高。閻俏等人將建筑內(nèi)用電負(fù)荷按可參與需求響應(yīng)的程度進(jìn)行了分類,建立了集中空調(diào)系統(tǒng)柔性調(diào)控策略的響應(yīng)能力計(jì)算模型,提出了一種綜合響應(yīng)能力雙層優(yōu)化決策方法[44]。程杉等人計(jì)及建筑蓄熱能力,提出了考慮綜合需求響應(yīng)的樓宇綜合能量優(yōu)化管理方法[45]。袁金斗等人提出了樓宇可調(diào)節(jié)負(fù)荷樹狀普查體系,在云管邊端的物理架構(gòu)下設(shè)計(jì)了樓宇可調(diào)節(jié)負(fù)荷參與電力需求響應(yīng)的信息交互規(guī)范[46]。

2.2 負(fù)荷聚集商

建筑-電網(wǎng)交互往往有容量門檻和調(diào)節(jié)性能要求,建筑可調(diào)節(jié)負(fù)荷體量小、不確定性大,而且不同建筑之間的負(fù)荷差異也很大,單一建筑用戶難以滿足準(zhǔn)入條件。為了給閑置的中小負(fù)荷提供參與市場調(diào)節(jié)的途徑,負(fù)荷聚集商作為一種專業(yè)化負(fù)荷側(cè)資源管理模式,整合分散的用戶需求響應(yīng)資源并將其引入市場交易[47]。

建筑負(fù)荷聚集商負(fù)責(zé)匹配電網(wǎng)調(diào)節(jié)需求和建筑調(diào)節(jié)能力,需要配置電力市場交易算法、建筑可調(diào)節(jié)潛力評(píng)估算法、建筑收益分配算法等,以滿足對(duì)電網(wǎng)管理平臺(tái)的交易需求,對(duì)建筑的調(diào)節(jié)目標(biāo)拆解下發(fā)、效果檢測、效益分配等需求[48],基于建筑負(fù)荷聚集商的電力交互模式如圖2所示。此外,負(fù)荷聚集商平臺(tái)還會(huì)根據(jù)建筑的特性和需求提供柔性改造服務(wù),催生新的業(yè)態(tài)。魏震波等人基于納什討價(jià)還價(jià)理論,對(duì)負(fù)荷調(diào)峰效果、負(fù)荷聚集商出清能力等因素進(jìn)行量化并作為不同博弈主體的談判籌碼,提出了計(jì)及聯(lián)盟內(nèi)部博弈的負(fù)荷聚集商優(yōu)化運(yùn)營策略[49]。

圖2 基于建筑負(fù)荷聚集商的電力交互模式

2.3 虛擬電廠

虛擬電廠是電力需求響應(yīng)的創(chuàng)新模式,將分布式發(fā)電、需求側(cè)響應(yīng)和儲(chǔ)能等資源統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制,響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)度指令的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)使得分散資源更經(jīng)濟(jì)、高效地參與輔助服務(wù)市場,參與邀約響應(yīng)項(xiàng)目,充分發(fā)揮調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)壓作用[50]。該技術(shù)的核心是建立在高效、安全和雙向交互的通信體系上,通過各類優(yōu)化算法對(duì)虛擬電廠內(nèi)的組成元素進(jìn)行調(diào)度控制,實(shí)現(xiàn)供電側(cè)和用電側(cè)的靈活互動(dòng),其組成架構(gòu)如圖3所示。

將建筑尤其是大體量的公共建筑打造成電網(wǎng)中的虛擬電廠,是非常有潛力的用戶側(cè)調(diào)節(jié)資源創(chuàng)新模式。自2016年起,上海市積極開展國家級(jí)需求側(cè)管理示范項(xiàng)目“上海黃浦區(qū)商業(yè)建筑虛擬電廠示范項(xiàng)目”,投入日常運(yùn)行的公共建筑130幢,面積達(dá)627萬m2[51]。虛擬發(fā)電資源潛力主要來源為集中空調(diào)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、生活用水及新風(fēng)系統(tǒng)負(fù)荷,虛擬發(fā)電機(jī)資源模型注冊了550個(gè)可調(diào)資源(其中空調(diào)資源占比74%,其他資源占比26%)。從試點(diǎn)情況來看,黃浦區(qū)商業(yè)建筑峰值負(fù)荷削減潛力巨大,單體建筑最大負(fù)荷削減可達(dá)25%,全部建筑平均負(fù)荷削減達(dá)到10%(持續(xù)4 h),10%的商業(yè)建筑具備分鐘級(jí)自動(dòng)需求響應(yīng)能力。2018年至今,虛擬電廠累計(jì)發(fā)電調(diào)度超過1 200幢次,累計(jì)響應(yīng)削峰負(fù)荷超200 MW。

3 建筑-電網(wǎng)互動(dòng)機(jī)制

從用戶響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)度的動(dòng)機(jī)角度來看,建筑-電網(wǎng)互動(dòng)機(jī)制可以分為兩大類:基于價(jià)格的需求響應(yīng)和基于激勵(lì)的需求響應(yīng)[52],如圖4所示。

圖4 建筑-電網(wǎng)互動(dòng)機(jī)制

3.1 價(jià)格機(jī)制

基于價(jià)格的需求響應(yīng)互動(dòng)機(jī)制是指終端消費(fèi)者直接面對(duì)多種價(jià)格信號(hào)并自主改變固有用電模式,主要包括:分時(shí)電價(jià)、實(shí)時(shí)電價(jià)、尖峰電價(jià)[53]。

1) 分時(shí)電價(jià)。

分時(shí)電價(jià)是一種有效反映電力系統(tǒng)不同時(shí)段供電成本差別的電價(jià)機(jī)制?？筛鶕?jù)不同時(shí)段劃分為峰谷電價(jià),根據(jù)不同日期劃分為豐枯電價(jià)[54],根據(jù)不同季節(jié)劃分為季節(jié)電價(jià)。我國峰谷分時(shí)電價(jià)制度出現(xiàn)于20世紀(jì)80年代,直至2003年國家發(fā)展改革委下發(fā)《關(guān)于運(yùn)用價(jià)格杠桿調(diào)節(jié)電力供求促進(jìn)合理用電有關(guān)問題的通知》[55]后分時(shí)電價(jià)得到全面推廣。

2) 實(shí)時(shí)電價(jià)。

實(shí)時(shí)電價(jià)是一種動(dòng)態(tài)定價(jià)機(jī)制,更新周期可以達(dá)到1 h或者更短,能反映短期內(nèi)生產(chǎn)電能的成本,包含日前實(shí)時(shí)電價(jià)機(jī)制和日內(nèi)實(shí)時(shí)電價(jià)機(jī)制[56]。實(shí)時(shí)電價(jià)能夠彌補(bǔ)分時(shí)電價(jià)當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)短期容量短缺時(shí)不能給予用戶進(jìn)一步削減負(fù)荷的激勵(lì)的不足。此外,實(shí)時(shí)電價(jià)的更新周期是確定電價(jià)體系時(shí)的一個(gè)重要考慮因素,周期越短,則電價(jià)的杠桿作用發(fā)揮越充分,但對(duì)技術(shù)支持的要求也越高。目前,國外實(shí)時(shí)電價(jià)的更新周期最短可達(dá)5 min,而我國仍處于實(shí)時(shí)電價(jià)理論研究和電力市場建設(shè)初期。

3) 尖峰電價(jià)。

尖峰電價(jià)是在分時(shí)電價(jià)和實(shí)時(shí)電價(jià)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的動(dòng)態(tài)電價(jià)機(jī)制[57],在峰時(shí)段電價(jià)基礎(chǔ)上向上浮動(dòng)部分電價(jià),上浮的電價(jià)比例稱為疊加尖峰費(fèi)率。2021年7月國家發(fā)展改革委通知建立尖峰電價(jià)機(jī)制,上浮比例不低于20%,其疊加的尖峰費(fèi)率可以反映電力系統(tǒng)的真實(shí)供電成本。

截至2021年,我國已在29個(gè)省市實(shí)施了分時(shí)電價(jià)機(jī)制[58],各地普遍按日劃分峰、平、谷時(shí)段,執(zhí)行峰谷分時(shí)電價(jià),部分省市在此基礎(chǔ)上增加了尖峰時(shí)段。上海等地按季劃分為夏季、非夏季。然而過去大部分省市長時(shí)間未進(jìn)行分時(shí)時(shí)段劃分調(diào)整,缺乏動(dòng)態(tài)調(diào)整機(jī)制,存在時(shí)段劃分不夠準(zhǔn)確、峰谷電價(jià)價(jià)差偏小等問題,缺乏對(duì)需求側(cè)調(diào)節(jié)的作用。2021年8月,國家發(fā)展改革委發(fā)布《關(guān)于進(jìn)一步完善分時(shí)電價(jià)機(jī)制的通知》[59],要求各地完善峰谷電價(jià)機(jī)制,強(qiáng)化尖峰電價(jià)、深谷電價(jià)機(jī)制與電力需求側(cè)管理政策的銜接協(xié)同,充分挖掘需求側(cè)調(diào)節(jié)能力,上年或當(dāng)年預(yù)計(jì)最大系統(tǒng)峰谷差率超過40%的地方,峰谷電價(jià)比原則上不低于4∶1,其他地方原則上不低于3∶1,并建立尖峰電價(jià)機(jī)制,尖峰電價(jià)在峰段電價(jià)基礎(chǔ)上上浮比例原則上不低于20%。受此新政影響,各省市結(jié)合電力系統(tǒng)凈負(fù)荷特性,均對(duì)分時(shí)電價(jià)時(shí)段劃分和峰谷電價(jià)差進(jìn)行調(diào)整,適當(dāng)增大了電價(jià)差,并建立了定期動(dòng)態(tài)調(diào)整機(jī)制,加強(qiáng)與現(xiàn)貨電能量市場的銜接。另外山東省提出在容量市場運(yùn)行前,參與現(xiàn)貨電能量市場的發(fā)電機(jī)組容量補(bǔ)償費(fèi)用從用戶側(cè)收取,并參考現(xiàn)貨電能量市場分時(shí)電價(jià)信號(hào),探索基于峰荷責(zé)任法的容量補(bǔ)償電價(jià)收取方式,引導(dǎo)電力用戶削峰填谷[60]。

3.2 激勵(lì)機(jī)制

基于激勵(lì)的需求響應(yīng)互動(dòng)機(jī)制是指在電力系統(tǒng)的安全性受到威脅或穩(wěn)定裕度低于標(biāo)準(zhǔn)值時(shí),采用直接補(bǔ)償或電價(jià)折扣的方式來激勵(lì)和引導(dǎo)用戶及時(shí)調(diào)整負(fù)荷、優(yōu)化用電行為。其中主要包括兩類激勵(lì)模式[52],分別是:基于計(jì)劃的激勵(lì)模式,包括直接負(fù)荷控制、可調(diào)度負(fù)荷控制;基于市場的激勵(lì)模式,用戶上報(bào)可調(diào)節(jié)容量范圍、時(shí)段等信息,或參與市場競價(jià),在得到調(diào)度指令后及時(shí)調(diào)節(jié)負(fù)荷,包括需求側(cè)競價(jià)、容量市場項(xiàng)目、輔助服務(wù)項(xiàng)目、緊急需求響應(yīng)。

目前,基于計(jì)劃的邀約激勵(lì)模式相對(duì)較多,多地省政府根據(jù)管理辦法類、指導(dǎo)意見類文件要求,出臺(tái)本省實(shí)施方案類、電力價(jià)格類、電力市場類政策。政府、電網(wǎng)公司提前與用戶或者負(fù)荷聚集商簽訂約定實(shí)施響應(yīng)、實(shí)時(shí)需求響應(yīng)等協(xié)議,然后在接收信號(hào)后進(jìn)行邀約確認(rèn)、響應(yīng)執(zhí)行、響應(yīng)監(jiān)測、執(zhí)行終止、效果評(píng)估、補(bǔ)貼發(fā)放等。在實(shí)施方案及細(xì)則中,對(duì)邀約激勵(lì)項(xiàng)目的申請條件、實(shí)施流程、基線負(fù)荷、補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)、補(bǔ)償資金來源進(jìn)行明確,其中典型補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)匯總?cè)绫?所示。

4 發(fā)展需求與政策建議

建筑與電力系統(tǒng)交互的意義在于用電側(cè)需求和供電側(cè)能力的信息互通與資源優(yōu)化配置,但是目前建筑與電網(wǎng)間的互動(dòng)方式尚不能充分發(fā)揮建筑實(shí)時(shí)參與電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)的作用,規(guī)?；植际劫Y源的物理節(jié)點(diǎn)分散、信息獲取困難、利益主體眾多,其聚合互動(dòng)輔助電力系統(tǒng)運(yùn)行還需要破解諸多技術(shù)瓶頸[69],比如:安全通信網(wǎng)絡(luò)承載海量異構(gòu)終端的低時(shí)延信息互動(dòng)問題、電力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度及靈活資源間的協(xié)同控制問題、用戶參與電力市場體系的商業(yè)互動(dòng)模式問題等。

4.1 發(fā)展需求

1) 技術(shù)方面。

電網(wǎng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型將融合多專業(yè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)。一是大規(guī)模靈活資源優(yōu)化配置、運(yùn)行調(diào)控策略與電網(wǎng)運(yùn)行控制等理論研究與實(shí)踐應(yīng)用有待深入;二是需求響應(yīng)資源雙向互動(dòng)技術(shù)、通信技術(shù)、能效管理系統(tǒng)及終端等技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)需要進(jìn)一步完善;三是需求響應(yīng)能力評(píng)估、效益評(píng)估等相關(guān)技術(shù)仍然欠缺,利用先進(jìn)的數(shù)字化技術(shù),加強(qiáng)對(duì)可調(diào)節(jié)資源的監(jiān)測、分類、預(yù)測和展示,利用海量多維數(shù)據(jù)進(jìn)行智能決策、自動(dòng)執(zhí)行決策等,使得需求響應(yīng)更加實(shí)時(shí)、智慧、可靠。

2) 市場方面。

需求響應(yīng)是電力需求側(cè)管理在競爭性電力市場下的新發(fā)展,良好的市場化機(jī)制是需求響應(yīng)資源融入市場、參與電力系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)。我國電力市場建設(shè)還處于初期階段,尤其是現(xiàn)貨市場、輔助服務(wù)市場等建設(shè)尚在起步探索階段,缺乏完整成熟的市場體系和運(yùn)行機(jī)制支撐需求響應(yīng)資源價(jià)值的開發(fā)。因此,應(yīng)加快推動(dòng)將需求響應(yīng)納入電力市場,探索建立科學(xué)合理的定價(jià)機(jī)制,健全包括尖峰電價(jià)、中斷補(bǔ)償、將用戶側(cè)資源納入輔助服務(wù)市場等在內(nèi)的需求側(cè)響應(yīng)激勵(lì)機(jī)制。

3) 運(yùn)行機(jī)制方面。

一是用戶市場意識(shí)有待培育;二是缺乏較為成熟的商業(yè)模式,負(fù)荷聚集商或電力用戶可獲得的經(jīng)濟(jì)收益期待值有限;三是缺乏健全的需求響應(yīng)市場運(yùn)行機(jī)制,各類市場主體的角色不明晰,參與渠道仍未完全暢通;四是目前需求響應(yīng)地區(qū)發(fā)展不平衡,缺乏可復(fù)制、可推廣的電力需求響應(yīng)市場建設(shè)方案。

4.2 政策建議

1) 支持?jǐn)?shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)與長效數(shù)據(jù)治理。

不斷加快需求響應(yīng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型,對(duì)接電力業(yè)務(wù)系統(tǒng)、負(fù)荷聚集商系統(tǒng)等,支持虛擬電廠、中低壓用戶等多種主體參與。實(shí)施響應(yīng)全流程管理和線上辦理。深化需求響應(yīng)大數(shù)據(jù)分析,在響應(yīng)潛力挖掘、響應(yīng)行為分析、行業(yè)用電趨勢預(yù)測等領(lǐng)域深化大數(shù)據(jù)應(yīng)用,為政策制定、發(fā)展規(guī)劃等提供支撐,科學(xué)指導(dǎo)需求響應(yīng)工作。因此,應(yīng)加強(qiáng)支持需求響應(yīng)數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè),并采取監(jiān)督體制保障數(shù)據(jù)長效治理。

2) 統(tǒng)一部署及組織實(shí)施。

需求響應(yīng)試點(diǎn)過程中,由于缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,各需求響應(yīng)服務(wù)商的業(yè)務(wù)流程、需求響應(yīng)基線負(fù)荷計(jì)算方法不一致,需求響應(yīng)產(chǎn)品制造商所生產(chǎn)的需求響應(yīng)系統(tǒng)、終端等接口型式不一、通信協(xié)議多樣,這對(duì)需求響應(yīng)業(yè)務(wù)監(jiān)管、需求響應(yīng)系統(tǒng)互聯(lián)互通、需求響應(yīng)產(chǎn)品檢測認(rèn)證等造成了極大影響,既無法提高需求響應(yīng)業(yè)務(wù)的運(yùn)行水平,又直接阻礙了需求響應(yīng)業(yè)務(wù)的規(guī)?；l(fā)展。因此,亟需加快開展需求響應(yīng)領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)化工作,從標(biāo)準(zhǔn)體系入手,通過研究不斷完善電力需求響應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)體系框架,促使國內(nèi)產(chǎn)學(xué)研相關(guān)單位在標(biāo)準(zhǔn)制(修)訂、驗(yàn)證等環(huán)節(jié)相互協(xié)作,推動(dòng)國內(nèi)需求響應(yīng)業(yè)務(wù)更好、更快地發(fā)展。

3) 完善市場化長效機(jī)制。

電價(jià)是激勵(lì)用戶改變用電結(jié)構(gòu)、調(diào)整用電方式的根本手段。在不完全競爭的電力市場下,我國現(xiàn)行的單一制電價(jià)或分時(shí)分類電價(jià)機(jī)制,使得大量用戶群體對(duì)電價(jià)的敏感度較低,且各類用戶電價(jià)交叉補(bǔ)貼嚴(yán)重,導(dǎo)致電力資源的極大浪費(fèi)。因此需要研究不同的電價(jià)政策對(duì)用戶群體行為的影響,建立適應(yīng)需求響應(yīng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)模型和電價(jià)敏感度模型,更重要的是研究適合市場競爭、準(zhǔn)確反映電力供需變化的完善電價(jià)機(jī)制,加大激勵(lì)力度,擴(kuò)大實(shí)施范圍,引導(dǎo)和激勵(lì)電力用戶參與電力需求側(cè)管理。

5 結(jié)論

未來新型電力系統(tǒng)中,源荷互動(dòng)成為智能電網(wǎng)發(fā)展和建筑能源系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵環(huán)節(jié),如何實(shí)現(xiàn)建筑與電力系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)協(xié)同、數(shù)據(jù)共享,對(duì)促進(jìn)新型電力系統(tǒng)建設(shè)具有重要意義。本文對(duì)目前建筑與電網(wǎng)的互動(dòng)模式與機(jī)制展開了研究,主要結(jié)論如下:

1) 建筑側(cè)能耗管理平臺(tái)的建設(shè)與平臺(tái)上留存的數(shù)據(jù)如何更好地發(fā)揮其價(jià)值還有待進(jìn)一步探索,未來也需要進(jìn)一步回答如何將建筑自身監(jiān)測目標(biāo)與電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)目標(biāo)之間有效銜接的問題。

2) 新型電力系統(tǒng)需要重新認(rèn)識(shí)電力需求側(cè)對(duì)供需平衡的重要作用,目前建筑與電網(wǎng)間的互動(dòng)方式主要表現(xiàn)為基于價(jià)格/激勵(lì)的需求響應(yīng),不能充分發(fā)揮建筑實(shí)時(shí)參與電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)的作用,互動(dòng)輔助電力系統(tǒng)運(yùn)行還需要破解數(shù)據(jù)安全通信、優(yōu)化調(diào)度、商業(yè)模式等諸多技術(shù)瓶頸。

3) 電力系統(tǒng)中用戶的用電數(shù)據(jù)與電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)之間如何有效共享、有效整合,還需要新的模式和機(jī)制,應(yīng)進(jìn)一步在整合電網(wǎng)企業(yè)、電力用戶、電能服務(wù)公司等的用電數(shù)據(jù)資源方面發(fā)展新的利用方式,真正實(shí)現(xiàn)源荷互動(dòng),在滿足建筑等電力用戶需求的基礎(chǔ)上更好地服務(wù)于電力系統(tǒng)的調(diào)節(jié)目標(biāo)。