电力需求侧管理在芬兰的发展

李国栋，刘力华，付学谦，袁 锐

（1.国家电网公司 国家电力调度控制中心，北京 100031；2.广州供电局，广州 510620；3.榆林供电公司，陕西 榆林 719000）

电力需求侧管理在芬兰的发展

李国栋1，刘力华1，付学谦2，袁 锐3

（1.国家电网公司 国家电力调度控制中心，北京 100031；2.广州供电局，广州 510620；3.榆林供电公司，陕西 榆林 719000）

在介绍芬兰电力系统基本情况和能源需求的基础上，详细阐述了芬兰近几年电力需求侧管理项目的最新进展和发展趋势，包括正在实施的需求侧管理计划、基于负荷控制的动态智能计量、直接负荷控制试验、区域供热网络中的需求侧管理、需求侧能效管理、需求侧管理研发框架等。

需求侧管理；能效；需求响应；智能计量；建筑节能

芬兰电网是北欧电力系统的一部分，也是北欧电力市场的一部分。北欧电力市场划分为多个竞价区域，主要是由电力输送瓶颈造成的，其中，芬兰地区形成一个电力市场竞价区域。芬兰电网与俄罗斯电力系统具有很强的电气联系，他们之间直接或通过爱沙尼亚电网实现互联。根据当前的市场现状，芬兰的电力主要从俄罗斯和北欧几个国家进口。

芬兰电力市场是在1998年开始逐渐实现开放竞争的，那时小用户可以自由选择从哪一家电力公司购买电力。由于电力系统的特殊性，使得电力销售注定只能在部分企业中产生，这是由系统安全、市场稳定等多方面因素决定的，尽管电力消费、计量结算等环节与其他行业不无相同点，但是电力系统有它自身发展成型的特殊规则，其中所有的参与者都不可违背。根据芬兰电力市场目标，到2014年至少有80%电力用户可实现每小时计量和结算，即要在至少80%的用户范围内实现电力需求侧响应。这就意味着从2014年开始，几乎所有实现电力需求侧响应的用户电价将会采用分时电价。

芬兰的电力零售市场是与其他北欧国家统一的。尽管北欧国家一直都在努力实现电力零售市场逐步完善，但当前他们并没有形成统一协调的电力系统，要实现以电力零售为基础的需求侧快速响应仍有很长一段路要走，要在北欧国家之间实现跨国的电力需求响应更是如此。

1 芬兰电力系统

芬兰的电力系统运营模式是“厂网分开”式的，国家以法律的形式对电网输电费用的上限进行了规定。芬兰国家电网公司（Fingrid）是芬兰输电系统经营者和电网所有者，运营着400 kV、220 kV和110 kV的电网，芬兰电力系统的输电网和配电网均有足够的备用容量和良好的可靠性。然而，为了适应电力负荷的增长以及发电厂的布局，芬兰仍需要一定量的电网投资。

在森林覆盖的农村地区，树木长得高大，暴风雪经常会造成较大范围的供电中断。由于芬兰的气候原因，此类恶劣天气很频繁，这是电力运营商一直需要面临的巨大挑战。根据气候模型和当地气候历史数据，气候变化也会对芬兰的平均气温产生强烈影响，使得该国气候问题一直制约着电网发展。而在一些重要的农村地区，架空网络将逐步被电缆所取代，但完全实现这一目标则至少需要几十年。值得一提的是，负责低电压区域电网运营的地方性电网公司也在不断提高发展意识，逐渐在电网建设中采用先进的配电自动化和智能化计量支持系统，来减轻人力成本和运行维护成本，同时还能降低电网故障概率。

通过多年的努力，芬兰多数配电网已经可以应用动态实时需求响应，并已具备实时电价机制应用条件。电力需求响应是以市场为基础的，而基于电网的电力需求响应则是当前条件下的一个过渡过程，随着分布式发电的快速发展和电网可控负荷不断增加，未来的响应模式将会发生改变，会朝着市场化模式发展。

2 芬兰的能源需求

地处北欧的芬兰是一个能源资源匮乏国家，无煤无油也没有天然气，70%能源依靠进口。芬兰又是一个高度工业化的国家，有很多耗能企业。但是，芬兰对宝贵的能源开展了全方位集约化经营，取得了令世界瞩目的节能效果。

据能源年鉴统计，芬兰2010年的用电量约为88亿kWh，其中：工业消耗为总量的47%，电加热约为16亿kWh，家庭取暖约为13亿kWh，剩余的电力消费主要集中在民用电部分。当冬季供暖和照明负荷达到最大时，芬兰全国用电负荷约为14 GW，其中有1 GW的冬季采暖负荷可通过实时电价来调控。

由于使用热泵供暖的用户在不断增加，这种供暖方式逐步取代了传统的供暖形式，会在一定程度上增加用电负荷，但是对电量消耗总量却影响不大，因为热泵供暖和其他供暖形式都属电供暖。随着越来越多的用户采取热泵供暖，遇到非常寒冷的天气，芬兰全国的用电负荷就会大幅增长，进而会在一定程度加大电网供电压力。

很显然，大量热泵的使用会对负荷特性产生影响，特别是对供暖负荷占较大比重的芬兰来说更是这样，会影响需求响应的实施，也会给实行区域实时电价造成障碍。这一变化趋势应该会影响到未来的电力需求响应、发电负荷以及电力系统的输电能力，系统供电能力提升也就越来越显得重要。从电力系统稳定性和市场优化2方面来看，实现热备负荷可控是非常有必要的。

3 电力需求侧管理的重要作用

芬兰气候寒冷，而且有许多能源密集型产业，因此，他们对电和热的可靠供应依赖性很高。尽管该国有许多湖泊类的水资源，但由于海拔低，水电发展潜力很小。

国内的发电类型主要是由资源类型决定的，当然也包括区域供热和工业热电联产，除了一些化石能源和一些核电之外，芬兰的电力供应需要高度依赖电力进口。值得一提的是，芬兰的可再生能源类型占有一定比重。芬兰虽有比较丰富的风能资源，但历史上风电装机容量增长缓慢，风电设备及风电技术出口是该产业的主要发展形式。2010年，芬兰议会通过了风电固定电价法案，大大提高了芬兰国内外风电企业的积极性，风电和光伏电力的电价补贴政策使得市场份额逐步提高，它将对芬兰大规模应用电力需求侧管理起到积极作用。

在开放的零售电力市场中，能源密集型产业逐步开始采用需求侧响应，增强了电力供应灵活性和系统备用能力。当有1.6 GW的核电站投运之后，几乎所有潜在的大型工业用户的需求响应都将转变为系统备用。因此，许多需求侧响应将从日前和日内市场中消失。

有资料显示，在服务业和中等规模产业中的需求响应实施速度也不断增长，但对这些行业的能源消费和需求响应并没有可靠的统计数据，也难以量化。但是可以肯定的是，很多电力用户开始通过调整自身用电行为，来实现减少电费支出，同时也会有益于系统备用。

芬兰自1964年其开始实施分时电价。若没有分时电价机制，日负荷曲线会有更高的峰值，会给电力供应造成很大的压力。芬兰已经制定专门法律规定了电力公司必须采用分时电价，并为之提供计量系统。自电力市场实行开放竞争之后，类似于直接负荷控制的削减电力峰值的措施很快就停止了，负荷曲线也逐渐变得更加平滑，很大程度减小了电力供应压力。

4 正在实施的电力需求侧管理计划

由于提高能源效率和需求响应迫在眉睫，也就有必要进一步开展电力需求侧管理，主要包括以下几项内容：

（1）根据欧洲统一目标减少二氧化碳排放量。

（2）芬兰国内没有化石燃料，需减少对进口化石燃料的依赖程度。

（3）为了应对风力发电和大型核电机组的不断增加，需增加供应方的投资来平衡间歇性电源，增加系统备用电源建设。

（4）减少对以分布式发电和电动汽车为基础的电网建设的障碍。

（5）减轻市场和电力系统的脆弱性，主要表现在需求响应不足。

（6）减少需求侧管理的实施成本。

若不是采用了分时电价机制，当前的电力发展状况将会更差，在政府机构和企业的共同努力下，状况正在逐步改善。白天和黑夜之间负荷大小会有一定变化，但是电价波动会很小，这样分时电价的实施也就抑制了负荷的过快增长，同时也不会过度增加用户负担。

芬兰依赖于俄罗斯进口电力，这是在芬兰实施分时电价机制之前就一直存在的。由于俄罗斯与北欧国家有着不同的市场结构，这也导致双方市场对接的冲突，电力和电量的供应在一定程度上就会出现矛盾。如果系统中不增加新的灵活性电力资源，这2个方面问题将变得越来越普遍。

在天气特别冷的时候，许多房屋的储热能力满足不了整个白天的热量需求。因此，一些直供或储热负荷只是在晚上的负荷高且电价高的时候出现。增加这些供热负荷的灵活性将有利于客户和电力市场双方的共同利益，对电力可靠性供应也有积极作用。

5 基于负荷控制的动态智能计量

一项基于动态负荷控制的智能计量系统工程的研究项目正在芬兰实施，该研究旨在替代当前应用的计量系统。赫尔辛基电网公司与合作伙伴共同开发与实施，并在其管理范围内安装此系统。该系统已经在超过500户的居民用户和供热用户中进行测试，其中包括10 MW左右的可控负荷。已完成的研究工作包括：

（1）对电网运行影响的研究。

（2）使用仿真方法对替代控制方法的效果进行比较研究。

（3）操作模式与系统规模的设计。

（4）系统角色之间信息交换的定义。

（5）在2个智能计量系统供应商之间运行模式的试验。

（6）在5家用户范围内的小规模现场试验。

（7）完成500户以上的用户安装，并使用时间控制的方法为实施分时电价的用户提供每小时的计量数据。

（8）基于185家用户的分时计量数据，研究如何提高能源需求预测精度。

该系统的设计同样可以应用于其他不同类型的可控负荷用户，也可以应用于直接负荷控制。电力零售商可根据市场运行状况确定发送到可控负荷用户的控制信号，据此来实施负荷平衡控制。控制信号通常是在现货市场关闭前一天晚上发送给用户，也正好是在典型的夜间采暖负荷开始之前，而且最重要的控制信号也可能在很短时间内频繁发出。如果发送控制信号失败，存储在计量表中的默认配置数据就会起作用，以至于不会产生错误计量数据。

6 直接负荷控制试验

在电力市场开放竞争之前，直接负荷控制在芬兰已经广泛实施，利用税收优惠政策鼓励公用事业用户限制他们的电力高峰期用电负荷，达到用电调节目的。在电力市场开放竞争时，对电力零售和配电商进行了分类，配电网供应商拥有电力负荷控制系统，但是这些负荷控制系统很快就暂停了，后来被完全取消。1996至1997年，芬兰开展了大规模的直接电加热负荷控制的现场测试，这些测试包括7 000户具有20 MW可控负荷用户，通常根据变电站的实测数据来研究开发基于室外温度变化的负荷控制响应模型。

在E.ON电网中，直接负荷控制在正式实施之前通常都会经过大规模的现场测试，最初的现场测试是在2010年和2012年初进行的，系统测试则安排在2012至2013年冬季。这些测试的目的之一是为芬兰电网调度机构提供需求响应。每小时的负荷与响应数据都由智能计量系统进行记录和传输，而变电所则提供分钟级的响应数据记录与传输，负荷响应模型是在测量数据基础上由专门研发机构设计完成的。该系统的具体计量数据与电力需求响应模型均可在网络中查阅。

7 区域供热网络中的电力需求侧管理

芬兰在供热需求侧管理方面也进行了研究和尝试。事实证明，实施供热需求侧管理能更大程度提高能源利用率，平衡市场供需能力。就目前来说，此应用措施尚未得以真正实施。供热网络和发电厂的储热能力通常只是作为热缓冲器，为供应商提供更好的投资回报。一旦通信和自动化系统能够适应供热需求侧管理的需要，那么热缓冲区的深度利用将会大有作为。

实施供热需求侧管理是在用户和配电网层面利用储热能力，使热电联产发电在电力市场产生更高的市场价格，激励需求侧管理措施的实行，提高热发电效率，还能避免供热机组启停成本。

8 需求侧能效管理

根据供热形式不同，芬兰的家庭用户中37%的用户采用燃烧燃料供热，22%的用户选择燃烧木材，18%采用电力供热，17%采用油，5%采用热泵。

Adato能源公司和TTS电力研究机构进行了关于居民用电量的调查，研究结果表明：制冷用电显著降低，仅占总用电量的13%；居民照明用电在20世纪90年代占总电量的21%（达7.5亿kWh），到目前的比例为22%（达11亿kWh）。另外，度假住宅电量消费每年约为0.5亿kWh。

提高能源效率和节能的主要驱动力包括以下几方面：①经济发展原因；②能源供应安全；③环境因素和减缓气候变化要求；④欧盟共同目标和要求。

芬兰议会批准了一个长期气候和能源战略，该战略包含控制不断增长的能源消耗的主要政策措施。作为这一战略的一部分，建筑法规必须设定新建建筑或装修的最低要求，并作为欧盟建筑节能条例（EDBP）的一项要求，该条例的新版本已于2012年生效。新条例中除了更严格的能源消耗要求之外，其总体结构也发生了变化，包括对电网基本电能质量的新要求、整体的能源评估要求，同时还会考虑能源产生或使用的形式。

EDBP中的建筑能效证书是针对新建及现有建筑物的能源效率措施要求，旨在控制绝大多数的建筑能耗强制性要求。其他措施主要采取自愿原则，比如能源审计、能效协议等，也还包括以下方面：

（1）配置多个系统运营商、多个区域供热，为用户提供在线技术服务并监控电力消耗水平。

（2）设立一些提供必要能效服务的机构或企业，包括新的科技创业公司、咨询公司、物业管理公司等，还包括地方政府或地方性组织、全国性的非政府组织等。

芬兰的需求侧能效管理主要包括消费者研究中心、Adato电力公司、高校科研机构、VTT，类似于Motiva的其他机构，也在不断促进和传播需求侧能源效率管理。在国家和欧盟领导下，也还有许多建筑节能领域研发项目在开展，例如：VTT正在研发一个系统，通过组合多方面的能源信息，实现监视能源实时消耗的目的，如：智能计量系统的监控功能、楼宇自动化系统以及权威的建筑能耗数据库。

9 研发框架

大量的芬兰国家公共资金都在资助智能电网的研究和发展，即智能电网和能源市场（SGEM，Smart Grids and Energy Markets），主要由国家科技创新战略研究中心之一的CLEEN（Cluster for Energy and Environment）负责管理，该项研究计划中与需求响应相关的内容大多数包括SGEM，或者与之密切相关。然而对于能源效率的研究，并不包括SGEM或者任何类似的协调项目，SGEM和所有的DSM技术研究的资金来源于芬兰科技创新资助机构（TEKES，Finnish Funding Agency for Technology and Innovation）。

此外，芬兰也在积极参与国际上的电力需求侧管理项目，在国际能源署IEA的项目工作中负责一部分智能电网项目，包括需求侧管理、整合分布式发电和能源效率研究、可再生能源等多个方面，芬兰都发挥了积极作用。

（资料来源：http：//www.ieadsm.org/ViewTask.aspx?ID=16&Task=17&Sort=0；http：//www.ecbcsa53.org/）

DSM development in Finland

LI Guo⁃dong1,LIU Li⁃hua1,FU Xue⁃qian2,YUAN Rui3
（1.National Electric Power Dispatching and Control Center,State Grid Corporation of China,Beijing 100031,China;2.Guangzhou Electric Power Bureau,Guangzhou 510620,China;3.Yulin Electric Power Supply Company,Yulin 719000,China）

Finland is part of the Nordic power system and the Nordic electricity market.Finland has carried out a lot of work in terms of demand side response,energy efficiency management,dy⁃namic smart metering systems and other aspects,and there are a lot of references for us.Based on the basic situation of the Finnish power system and energy needs,this article focuses on the latest developments trends of demand side management,including DSM programs being implemented,dynamic smart metering based on load control,direct load control test,district heating networks DSM,demand⁃side energy efficiency management,DSM research and development frameworks.

demand side management;energy efficiency;de⁃mand side response;smart metering;building energy saving

F416.61

E

1009-1831（2014）01-0061-04

2013-06-27

李国栋（1985），男，湖北通山人，工程师，主要研究方向为电能质量、新能源发电等，从事电力调度工作。

（

孙 晶）