售电侧开放条件下我国需求侧资源参与电力市场的运营机制建议

赵岩, 李博嵩，蒋传文

(1.上海市电力公司，上海市 200122；2.上海交通大学电气工程系，上海市 200240)

售电侧开放条件下我国需求侧资源参与电力市场的运营机制建议

赵岩1, 李博嵩2，蒋传文2

(1.上海市电力公司，上海市 200122；2.上海交通大学电气工程系，上海市 200240)

需求响应在维持系统的经济稳定运行中具有重要作用，且具有效率高、成本低、响应速度快、环保效益好等特点。需求侧资源的应用和管理是智能电网建设的重要内容。我国需求侧资源的研究尚处于初级阶段，但电力市场的发展，售电侧开放为其提供了广阔的发展前景。概述我国目前的需求侧资源和需求响应现状，并分析了售电侧开放对其可能产生的影响。在借鉴国外需求侧资源应用和管理经验的基础上，从理论、技术和政策3个方面提出了售电侧开放条件下我国需求侧资源参与电力市场的相关运营机制建议，指出应在加强对需求侧资源特性的研究和智能电网设备建设的同时，对需求侧资源给予政策性激励以鼓励促进其发展。

需求响应; 需求侧资源; 售电侧开放; 电力市场

0 引 言

20世纪70年代，需求侧管理(demand side management, DSM)的概念首先在美国提出。随着对电力需求价格弹性的研究，需求响应(demand response, DR)技术被广泛应用于电力市场[1]。需求响应是指在不同市场化程度下，通过技术、经济、行政、法律等手段鼓励和引导用户主动改变常规用电方式，进行科学合理用电，以促进电力资源优化配置，保证电力系统安全、可靠、经济运行的管理工作[2]。随着电力系统的发展，电力需求侧响应的应用范围已从电力负荷，拓宽至广义需求侧资源。广义需求侧资源指基于智能电网中先进的传感与控制技术，能够对电价信号或激励机制做出响应的电力资源。[3]主要包括负荷、分布式电源(distributed generation, DG)、储能等多种资源。[4]

随着智能电网技术的发展和完善，需求响应可分为人工需求响应、半自动需求响应和全自动需求响应3个发展阶段。需求侧资源在维持电力系统安全稳定运行中的效率和可靠性逐步提高[5]。需求侧资源参与电力系统运营可为系统带来包括平抑负荷曲线、降低电力价格、提高系统稳定性、提高可再生能源接入率等诸多效益[6]。在应用和发展初期，系统对需求侧资源的利用集中在与电力大用户的互动合作[7]。但随着智能电网技术的发展和市场开放程度的提高，越来越多的小型电力用户和分布式能源能够参与系统的优化运行[8]，通过负荷聚集商[9]等统一组织形式为系统提供需求响应。

电力需求侧资源的相关学术研究在我国已开展多年，研究焦点集中在其对电力系统优化运行的影响。[10-11]但需求侧响应的实际应用目前仍局限于有序用电、峰谷分时电价和阶梯电价等项目[12]，电力市场的改革和售电侧的开放为我国的需求侧资源应用提供了新的发展契机和广阔前景。本文在概述我国电力需求侧资源应用现状的基础上，考虑售电侧开放的影响，并借鉴国外先进发展经验，对售电侧开放条件下我国需求侧资源参与电力市场的运营机制提出建议。

1 我国电力需求侧资源应用现状

自2002年《国务院关于印发电力体制改革方案的通知》(国发[2002]5号)文件下发以来，我国电力市场逐步发展，基本实现了“厂网分离、竞价上网、输配分开、竞争售电”[13]。在电力市场对供电侧的单边开放的背景下，需求侧资源参与系统运营的机会受到一定限制。目前，我国对需求侧资源的利用主要集中在各类负荷项目。但随着包括分布式电源、储能设备及电动汽车等在内的分布式能源在系统中接入率的提高，其应用也受到更广泛的重视，本节将对不同种类的需求侧资源在我国目前的应用状况进行概述。

基于负荷的需求侧管理项目在我国电力系统中的应用首先以政策性引导的有序用电为主，主要的有序用电措施包括错峰用电、避峰用电、限电、紧急拉闸等[14]。需求响应项目方面，基于激励的需求响应项目由于对智能用电设备和电力市场开放程度的要求都较低，适于在我国电力市场中应用。但由于有序用电的常态化应用，可中断负荷等常用基于激励的需求响应只在江苏、河北、上海等少数省市有所实践。对于基于价格的需求响应，我国主要应用的需求响应电价措施包括分时电价、阶梯电价和尖峰电价。目前，北京、天津、河北、山东等地已进行了尖峰电价的试点工作；而浙江、四川、福建等地已实施了阶梯电价并向全国推广。基于价格的需求响应项目的逐步推行，说明容量小，但数量众多且分布广泛的中、小型电力用户已经得到了电力系统的重视。

随着智能电网技术的发展，分布式能源作为需求侧资源的重要组成部分将在维持电力系统的经济稳定运行中起到重要作用。分布式能源包括分布式电源和储能。我国分布式能源储量和种类丰富，但相关技术和管理发展起步较晚。包括天然气、风能、光能等在内的分布式能源在当前市场条件下无法实现经济效益的内部化[15]，即在参与电力系统运营的过程中，分布式电源的投切或出力完全服从系统调度，并未实现主动参与。

储能方面，我国储能总装机容量16 345 MW，占全球总量的13%，而这其中99%以上都是不属于需求侧资源的抽水蓄能[16]。电池储能技术正处于快速发展阶段，并在各类示范项目中获得良好效益[17]，尤其分布式储能系统与间歇式能源联合运行，可在平抑间歇式能源出力不确定性的同时提高其在电力系统中的接入率。电动汽车的发展在我国刚刚兴起，预计达到政府指定的到2020年完成累计产销量超过500万辆的目标难度较大。但电动汽车的产销量逐年升高，国家科技部、财政部、发改委、工业和信息化部四部委还启动了“十城千辆”工程以扶持其发展[18]。电动汽车作为常规汽车的替代形式，具有很高的环保效益。且其本质是可移动储能设备，具备向电网反送电的能力，通过适宜的组织和管理机制能够在维持电力系统经济稳定运行中起到重要作用。

总体来说，我国对电力需求侧资源的利用仍主要针对系统中的大型负荷。但随着智能电网技术的发展和电力市场的建设，通过合理的管理和运营，总容量巨大的多种分布式能源将在系统运行中发挥其巨大潜力。

2 售电侧开放对需求侧资源参与电力市场的影响

售电侧市场开放有2项基本内涵：一是打破售电垄断，构建多个售电主体；二是逐步赋予客户用电自由选择权，即在政策许可的范围内用户可自由选择并更换售电商[19]。售电侧开放将通过以下2个方面对需求侧资源参与电力市场的运营机制产生影响。

其一，售电侧开放为更多需求侧资源提供了参与电力市场的渠道，促进市场的竞争和活力。传统对需求侧资源的利用主要针对大容量工商业用户。对于分布较为零散的、单个容量小的分布式能源和小型电力用户，电网运营者无法直接对其进行管理。根据国务院《关于推进售电侧改革的实施意见》，售电公司作为新的市场主体进入市场，可通过电价或激励引导此类需求侧资源的用电和放电行为，使其参与市场，为系统提供需求响应服务。意见中提到的售电公司，除了单纯作为电力零售商的售电公司，还包括拥有配电网运营权的售电公司。后者还具有对内部分布式电源、储能设备等进行管理和调度的能力，可作为需求侧资源与电力系统的媒介，实现系统对需求侧资源的管理。售电公司的出现为更多分布广泛、容量小的需求侧资源提供了统一的进入市场的渠道。以售电公司为媒介，系统内需求侧资源可被利用的种类和方式均得到丰富，为电力市场注入新的活力。

其二，售电侧的开放可有效保障需求侧资源的效益。以有序用电为代表的政策性需求响应使电力用户承担了系统调度的任务却未获得相应的收益，这违背了用户的意愿，同时也不符合市场规律。国务院《关于推进价格机制改革的若干意见》中指出，“应按照‘准许成本加合理收益’的原则，合理制定电网输配价格。在开放竞争性的环节电价之前，完善煤电价格联动机制和标杆电价体系，使电力价格更好地反映市场需求和成本变化。”价格是电力用户和需求侧资源与系统进行互动的结果。一方面，需求侧响应为系统提供削峰填谷、旋转备用等服务，降低系统运行成本和电力价格，给需求侧资源和普通电力用户带来效益。另一方面，售电侧开放后，售电公司间的竞争以及售电公司与系统运营者的互动将有力地促进电力市场的发展，从而带来电力及相关服务价格机制的完善。售电公司为了扩大用户范围进行竞争，与需求响应相关的价格及激励机制随竞争完善，合理的电力价格或双边合同保证参与需求响应的需求侧资源获得相应收益，从而激励其参与市场的主动性。

售电侧市场的开放在激励更多市场主体和资源参与系统运营的同时保障各方面的利益。但新市场主体的参与也同时给市场的管理方式和运营机制制定提出挑战。

3 国外需求侧资源的运营经验借鉴

我国目前需求侧资源的实际应用有限，在售电侧开放的背景下，借鉴和学习国外电力市场中对需求侧资源的组织和管理方式具有重要意义。

在国外电力市场中，美国PJM电力市场中需求侧资源的运营机制较为成熟。在PJM市场中，需求侧资源通过削减服务提供商的代表参与包括能量和辅助服务在内的各类市场。负荷聚集商[20]、配电公司等任意可以聚合需求侧资源参与市场运营的第三方均可以成为削减服务提供商。它们作为系统运营商与需求侧资源的中间人，实现信息和资本的流通。需求侧资源可参与包括PJM紧急负荷响应计划、经济负荷响应计划在内的多种负荷响应计划，并参与日前和同步备用市场及调频市场。PJM对需求侧资源参与市场的准入门槛、消息下发流程、奖惩规则均进行了明确制定[21]。

欧洲的相关实践尚处于萌芽阶段，所利用的需求侧资源以大型电力用户为主。英国电力市场提供多种分时电价费率激励用户参与需求响应，并通过可中断负荷合同组织需求侧资源参与短期运行备用、快速备用和稳定电网频率响应等辅助服务市场。法国利用分时电价组织需求侧资源参与市场，并规定了市场准入门槛。Voltails公司聚合用户负荷削减资源，参与电力平衡市场。在西班牙，需求响应的价格和激励机制被细分为多种。能量市场中将分时电价细分为6种不同时段，以提高需求侧资源的响应灵敏度。可中断负荷合同可划分为5种不同类型，1年中，中断发生的时间可达到240 h，充分提高了需求侧资源的利用率。北欧电力市场对需求侧资源的辅助服务市场尚未开放，但对需求侧资源参与能量市场的运营方式进行了广泛研究。在挪威、芬兰等国家，对组织需求侧资源参与能量市场进行了多种形式的项目试点，且各国内部针对需求侧资源参与辅助服务市场也进行了不同程度的实践。在挪威，需求侧资源可签订多种可中断负荷合同，根据自身偏好选择不同终端电价。同时，需求侧资源可通过与发电机组竞价参与调频容量市场，实现电力平衡。在芬兰，用户可与电网签订年度双边协议参与调频备用和快速备用。同时，与美国市场的削减服务提供商类似，欧洲各国开展了多种虚拟电厂[22](virtual power plant, VPP)试点项目，对包含分布式电源、电动车、储能等在内的多种需求侧资源进行统一管理。相关典型项目和电价机制可参见表1。[22-26]

表1 欧洲典型需求侧资源运营项目
Table 1 Typical demand-side resource programs in Europe

通过国外对需求侧资源参与市场运营机制的经验可做如下总结：对需求侧资源的应用可首先从能量市场开始，待积累经验，再在辅助服务市场展开应用；随着市场的成熟，可将电价变动时段进行细分，对基于激励的需求响应也应根据用户的不同特性制定多种合同，以促进需求侧资源对市场的主动参与；对分布零散的小型电力负荷、分布式电源、储能等新型需求侧资源，可通过售电公司、负荷聚集商、虚拟电厂等中介层进行统一管理并参与市场。对需求侧资源的管理方式可总结如图1所示。

图1 需求侧资源管理方式Fig.1 Management of demand-side resources

4 售电侧开放条件下对我国需求侧资源参与电力市场的建议

考虑售电侧开放的影响并借鉴国外需求侧资源的运营经验，本文提出如下对我国需求侧资源参与电力市场的运营机制建议。

理论层面：应广泛开展对各类需求侧资源特性的研究。需求侧资源内涵广泛，在开发时应针对其种类特性评估其参与需求侧响应的潜力。具体来说，负荷类资源中，居民及工、商业用户的用电设备存在差异。居民负荷主要来自制冷、制热、通风、照明等设备，评估时应着重考虑天气因素和用户生活习惯的影响；而工业用户涉及到各类机械、电热设备，其需求响应潜力受生产方式、产品供求等因素影响较大；商业负荷主要包括照明、办公、空调设备，应考虑其行业特点、天气因素等。对于分布式能源，光伏发电具有较为广泛的适用性，而风力发电则因风资源的地域性明显，更适用于沿海等地。对于不可控分布式发电，应考虑与储能设备联合应用以降低其出力的波动性。对于小型燃气轮机等可控分布式电源，可考虑其在城市负荷中心或周边郊区的应用。对需求侧资源的特性和潜力分析是制定响应电价和激励机制的基础，应因地制宜进行深入研究。

(1)技术层面：需求响应的实现需要依靠电力系统、需求侧资源及售电公司、负荷聚集商等市场主体间的实时多向信息流动。智能用电、测量、通信等设备是实现需求响应的技术支撑，应重视对上述设备的投资和建设。在此基础上，针对不同需求侧资源的特性设计相应控制和调度模型系统，从而建立需求侧资源在电力系统中应用的整体信息、控制和调度架构。同时也应加强针对需求侧资源预测和优化运行的技术投入，并设计和建立相关效益评估系统。

(2)政策层面：一方面，应对分布式电源、储能、电动汽车等新兴需求侧资源给予一定的政策扶持，例如对分布式能源对电网供电提供电价补偿，对电动汽车用户实行电价折扣等奖励机制，以提高其在系统中的利用率。另一方面，应充分发挥售电公司在电价机制和需求侧响应合同制定中的自主性，保证市场内各类售电公司的数量以鼓励竞争。通过竞争促进符合各类需求侧资源特性的电价和合同机制的完善，以激励需求侧资源参与市场的主动性。

5 结 语

相比常规依靠供电侧的调节方式，需求响应在维持系统经济稳定运行时具有效率高、成本低、响应速度快、环保效益好等特点。对电力需求侧资源的管理是智能电网建设的重要组成部分。我国对电力需求侧资源的应用尚处于发展初期，但随着电力市场的发展，售电侧开放为其提供了广阔的发展前景。要充分发挥需求侧资源的巨大潜力，在充分学习借鉴国外相关经验的同时，还需在理论、技术、政策等多方面给予支持。

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(编辑 刘文莹)

Operation Mechanism Suggestions of Demand-Side Resources in Electricity Market under Retail Power Market Deregulation in China

ZHAO Yan1, LI Bosong2， JIANG Chuanwen2

(1. Shanghai Municipal Electric Power Company, Shanghai 200122, China;2. Department of Electrical Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China)

Demand response plays an important role in maintaining the economy and stability of the power system operation. Moreover, it is advanced in high efficiency, low cost, high response speed and high environment benefit. The application and management of demand-side resources are important parts of smart grid construction. The study on demand-side resources in China is still in the primary stage, but the development of electricity market and the deregulation of retail power market provide a broad prospect for it. This paper summarizes the current situations of demand-side resources and demand response in China and studies the influence of retail power market deregulation. On the basis of demand-side resource application and management experiences from foreign countries, we provide suggestions for demand-side resources to participate in the system operation under retail power market deregulation from three aspects of theory, technology and policy. It is pointed out that besides the enhancement in demand-side resource characteristic study and the improvement in smart grid equipment installment, the political support is also needed to encourage the development of demand-side resources in China.

demand response; demand-side resource; retail power market deregulation; electricity market

TM 73

A

1000-7229(2016)03-0112-05

10.3969/j.issn.1000-7229.2016.03.017

2015-12-07

赵岩(1962)，女，高级工程师，主要研究方向为电力市场运营和电力系统运行方式；

李博嵩(1990)，女，博士研究生，主要研究方向为电力市场运营和电力需求侧管理；

蒋传文(1967)，男，教授，博士生导师，通信作者，主要研究方向为电力市场、配电网自动化、电力系统优化运行、水电优化调度等。