美国需求响应技术和思考（下）

陆苏青，唐　楠，王蓓蓓，于晨阳

（1.东南大学电气工程学院，南京210096；2.上海交通大学安泰经济与管理学院，上海200030）



美国需求响应技术和思考（下）

陆苏青1，唐楠1，王蓓蓓1，于晨阳2

（1.东南大学电气工程学院，南京210096；
2.上海交通大学安泰经济与管理学院，上海200030）

摘要：需求响应项目的商业运作模式是影响需求响应项目成效的另一重要因素，新兴的商业运作模式能够显著提高用户参与需求响应项目的积极性。美国运用需求响应关键支撑技术和新的商业运作模式，成功开展了许多需求响应试点项目。介绍了美国激励用户采用灵活需求响应设备的新兴商业运作模式和重点需求响应项目案例，借鉴相关技术，为我国电力需求响应项目的发展提出建议，以促进需求响应项目在我国高效、有序地开展。

关键词：智能电网；需求响应；商业运作模式；项目案例

美国需求响应技术和思考系列文章的第一部分对美国需求响应项目推行中采用的使能技术、电网友好型设备和能量管理系统平台等关键支撑技术进行了研究分析。除了关键支撑技术，新兴项目商业运作模式也是美国需求响应项目顺利开展的一个重要因素，它能够显著提高用户参与需求响应（Demand response，DR）项目的积极性和项目的成效。运用需求响应关键支撑技术和新的商业运作模式，美国已成功开展许多需求响应试点项目。

目前，我国对需求响应项目商业运作模式的研究不足，开展的DR项目较少。在此背景下，本文介绍了激励用户采用灵活需求响应设备的新兴商业运作模式和典型需求响应项目案例。最后借鉴美国在需求响应方面的经验和成效，从政策、技术等方面为我国电力需求响应项目的开展提出建议，以促进需求响应项目在我国顺利地开展。

1　激励居民用户更换智能DR设备的新兴商业运作模式：BYOT

项目商业运作模式也是推动DR项目开展的关键因素，它影响着需求响应项目的种类、普及程度以及用户参与率，从而最终影响整个项目的执行效果。美国需求响应项目实施较早，商业运作模式多样。按项目的实施对象和实施主体分类，商业运作模式可分为以下3种［1—2］：其一是针对大工商业用户的动态电价机制，这是需求响应项目实施最直接的方式；其二也是针对中小用户的由专业的CSP （Curtai1ment service providers，CSP）负荷整形机构提供的需求响应项目。其中，CSP是利用其专业技术和服务特长组织具有削减负荷潜力并愿意参与需求响应市场交易的电力终端用户参与需求响应交易的代理商。BYOT，即“bring your own thermostat”，是第三种模式，也是一种激励用户更换智能DR设备的新兴商业运作模式，该模式不仅克服了旧式DR设备仅能单向通信的弊端，而且能够节约设备的安装及维护成本，提高用户侧DR项目参与度和满意度。因此，BYOT商业运作模式在美国推行的需求响应项目中备受欢迎。

1.1 BYOT DR项目概述

BYOT DR项目是指商业运作模式为BYOT的DR项目，该类项目主要针对居民用户并由电力公司、设备供应商和CSP共同实施。

图1为BYOT DR项目服务流和资金流，由图中的服务流可见电力公司的主要职能是设立DR项目并在需要的时候触发DR事件；设备供应商的主要职能是生产提供智能温控器等DR项目所需要的硬件设备；CSP的主要职能是提供允许用户注册参与需求响应项目的门户网站并将帮助众多用户更好地参与电力公司组织的DR项目，特殊情况下CSP和设备供应商可以由同一家公司承担，即既能提供温控器等DR设备又能提供门户网站。

图1　BYOT DR项目服务流和资金流

以温控器设备为例予以说明。传统的需求响应项目使用的是单向通信的旧式温控器，这类旧式温控器只能接收电力公司发出的信息而不能将自身的运行状况等信息传递给电力公司。为了解单向温控器的安装情况和运行情况，电力公司需要向用户安装并维护这些单向通信的温控器，这将会大大增加设备的安装和维护成本。而新型智能温控器支持双向通信，可以实现电力公司和用电设备之间信息的灵活互动。由图1可知，BYOT DR项目与传统DR项目的不同主要体现在2个方面，即温控器的购买过程以及用户参与DR项目的过程。在温控器的购买过程中，用户自己从供应商购买自己喜欢的新型智能温控器并获得电力公司给予的购买补贴；供应商每售出一台温控器也会获得电力公司给予的激励补贴。在用户参与DR项目的过程中，不管用户何时或者通过何种渠道购买的温控器，只要其与某CSP网络平台有兼容性，就可以通过该CSP报名参与DR项目并获得电力公司给予的激励。对于CSP来说，每月会获得电力公司提供的补贴，以补偿其对温控器门户网站的维护。虽然电力公司需给用户、CSP和供应商各种激励和补贴，但总的成本还是低于传统DR项目。另外，传统需求响应项目中的旧式温控器由于功能单一、用户体验不佳等原因，可能在短时间内会被用户淘汰，新型智能温控器功能丰富，不仅具有显著的节能效果而且可以帮助用户自动参与DR项目，帮助用户节省电费。此外，相比较由电力公司派发指定型号温控器的传统DR项目，BYOT DR项目由于用户可以选择自己的设备并主动参与项目，用户的满意度有了较大的提高［1］。

1.2 Austin Energy的BYOT DR项目及成本分析

Austin Energy电力公司自2001年开始实施传统的“自上而下”的需求响应项目，在该项目中电力公司为用户免费安装价值195美元的旧式温控器。但随着新型智能温控器在市场中受欢迎程度越来越高，Austin Energy开始考虑用这类新型温控器来替代旧式温控器，但新设备成本较高，使得Austin Energy开始研究BYOT［2—3］商业运作模式。

在BYOT的DR商业运作模式中，Austin Energy电力公司每安装一台智能温控器只需花费125美元，其中包括对用户购买温控器给予的补贴（100美元）及对温控器供应商的激励（25美元，作为每售卖一台智能温控器的补贴）。另外，在项目实施阶段，电力公司每月给CSP 15美元/台的补贴，用以补偿CSP对温控器门户网站的维护。这意味着，从一开始，BYOT模式下的成本（140美元）就低于传统模式中195美元的旧式温控器成本。

Austin Energy仅在每年气温最高的一个月中实施BYOT DR项目。在实施4～5年后，由于门户网站维护费用（15美元/（台·月）），电力公司在一台智能温控器上花费的成本增加到190美元左右。虽然维护费用使得成本增加，但它同时激励着CSP继续与电力公司合作，以使用户长期参与需求响应项目。另外，据估计，10年后，传统需求响应项目中的旧式温控器将有一半会被用户抛弃，这使得节能量下降，项目整体成本增加。因此与传统的“自上而下”的项目相比，190美元并不算贵。

装有智能温控器的用户在选择参与DR项目后，能够获得Austin Energy给予的85美元的奖励。作为回报，用户允许电力公司在电力供应不足时远程控制空调负荷。但为了避免强制性执行造成的用户舒适度下降而导致用户离开项目，电力公司允许用户不遵从削减负荷的指令，也不会对其进行惩罚。

1.3 BYOT DR项目实施情况及优缺点分析

（1）项目实施情况

（2）优点

传统DR项目中，电力公司不仅招募用户，为用户免费安装设备，还对设备进行管理和维护，由此产生的成本包括客户市场费用、硬件费用、安装费用、客户服务费用以及持续支付给客户的费用等。而BYOT DR项目中无需重新安装设备，只要符合CSP注册网站的接入要求，即使是过去购买的智能温控器也提供无歧视的接入服务。其成本仅包括持续支付给CSP的网站维护费用和持续提供给用户的响应DR事件的奖励，这大大节省了招募用户的时间及安装并维护设备的费用。

另外，在传统DR项目中，电力公司为用户安装指定设备，即用户没有选择设备的权利。但在BYOT模式下，用户可以选择最适合他们的硬件设备来参与需求响应项目，这将给用户带来更好的体验效果。

（3）缺点

目前，提供BYOT服务的CSP公司较少，缺乏有效的市场广泛度支持，此外，对电力公司来说，由于越来越多的供应商带着多种不同的智能温控器参与该项目，电力公司发现项目的管理难度越来越大。例如：Austin Energy电力公司的BYOT DR项目事先并没有做营销策划，但仍有3 000多名用户由于早期已安装不同厂家的智能温控器设备而很快报名参加。智能温控器的种类越多，管理就越困难，因此BYOT DR项目可能会增加Austin Energy电力公司的管理负担［4］。

2　需求响应关键支持技术的应用案例

运用使能技术、电网友好型设备、能量管理系统平台等需求响应关键支撑技术，美国开展了大量的试点项目和需求响应项目，取得了较好的实施效果。以下是对部分典型项目的介绍与分析。

2.1智能温控器和控制开关试点项目案例

Pepco Ho1dings，Inc（PHI）是中大西洋地区最大的能源供应公司之一，该公司向特拉华州、哥伦比亚特区、马里兰州和新泽西州的大约200万客户提供服务。作为一个规范的输配电公司，PHI商业策略的重点是加快智能电网的建设。2008年马里兰州颁布的能源效率法案要求电力公司积极开展需求响应项目，争取到2015年实现电力负荷削减15%的目标。同样，哥伦比亚区计划到2015年电力需求削减15%，新泽西州计划到2020年电力需求削减20%。

为了实现这些目标，PHI提出了实施智能用电奖励项目。项目的核心是大量安装先进的AMI仪表，促使较多的用户参与到需求响应项目。但开展和实施这些项目会遇到一些挑战和问题，比如：内部人员受限；需制定方案以解决非AMI设备的通信问题；实现国家具体的目标难度较大，例如：马里兰州要求大于50%的项目参与率；需要创建有效的营销活动来招募并保留项目参与者等。

程小青对侦探小说始终抱有热情。他的侦探小说创作先于他的侦探小说翻译，从接触第一本福尔摩斯侦探小说开始就被侦探小说深深吸引(1905年，一个偶然的机会，程小青得到一本英国柯南·道尔所著的福尔摩斯侦探小说，爱不释手。因他平时很喜欢动脑筋研究分析问题，所以非常佩服福尔摩斯的神通)，其后，受柯南·道尔所塑造的福尔摩斯形象的启发，创作出中国的私家侦探形象——霍桑(1914年，上海《新闻报》副刊《快活林》正搞竞赛征文，程以“霍桑”为主角写了一篇侦探小说《灯光人影》)，此后便一边从事福尔摩斯系列侦探小说的翻译，一边从事霍桑系列侦探小说的创作。

为了应对以上挑战，PHI选择与Comverge合作，联合制定策略以实现负荷削减目标［6］。其中，Comverge公司负责管理用户参与项目的注册过程以及用户信息系统和计费系统的整合过程。另外，Comverge公司还承担所有控制装置的安装过程，包括Inte11iTEMPⓇ基于网络可编程恒温器和Inte11iPEAKⓇ控制开关，以及对这些设备进行后期的维护和修理。

自2009年合作以来，PHI利用Comverg公司的智能温控器和控制开关实施的智能节电奖励项目取得了显著成就，负荷削减量达300万kW。PHI希望与Comverge公司进一步扩大合作关系，安装更多的智能温控器和控制开关，这将给PHI带来更多的效益，包括智能节电项目参与率的提高以及负荷削减量的增加等。

2.2家庭电能显示器的试点项目

家庭电能显示器在美国的试点项目比较多［7］，项目实施概况如表1所示。

表1　美国IHD试点项目概况

2007年，美国马萨诸塞州的3家电力公司向所在服务区域安装了3 512台价格从0～49. 99美元不等的家庭电能显示器。实验结果表明，安装有IHD的用户中有63%的用户会根据IHD的显示信息改变原有的用电方式。其中41%的用户会在不看电视或不用电脑的时候关闭电源，23%的用户会选择用体积小的荧光灯代替白炽灯。而在电费方面，60%的用户表示会在意电费的支出，其中30%的用户认为IHD帮他们节约了5%～10%的电费。

另外，2004年，亚利桑那州和加利福尼亚分别实施了SRPM-Power conservation effect study FY04 和Ca1ifornia information disp1ay pi1ot试点项目，不同的是，这些试点除了安装了IHD外，还配合使用了其他使能技术。结果表明，IHD与其他使能技术的配合使用会显著增加用户的需求响应量、提高DR项目成效。例如：SRPM-Power conservation effect study FY04项目报告表明，84%的用户表示对项目“非常满意”或“满意”，而且，95%的用户认为，与单独使用IHD相比，配合使用IHD和其他使能技术能够使用户更好地控制和管理负荷。

2.3 BGE智能用电定价和能量球等使能技术的试点项目

2008年夏季，Ba1timore Gas & E1ectric Company （BGE）开展了居民动态定价试点项目，即智能用电定价（Smart Energy Pricing，SEP）［8］。该项目从2008 年6月1号开始一直持续到2008年9月30号结束，历时4个月。BGE在SEP中测试了3种动态定价机制：动态峰荷定价（Dynamic Peak Pricing，DPP），峰荷时段低回扣（Low Peak Time Rebate，PTRL），峰荷时段高回扣（High Peak Time Rebate，PTRH）。其中DPP由尖峰日电价（Critica1 Peak Price，CPP）和非尖峰日分时电价（Time-of-Use Price，TOU）2种电价机制构成。在PTRL和PTRH的项目中，如果参与用户在尖峰时刻削减负荷，就能够获得相应的回扣。同时，BGE也测试了能量球和循环空调开关对项目结果的影响。

整体上来看，不同费率和使能技术组合拥有不同的峰荷削减百分比，峰荷削减的幅度从18%到33%不等。其中，不同定价机制对用户峰荷削减量的影响不大，但使能技术对项目结果却有着明显的影响。在没有使能技术时，尖峰时段用电减少量在18%～21%之间；在用户仅安装能量球的情况下，尖峰时段用电减少量在23%～27%之间；在用户安装能量球和CAC开关2种使能技术的情况下，尖峰时段用电减少量在29%～33%之间。试点项目结果表明，使能技术的安装使得用户的负荷削减百分比有了明显的提高，从而说明使能技术可以使用户削减更多的峰时段负荷，更好地参与需求响应项目。

2.4太平洋煤电公司的自动需求响应项目

太平洋煤电公司是加利福尼亚州的3家电力公司之一，它在美国智能电网技术建设道路上走在了最前端。太平洋煤电公司拥有1 500万的服务人口，并向500多万用户提供输配电服务，其中88% （450万）的用户是居民，其余是商业、工业等。太平洋煤电公司大力推动智能电网项目的实施，特别是自动需求响应项目。

公司和Honeywe11合作，利用ADR系统开发了许多自动需求响应项目。当前该项目主要适用于负荷超过200 kW且参与了该公司负荷削减DR项目的商业、工业和农业用户。用户事先制定自身的负荷削减策略，在接收到太平洋煤电公司的尖峰信号后，为了对尖峰信号做出响应，用户侧根据已有削减策略自动地对负荷进行削减。需要说明的是，该项目并没有合同限制，完全自愿，即用户没有义务去削减提示的削负荷量。

项目结果表明，该自动需求响应项目取得了巨大的成效，尖峰负荷削减量达6万～7万kW。在太平洋煤电公司实施的DR项目中，参与自动需求响应的用户数在所有参与DR项目的用户中所占的比例并不高，仅有2%，但在任一尖峰事件时刻，自动需求响应的削负荷量却占据了实际总削峰额的40%，可见ADR系统在挖掘用户侧DR潜力和价值方面起着巨大的作用。

2.5西门子DRMS参与需求响应项目案例

Idaho Power公司创建于1916年，主要从事发、输、配、购、售电等活动。2013年，Idaho Power公司的服务对象达到了508 435户，其中居民用户422 188户，占83%；商业和工业用户66 849户，占13%；灌溉农业用户19 398，占4%。公司2013年度总售电量为16 302 648 MWh，其中夏季和冬季峰荷分别为3 407 MW和2 482 MW。为了削减高峰负荷，推迟或避免发电机组的建设，减少投资，Idaho Power决定开展需求响应项目并利用西门子公司的DRMS来管理DR项目。

Idaho Power实施的DR项目包括针对居民用户的A/C Coo1 Credit项目、针对工商业用户的F1ex Peak Management项目以及针对灌溉农业用户的Irrigation Peak Rewards项目。西门子DRMS帮助Idaho Power更好地实施和管理DR项目。DRMS能够通过创建网站门户来方便电力公司招募用户参与需求响应项目；在DR事件过程中，DRMS利用AMI实现负荷削减量的实时双向通信，并及时地对需求响应事件进行测量和验证；确认已关闭的用电设备，同时跟踪实际切负荷量。

在西门子DRMS的帮助下，Idaho Power实施的需求响应项目取得了成功，避免了调峰机组的建设，节约了成本。以Irrigation Peak Rewards项目为例，该项目面向所有的农业用户，从2013年6月15日持续至8月15日。在负荷高峰时段，电力公司能够远程控制参与用户的灌溉水泵，并且在事后对参与用户给予相应的激励补偿。在Irrigation Peak Rewards项目中，电力公司的总收益是38 532万美元，相比总成本（包括用户激励，设备安装和管理费用，服务费用等）21 469万美元，益本比为1.79，可见DRMS能够帮助电力公司实现巨大的效益。

3　对我国需求响应发展的启示与建议

（1）更多的政策支持

政策与相关部门的决策对需求响应的实施起着重要作用。只有在政策引导下，才能有步骤、分重点地建立需求响应市场。政府应借鉴美国已实施的DR项目案例，制定需求响应项目的融资政策和利益分配政策等，对需求响应各类成本及收益的构成、发生和归属进行界定，促使项目参与方积极组织并参与DR项目。

（2）出台需求响应技术标准体系

统一的需求响应技术标准，如：需求响应技术导则、负荷基线计算方法标准等，能够实现电力公司、用户、第三方服务商、政府监管等参与方的设备之间的互联互通。政府应主导出台需求响应技术标准体系，对DR的业务、功能、通信和服务等进行规范，提升先进技术在DR中大规模推广的机会和价值。

（3）改变用户对DR观念

当前国内还停留在有序用电阶段，这是一种粗放型的管理，是遇到系统故障或容量缺额时迫不得已采取的措施，而且，传统观念认为负荷需求特别是实时负荷需求是“刚性”的，只有发电机组能够对负荷变化进行响应，而没有意识到需求响应的可调能力。因此，需要加大对DR的宣传和教育力度，让用户意识到DR在电力系统中的价值，提高参与者对DR的理解和接受度，以利于DR项目的推广。

（4）鼓励研发与推广需求响应关键技术

美国需求响应项目能够快速发展的另一个原因是需求响应关键技术的支持。我国应加大对研发关键技术的投资，鼓励研究开发需求响应的新技术、新工艺、新产品，促使相关机构在使能技术、智能用电设备和能量管理系统平台等方面做出创新，并积极推进相关技术试点项目的开展，继而在全社会推广其中成熟和先进的技术。

（5）促进DR项目多元化，积极推动试点项目的开展

与美国相比，我国实施的需求响应项目较少且形式单一，对DR潜力的挖掘不够，带来的效益也非常有限，因此，需要结合研发的新需求响应关键技术，大力推动试点项目在各地区的开展。从试点项目中总结经验和不足，寻求更多符合我国实际需求的需求响应项目和实施模式，发挥需求响应在电力系统调峰移峰、消纳大规模清洁能源、提高能效及分布式电源、电动汽车与电网互动等方面的作用。

（6）加大与第三方机构的合作，实现共赢

第三方机构，比如：第三方负荷整形机构，能够对DR项目提供专业的意见，不仅能够帮助用户合理用电，而且能够帮助电力公司更好地管理需求响应项目。因此，建议电网公司在政府政策支持下，与第三方机构加强合作，更多地开展DR项目，实现政府、电网公司、第三方机构、用户之间的良好合作，从而更好地促进需求响应项目推广。

4　结束语

新兴项目商业运作模式能够显著提高用户参与DR项目的积极性和项目的成效。本文对美国需求响应项目中激励居民用户更换智能DR设备的新兴商业运作模式——BYOT及典型的需求响应项目案例进行了研究分析，并结合美国需求响应技术和思考系列文章的第一部分（见本刊2015年第6期），从政策、技术等方面为我国电力需求响应项目的发展提出意见和建议，以促进需求响应项目在我国高效、有序地开展。

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［11］潘小辉，王蓓蓓，李扬.国外需求响应技术及项目实践［J］.电力需求侧管理，2013（1）：58-62.

（本栏责任编辑孙晶）

Demand response techno1ogy and thinking in America

LU Su-qing1，TANG Nan1，WANG Bei-bei1，YU Chen-yang2
（1. Southeast University，Nanjing 210096，China；2. Shanghai Jiaotong University，200030，China）

Abstract：The commercia1 operation modes of demand response projects are another important factor to inf1uence demand response program performance and new commercia1 operation mode can significant1y improve users’enthusiasm of participation in demand response projects. Using key support techno1ogies and new commercia1 operation mode，the America has successfu11y 1aunched many demand response pi1ot projects. This paper introduces the emerging business operation mode that motivates users to adopt f1exib1e demand response equipment and key project cases. Fina11y，referring to re1ated techno1ogies，the paper gives suggestions for the deve1-opment of demand response projects in China to promote the effective and order1y deve1opment of our country’s demand response projects.

Key Words：smart grid；demand response；business operation mode；project case

作者简介：陆苏青（1990），男，江苏苏州人，硕士研究生，研究方向为电力市场和电力需求侧管理；唐楠（1989），女，河南商丘人，硕士研究生，研究方向为电力市场和电力需求侧管理；王蓓蓓（1979），女，安徽蒙城人，博士，副教授，博士生导师，主要从事电力市场和电力需求侧管理研究和教学工作；于晨阳（1991），男，江苏扬州人，硕士研究生，研究方向为国民经济核算。

基金项目：国家自然资金项目（NSFC）（71471036）（5127 7028）；国家电网公司科技项目（DZ71-14-042）

收稿日期：2015-06-25

中图分类号：F416. 61；TK018

文献标志码：C