能源互联网技术在福建省电力需求侧管理的应用研究

（中国电建集团福建省电力勘测设计院有限公司 福建福州 350003）

0 引言

电力需求侧管理对优化电力资源配置、促进能源利用效率提升等方面起到了重要的作用，而大规模可再生能源的开发和并网接入，使得电力系统安全稳定运行的难度逐步加大，电力需求侧管理也面临新的挑战。随着智能电网发展，以及拓展延伸的能源互联网概念的提出，为电力需求侧管理提供了新的发展方向。电力需求侧管理正逐步向电力需求响应变革，主动满足负荷侧和供给侧的匹配和优化，促进电力系统安全运行。

针对智能电网、能源互联网等背景下的电力需求侧管理，不少学者开展了大量的研究：曾鸣等［1］提出了智能电网条件下的需求侧管理技术，并设计出相应的需求管理决策支持系统。刘俊等［2］通过研究发现我国需求侧管理逐步转向以经济手段为主的需求侧响应模式，并给出了相关的需求侧管理应用策略。王健等［3］构建了大数据在电力需求侧方面的应用模型，提升了电力企业对电力客户的认知，以及电力企业的综合管理水平和经营效益。

目前，福建省电网已实施需求侧管理的相关措施，并取得了一定的成效，随着能源互联网技术推进，预计“十四五”时期需求侧管理将发挥更大作用。但由于能源互联网建设项目多、投资大、建成后社会效益大，而投资者的经济效益尚未能完成发挥，因此，构建能源互联网投资回收机制和政策顶层设计，推动能源互联网持续健康发展，仍是今后研究的重要课题。

1 福建省电力需求侧管理实施情况

1.1 福建省产业结构及负荷特性

福建省三次产业结构主要以工业用电为主，占全省60%以上。近年来，福建省经济进入新常态发展阶段，工业发展逐步往高质量方向发展，产业结构进行逐步调整，逐步淘汰高耗能低附加值的第二产业，并鼓励第三产业的发展。全省“十三五”以来，二产比重逐步下降，三产比重逐步增加。2015 年全省三产用电结构逐步由1.38∶67.32∶12.67 调整为2019 年的1.49∶64.04∶15.15。

2019 年福建省全社会最高负荷、用电量分别约为3 838万kW、2 402 亿kWh，同比增长4.7%、3.8%。近年来，全省典型日负荷曲线一般呈现早高峰、午高峰、晚高峰模式，早高峰发生时段在11-12 时，午高峰13-15 时，晚高峰发生在21-22时。2015—2019 年，年最大负荷日日负荷曲线见图1。

图1 福建省典型日负荷曲线示意图

1.2 福建省已实施的需求侧管理措施及成效

2011 年起，福建省自先后推动需求侧管理措施的探索和应用，通过开展有序用电管理、实施分时电价、阶梯电价等政策措施，采取鼓励电能替代、开展蓄冰蓄冷等手段，推动全省移峰填谷，促进节能减排，并取得了一些经验和效果。

“十三五”期间，福建省累计安排36 836 户参与有序用电，最大压减负荷874.7 万kW，占年度预计最大负荷的22.8%。全省高峰、平段、低谷的用电比重维持在35.8∶35.1∶29.1 左右，实现了较好的削峰填谷效果。通过需求侧响应负荷模型还原的方法，计算得出未执行峰谷电价的负荷曲线，对比结果见图2所示。由图2 可知，福建省通过实施需求侧管理措施，可削减约11.9%的高峰负荷，同时提升8.7%的低谷负荷，从而达到缩减全省峰谷差的效果。

1.3 需求侧管理发展的存在问题和面临形势

我国电力需求侧管理的手段仍在不断探索中，受限于电力发展的体制机制以及需求响应的重视程度，电力需求侧管理存在的问题主要如下：

（1）电力市场仍不够成熟。我国电力市场建设还处于初期阶段，尤其是现货市场、辅助服务市场等的建设尚在起步阶段，缺乏完整成熟的市场体系和运行机制支撑需求响应资源的开发。

图2 实行需求侧管理措施的负荷特性对比曲线

（2）需求响应运行机制有待完善。目前仍缺乏较为成熟的需求响应商业模式，导致市场主体参与积极性不高，同时需求响应成本低，用户参与响应的市场意识程度不高。

（3）需求响应技术有待提升。大规模灵活资源优化配置、运行调控策略与电网运行控制等理论研究与实践应用有待深入研究。此外，需要构建相关的互动平台、通信技术和能效管理系统等终端应用平台，并推动需求响应的能力和效益评估。

随着新能源、储能、微网、多能互补等新模式的发展，电力需求侧管理不仅实现削峰填谷，更重要的是满足不可控的可再生能源接入以及电动车等多元化负荷的接入，实现发电端和用电端的匹配，提高能源效率、改变生产消费方式。

能源互联网的建设和推进，也推动电力需求侧管理产生新的商业模式。伴随着电力市场体制的成熟，电力负荷曲线平稳的用户在电力市场上将具有更大的竞争优势，将促使用户投入成本进行改进自身的电力需求侧管理，或者通过购买节能服务优化自身曲线，降低生产的电力成本。传统的以生产顺应需求的能源供给模式将发生重大变化，处于能源互联网中的各个参与主体都是“生产者”和“消费者”的有机结合体，互联共享逐步成为新型能源体系中的核心价值观［4］。

2 能源互联网技术在需求侧管理的应用措施

2.1 能源互联网概述

能源互联网是能源和互联网的深度融合，各领域学者均对其做了大量的研究。结合马钊等［5］的研究成果，能源互联网初步定义为：以电力系统为中心，智能电网为骨干，互联网、大数据、云计算及其他前沿信息通信技术为纽带，综合运用先进的电力电子技术和智能管理技术，能够实现横向多源互补、纵向源—网—荷—储协调的能源与信息高度融合的下一代能源体系，同时具有扁平化性、面向社会的平台性、商业性和用户服务性［5］。

2.2 能源互联网技术的需求管理应用措施

能源互联网技术具有智能感知、云计算、大数据分析、需求响应等先进信息技术，可为电力需求侧管理提供信息采集、分析、反馈、管理等手段，从而实现改善系统用电特征的效果。主要的需求侧管理应用措施可归纳为以下4 个层面的应用：

（1）大数据技术应用。在电力大数据的环境下，管理层可通过数据挖掘技术动态实时掌握用户的用电规律及其相关信息，并制定出不同响应策略的电价，以引导用户改善自身的用电行为［6］。用户层则可利用数据挖掘技术从纷繁复杂的数据中发现规律提取新的知识，得出参与需求响应的最优决策。最终，在约束的效益目标下，实现社会资源的最优分配，合理优化电网的运行条件以及峰谷差水平。

（2）云计算技术应用。电力需求侧管理云平台集成了数据采集系统、数学模型、网关、云计算分析和处理系统、结果输出系统等方面，并作为统一、开放、分布式的服务平台提供给用户。服务商和用户通过云平台的数据和计算能力，进行电力需求优化响应的匹配，实现电力流的最佳分配。

（3）负荷管理优化应用。在能源互联网通讯基础设施完善的条件下，用户之间可通过5G 通信技术实现区域内用户的互联和信息交互。负荷管理系统通过用户的信息、当前的电价机制、电网运行参数等约束条件进行整合和优化计算，为用户制定系统运行优化的节能用电计划。所有用户的用电计划共同构成了系统的能源消费计划，并具备节能、经济、高效等运行特征，从而使得系统的用户用能负荷实现最优化管理。

（4）能效管理优化应用。电力需求侧管理中的能效管理就是引导用户优化设备的节能水平，提升终端用能设备利用效率。能源互联网具有完善的数据收集能力，通过收集和分析用户的能耗信息，结合设备的用户标准和节电潜力进行对比评估，提供用户节能信息报表和节能改造经济效益分析，服务用户能效管理决策，进而改善用户设备，实现能效优化管理。

3 能源互联网技术的应用成效及发展建议

3.1 “十四五”福建省需求侧管理的改善效果

“十四五”时期是福建省海上风电、分布式光伏等可再生能源有序、健康发展时期，也是储能商业化应用的关键时期。随着技术性需求侧管理措施的深入推进，对全省负荷的控制效果主要体现在三方面：一是可再生能源提升就地消纳能力，降低远距离输送，降低全省输配电损耗；二是储能设施的建设，对全省进行削峰填谷，降低全省最大负荷及峰谷差；三是通过能源互联网平台参与电力市场交易，主动控制调减用户负荷需求，从而降低用电成本。

依托能源互联网技术及衍生的新能源及储能等设施建设，电力需求侧管理能力逐步提升。福建省电力需求侧管理按照着重响应尖峰负荷需求、抬升低谷负荷水平的原则，对全省负荷曲线进行优化和改善，预计2025 年可降低全省最高负荷约170 万kW，缩减年最大峰谷差约300 万kW。全省尖峰负荷由5 770 万kW 下降至5 600 万kW，97%以上尖峰小时数由13 h 提升至73 h，负荷尖峰化的趋势更加明显。

从全省负荷特性上分析，在需求侧管理措施控制下，负荷早高峰、午高峰的双峰模式预计将合并为中午的单峰模式。一方面，中午时段为平价用电时段，较早高峰、午高峰具有用电成本优势；同时，中午累积的气温效应较高，降温负荷较大；此外，部分需求侧控制设施作用于早高峰、午高峰，降低了全省尖峰负荷需求量。2025 年福建省典型日负荷曲线的需求侧管理效果对比见图3。

3.2 投资回收机制分析

能源互联网包含能源生产、输送、销售、分配、消费以及优化分析等环节，具有较多的节点单元，其投资量巨大。电力系统处于能源互联网的核心地位，构建打造能源互联网企业是电网公司未来发展的主要目标之一。而在电力体制改革框架下，仅以输配电价进行投资回收的电网模式难以有效推动能源互联网的建设积极性，需要充分挖掘其产生的社会效益，并通过电价机制获得合理的回报。

图3 典型日负荷曲线的需求侧管理效果对比图

能源互联网技术形成的可再生能源就近消纳提升、降低全省峰谷差、提升能源供应能力等方面改善效果，所取得的效益基本上为社会属性效益，但能源互联网的投资建设者获取此部分收益较为困难，这就造成能源互联网的建设驱动力不足，发展进展较慢。另一方面，能源互联网技术在需求侧管理控制措施的配套运行政策机制不够完善，也难以形成相应的商业模式，发展可持续性较差。

以福建地区为例，全省2025 年预计可削减尖峰负荷约170 万kW。在省级电力规划中，若考虑通过新增电力装机及输配电设施满足尖峰负荷供电要求，则其投资额可达数十亿元，而通过需求侧管理的手段进行削峰填谷，则其成本预计仅为投资成本的十分之一以下。虽然需求侧管理的效益相对可观，但需要构建相对较为完善的基础设施平台以及配套的政策措施，才能推动需求侧管理运行顺畅。而搭建适用于需求侧管理开展的基础设施则需要花费巨大的费用，才能取得长久的社会成效。因此，针对能源互联网技术在电力需求侧响应部分取得的社会效益，可参照输配电价回收机制，进行评估并给予合理的回报率进行回收投资。

3.3 发展的政策建议

为更好推进能源互联网的建设，促进需求侧管理的实施和发展，需要搭建相应的顶层设计机制，主要提出如下的发展建议：

（1）构建完善的需求侧响应市场机制。构建完善的市场机制是大规模发展需求响应项目的关键。在逐步培育发展电力市场的同时，应考虑电力需求侧管理与需求响应与电力市场的衔接机制，构建激发需求侧资源响应的电力供需实时价格信号，加快完善电力现货市场与辅助服务市场的建设。在充分研究需求响应发展路径的基础上，形成可复制、可推广的市场建设方案。

（2）加强需求响应技术体系架构建设。通过能源互联网技术，打破源、网、荷、储等单元间的数据壁垒，形成综合化、系统化的用能数据体系，进一步结合大数据技术进行系统分析和优化，实现需求侧响应资源的优化分配。完善需求响应技术标准体系，并在需求响应项目的设计、建设、运行和维护中，重视现行标准的推广和应用，提高项目建设质量，降低项目投资运维成本。

（3）建立能源互联网的投资回收机制。对能源互联网在电力需求侧管理层面取得的社会效益进行充分评估。在电网建设过程中，对于必要的能源互联网相关项目，纳入输配电价投资审计成本，并对产生的社会效益层面相应的投资及其合理的利润率给予投资回收。

4 结论

能源互联网的建设，有利于推动能源行业技术进步，推动我国能源向清洁低碳、安全高效的发展方向转型。能源互联网技术涉及广泛，可充分应用到电力需求侧管理过程中，通过数据分析、优化控制等手段，实现系统需求侧主动响应和控制。预计将进一步削减福建省“十四五”期间的尖峰负荷，优化负荷特性，避免造成大量的电力投资浪费，形成较为良好的社会效益。然而能源互联网建设投资巨大、投资者经济效益有限，需要搭建合理的能源互联网投资回收机制，构建完善的电力市场体系和电力需求侧顶层设计，从而推动能源互联网技术在电力需求侧管理更好发挥作用，实现电网的优化运行。