河南省电力需求响应能力测算与储备目标优化分解
2021-05-23刘军会刘湘莅华隽白宏坤付涵
刘军会，刘湘莅，华隽，白宏坤，付涵
（1.国网河南省电力有限公司 经济技术研究院，郑州450000；2.国网河南省电力有限公司 营销部，郑州450000）
0 引言
近年来，国家对需求响应能力建设提出明确要求：通过引导和激励电力用户挖掘调峰资源，形成占年度最大用电负荷3%左右的需求响应能力［1—2］。国网公司要求强化需求侧管理，将需求侧可调节负荷纳入电力规划，按照95%最大负荷进行“十四五”期间电力平衡规划。文献［3］—文献［5］聚焦响应潜力和激励机制开展研究，文献［6］—文献［9］对政策保障机制、信息化支撑、平台部署等关键问题进行探讨，为河南省开展需求响应工作提供了较好的借鉴和参考，但未见面向规划的应用研究。为把需求侧可调节资源纳入“十四五”期间电力规划，作为平衡电力供需的首选手段，本文聚焦各地市响应能力，充分考虑地区供需情况，从全省整体出发进行评估，优化储备目标分解顺序，实现储备目标与响应能力的动态平衡，确保目标制定合理，规划切实可行。
1 “十四五”期间河南省及各地市电力供需情况分析
面对“十四五”期间河南电力供需缺口的压力，单纯从供给侧难以经济、高效地解决供电缺口问题，需要充分挖掘需求侧响应潜力。为在电力供应紧张的区域安排足量的需求侧可调节负荷资源，开展更精准、灵活的互动响应，需要根据“十四五”期间电力供需情况，进一步明确分区电力缺口。
1.1 河南省电力供需情况分析
综合考虑河南省全社会最大负荷以及系统供应能力，“十四五”期间全省电力缺口呈逐年扩大趋势，2025年缺口将扩大至约1 600万kW。河南省“十四五”期间夏季晚高峰电力平衡情况如表1所示。
表1 河南省“十四五”期间夏季晚高峰电力平衡情况Table 1 Summer evening peak power balance of Henan province during the 14th Five-Year Plan period
1.2 “十四五”期间河南省分区电力平衡情况
“十四五”期间，参照各分区电力需求情况和省网平衡原则对河南省各分区电力平衡情况进行分析，如表2、表3所示。
表2 “十四五”期间河南省分区晚高峰电力平衡情况Table 2 Evening peak power balance of Henan province during the 14th Five-Year Plan period
1.2.1 豫北区域
2021年豫北整体电力盈余11万kW；到2023年，豫北电力缺口为175万kW；到2025年，豫北地区电力缺口进一步扩大，整体电力缺额378万kW。
1.2.2 豫西区域
作为河南的电源基地，2021年豫西整体电力盈余444万kW；到2023年，豫西整体电力盈余359万kW；到2025年，豫西盈余206万kW。
1.2.3 豫中东区域
考虑天中直流逐步满送，2021年豫中东整体电力缺额为214万kW；到2023年，豫中东整体电力缺额约为449万kW；到2025年，豫中东整体电力缺口进一步扩大至678万kW。
表3 “十四五”期间河南省各地市晚高峰电力平衡情况Table 3 Evening peak power balance of prefecture-level cities in Henan province during the 14th Five-Year Plan period
1.2.4 豫南电网
考虑2020年青豫直流建成投产，2021年豫南整体电力缺口约501万kW；到2023年，豫南电力缺口扩大至548万kW；到2025年，豫南地区整体电力缺口约768万kW。
综上，“十四五”初期，豫南因青豫直流的投运，驻信由传统的受电区域变为送电区域，河南省夏季晚高峰时期供电紧张的地区主要分布在豫南的许漯周、平南5个地市。随着各区域负荷发展，“十四五”中期，供电紧张的区域扩展到豫北的安鹤濮。“十四五”末期，供电紧张区域进一步扩展至豫中的郑开商地区。
2 “十四五”期间河南省18地市响应能力评估
需求响应能力与区域产业结构和负荷水平密切相关，各地市存在一定的差异。单个地市的需求响应能力可以通过调研方式由行业响应能力“自下而上”汇总得到。
地市m第i个行业响应能力计算公式为
式中：ΔPm,i为地市m行业i需求响应能力；Ppeak,i为实施需求响应前峰荷，是行业固有的负荷特性，具有一定的发展规律，可根据“十四五”期间地市行业发展规划采用趋势外推法进行预测；γi为需求响应时段可削减（避峰）负荷比例，与用户的用电设备、生产工艺、负荷管理水平有关；δi为行业i用户参与度，可通过调研一定数量的样本用户j（j=1，2，3，…，n）获得。假定总量为n的样本用户中有k个用户参与需求响应，则对于行业i可以合理推测出削峰比例γi和参与度δi如下
对具有参与意向、具备响应能力的r个行业负荷削减潜力进行累加，汇总得到地市m的需求响应能力Pm（m=1，2，3，…，18），即
按照上述方法通过调研分析得到“十四五”期间河南省各地市响应能力，如表4所示。到2025年，将各地市需求响应能力相加可得，全省可调节负荷规模将达到774万kW，响应能力超过750万kW。
表4 “十四五”期间河南省各地市响应能力分解Table 4 Response capability decomposition of prefecture-level cities in Henan province during the 14th Five-Year Plan period
3 “十四五”期间河南省需求响应储备目标地市分解
根据分区电力供需形势，按照年度储备目标在全省范围内组织需求响应资源。“十四五”期间河南省需求响应储备目标如表5所示。
表5 “十四五”期间河南省需求响应储备目标Table 5 Demand response reserve target of Henan province during the 14th Five-Year Plan period
根据电力供需情况，将18个地市分成3类。从全省整体出发，树立“一盘棋”思想，统筹考虑地市电力供应缺口与需求响应能力，优化储备目标分解顺序，实现储备目标与响应能力的动态平衡。
第Ⅰ类：“十四五”期间不存在供电缺口且负荷规模小的地区，比如三门峡、济源；由于青豫直流投运，由受电区域变为供电区域，且工业负荷比重较低的地区，如驻信；
第Ⅱ类：“十四五”期间始终存在供电缺口、需要外部联络线供应的地区，如许漯周和平南；
第Ⅲ类：“十四五”期间逐步出现供电缺口的地区，如安鹤濮、郑开商；“十四五”期间不存在供电缺口但负荷规模较大的地区，如洛阳、焦新。
储备目标分解顺序如下：
（1）首先安排第Ⅰ类地区，“十四五”期间需求响应储备目标维持2020年水平；
（2）其次安排第Ⅱ类地区，“十四五”期间需求响应储备目标与本地需求响应能力保持一致；
（3）剩余储备目标安排第Ⅲ类地区实施，设定平衡系数k，实现储备目标与响应能力的动态平衡
式中：Pm为年度m全省需求响应储备目标，m为水平年，取值为2021年、2022年……2025年；Qm,x为年度m第x类地区已确定的储备目标，x取值为Ⅰ、Ⅱ；Am,l为年度m地市l的需求响应能力，地市l归属为第Ⅲ类地区；k为平衡系数，一般情况下，平衡系数0
通过平衡系数k确定第Ⅲ类地区的储备目标Qm,Ⅲ
各地市的储备目标分解方案如表6所示。
4 主要结论
全省“十四五”期间一直存在电力缺口，且呈现逐年扩大趋势，2025年缺口将扩大至1 600万kW；经测算，2025年全省需求响应能力将超过750万kW，可以满足全省需求侧响应500万kW的实施规模（最大负荷5%水平）；为确保需求响应稳步实施，需统筹考虑地市响应能力与区域供需缺口进行储备目标分解。
表6 “十四五”期间河南省需求响应储备目标地市分解方案Table 6 Demand response reserve target decomposition scheme of prefecture-level cities in Henan province during the 14th Five-Year Plan period
4.1 “十四五”期间大部分地市存在电力供应缺口
综合考虑河南省全社会最大负荷以及系统供应能力，“十四五”期间全省电力缺口呈逐年扩大趋势，2025年缺口将扩大至1 600万kW左右。因青豫直流的投运，驻信由传统的受电区域变为送电区域，2025年驻信区域盈余132万kW；作为传统的电源基地，2025年豫西区域盈余206万kW。随着负荷的发展，2025年供电紧张的区域为豫北的安鹤濮、豫中的郑开商、以及豫南的许洛周、平南；其中，安鹤濮区域电力缺额将扩大至407万kW，郑开商区域电力缺额扩大至678万kW，许洛周、平南区域电力缺额扩大至689万kW、326万kW。
4.2 2025年全省需求响应能力超过750万kW
需求响应自实施以来，参与用户主要集中于工业企业和大型商业。需求响应能力与区域产业结构、负荷水平密切相关，综合考虑各地区的响应能力与电力供需形势，对各地市通过调研方式“自下而上”汇总分行业响应能力，预计2025年全省需求响应能力超过750万kW，可以满足全省需求侧响应500万kW的实施规模（最大负荷5%水平）。
4.3 目标分解需统筹考虑地市响应能力与区域供需缺口
需求响应储备目标分解应坚持全省“一盘棋”，统筹考虑地市响应能力与区域供需缺口。需求响应能力与区域产业结构和负荷水平密切相关，各地市存在一定的差异；同时，各区域供需形势不同，对需求侧可调节资源量的需求也存在差异。应坚持“因地制宜、分类推进”的原则，对于“十四五”期间不存在供电缺口的地区，储备目标应与响应能力解耦，维持在合理的较低水平；对于“十四五”期间持续存在供电缺口的地区，储备目标应按照响应能力的上限进行设定；对于其他地区，通过设置平衡系数，确保全省总体目标的实现。
5 “十四五”期间需求响应工作建议
“十四五”期间，为促进全省逐步建立占年度最大负荷3%～5%的需求响应能力，建议规划阶段把需求响应作为重要资源，纳入电力供需平衡规划，充分利用互联网信息技术，提升签订需求响应协议、自动对用电设备进行远程控制等操作便捷度；同时，利用支付宝、微信等使用率高的社交生活软件等现代化新媒体宣传方式，提高广大居民和小商业用户对需求响应的认可度，进而提高需求响应能力［10］。
5.1 规划阶段把需求响应作为重要资源，纳入电力供需平衡
优先保证省内电源有效供给能力，积极开拓省外市场，大力推进第三直流前期工作，同时，把需求响应作为重要的资源纳入供需平衡，根据电力供需情况稳步扩大实施范围和规模，并进一步挖掘电动汽车充电桩、冷库、通信基站等新兴负荷的需求响应潜力。
5.2 开发利用需求响应支撑技术，提升响应便捷度
利用互联网信息技术，将用户参与需求响应的预期收益和实际补贴金额及时反映给用户，激发其参与需求响应项目的积极性。利用便捷的线上服务，试点网上签订需求响应协议，丰富签约形式，简化签约流程。采用智能控制终端，依据用户意愿或者电网侧需求响应指令，自动对用电设备进行远程控制，实现灵活需求响应。
5.3 加强宣传引导，提高广大居民和小商业用户需求响应能力
丰富激励手段，以政府或者省公司表彰文件等形式激发基层工作人员组织、宣传、参与需求响应的积极性。采用现代化新媒体宣传方式，利用支付宝、微信等使用率高的社交生活软件，向全社会宣传需求响应及用能优化对保障电力平衡安全、提升效率、降低全社会成本的重要意义，加强与电力用户、负荷聚合商、设备厂商等市场主体的业务合作，共同促进需求响应业务良性发展。
