 随着智能电网建设的不断推进与电力体制改革的持续发酵，需求侧资源在配合电网削峰填谷、消纳可再生能源等方面的作用正在被重新认识。需求响应（demand response，DR）指电力用户针对DR实施机构发布的价格信号或激励机制做出响应，并改变自身用电模式的市场化参与行为。部分国家已经通过立法形式，从战略层面将DR资源与发电侧资源等同对待并进行调用。 DR是在电力市场化机制背景下发展起来的，它的主要作用是通过电网侧与用户侧互动，提高电力系统运行效率，为DR各参与方带来效益。美国最先开展DR技术研究和试点，提出了DR系统通信协议规范OpenADR，并在加拿大、日本、中国台湾等地广泛试点应用。 目前，国内在DR系统开发、试点项目实施过程中，借鉴了OpenADR的有关内容，但更多的是立足国内现状，基于电网企业相关业务应用系统（如负荷管理控制系统、用电信息采集系统等）建设DR平台，通过招募负荷聚合商等对电力用户侧负荷资源进行统一调控。同时，我国的DR机制和项目设计，多数情况下由政府主导，参与用户以工商业用户为主。 DR适应当前电力系统的发展要求，不仅有利于促进电力系统的高效运行，更对整个电力行业发展、节能减排发展以及社会经济发展等方面都有着重要的战略作用。由此可见，DR的研究与实施有着重要的现实意义。近年来，国内外均积极开展了DR的研究与实践，本文介绍了国内外DR研究现状与发展动态，分析了DR发展面临的新形势，展望了未来DR的发展趋势，可为DR的技术和政策研究提供借鉴。 1.1.1?美国 美国电力市场环境开放，是世界上实施DR项目最多、种类最齐全的国家，其DR起步早，相关政策法规相对完备，理论研究相对完善，处于世界领先的水平，美国DR的发展历程如图1所示。 图1 美国DR发展历程 美国劳伦斯伯克利国家实验室从2002年开始研究DR通信协议，并主要承担OpenADR的研究工作，2010 年5 月，OpenADR成为美国首批16 条智能电网“互操作性”标准之一，2011年进行了OpenADR2.0版本的认证和测试；2012年，OpenADR联盟将OpenADR2.0a作为美国的国家标准发布。 霍尼韦尔研究的ADR系统由DR自动化服务器（demand response automation server，DRAS）驱动，并与用户的能量管理系统相接。系统采用OpenADR通信协议实现DRAS、控制器和能量管理系统（energy management system, EMS）之间的信息传递，旨在帮助用户改善能效，降低电网在用电高峰时段的负荷。 加利福尼亚能源委员会与加州大学伯克利校区的跨学科研究团队签署合同，开展了DR技术研究。目前在这方面做得比较好的公司有Comverge，Atmel，Ambiant，LOXONE等，其中Comverge是一个智能能源管理解决方案供应商，该公司于2013年2月4日推出了DirectLink系列产品，并凭借此系列产品获得了TMCnet网站颁发的2014年智能电网产品年度大奖。 西门子公司研发的需求响应管理系统（demand response management system，DRMS），已在北美最大的能源及能源服务提供商之一—Direct Energy公司上线应用。DRMS将整合Direct Energy公司每个用户的辅助计量设备，并采集消费数据，通过分析以便更好地决定市场交易的能源量。DRMS能够支撑Direct Energy公司对供应方合约进行套期保值，或在高需求及供应价格升高时获得最大化收入，来优化以市场为导向的交易。 1.1.2?欧洲 法国在1996年便提出了名为Tempo的需求响应电价项目，此项目将全年分成蓝色日、白色日和红色日3种电价，每天又分峰荷与非峰荷2种电价。 爱尔兰国家能源监管委员会针对家庭用户及中小型企业开展了智能计量系统测试、成本效益分析等DR相关技术研究，其中比较分析了按月计费、双月计费、户内显示、减负荷激励这4 类向用户反馈模式的效益。 德国的弗劳恩霍夫研究所（Fraunhofer）开发了双向能源管理界面用于管理家庭能源，旨在实现从能源供应商接收电价信息，并在成本最优化条件下控制可转移负荷的功能。 意大利国家电力公司、意大利电信公司和家电企业开展“Energy@Home”技术研究，旨在通过家电、智能电表和宽带通信的合理联接实现DR用户和电网的双向互动，在提高能效水平的同时，降低电网的高峰负荷。 1.1.3?日本 2012年，经济产业省对DR用例进行调查，最后确认使用OpenADR2.0作为日本自动DR标准基础。2013年开始应用《日本需求响应接口规范1.0》这一过渡性规范。该规范由经济产业省设立的DR行动小组负责起草，适用于电力公司（能源供应商）与电力用户（独立服务提供商和终端消费者）之间通信。日本2014年底实施自动DR实证试验。使用ADR国际标准规格OpenADR2.0，在电力供应紧张时，自动向用户发出节电要求信号（简称DR信号），家庭、企业等用电方自动接收DR信号，用EMS控制用电量，对DR结果自动进行报告。 1.1.4?澳大利亚 澳大利亚于2005年成立了EL-054标准委员会，该标准委员会致力于研究利用DR解决空调负荷过高的问题。2012年，标委会发布AS/NZS4755系列标准，促进了电力用户侧具备规模的能够及时快速响应电网企业需求的家庭电气设备集群的形成，以及灵活需求响应服务市场的建立。AS4755主要包括3部分：AS4755.1主要是需求响应的概念和术语；AS4755.2主要是关于需求响应使能装置，该装置用于在需求方和响应方之间传输有关信息；AS4755.3主要从物理层面、功能层面规定了需求响应实施过程中相关电气设备的信息交互接口实施参与需求响应。 1.2.1?美国 美国各州DR项目的开展各具特点，加州主要运营负荷参与计划、需求削减计划等项目，纽约州主要利用可中断负荷参与日前现货市场或运行备用市场。美国的DR项目见表1。美国出台了很多DR激励政策见表2。 1.2.2?欧洲 法国的Tempo项目是分时电价的典型成功案例，超过1000万消费者参加了这一项目；2015年创立的KiwiPower公司，利用DR能够为英国电网完成近200MW的电力调配，且持续时间可以长达1h。欧洲有8个区域性电力市场，没有统一的市场规则及技术标准，也没有整体性的DR计划，因此欧洲各国主要依据各自制定的方案和规则开展DR项目，欧洲DR实施情况见 1.2.3?日本 京瓷株式会社、日本IBM株式会社、株式会社东急Community 集团等公司，为实现电力供求平衡并构筑电力稳定供给模式，启动了自动需求响应（auto demand response，ADR）实证试验。该试验使用ADR国际标准规格OpenADR2.0 Profile b，在电力供应紧张时，自动向用户发出节电要求信号，家庭、企业等用电方自动接收DR信号，利用能源管理系统控制用电量，对DR结果自动进行报告。试验地点为京瓷横滨事业所等共计25处，试验一直持续至2015年3月。 目前，在日本大多仍然是由供电方用电话及电子邮件的方式，向用户发出节电请求，难以迅速应对时刻变化的电力供求情况。如果实现自动化，则有利于维持供求稳定。 中国电力科学研究院在需求响应领域开展了标准体系、仿真系统、终端和系统研发等工作，建立了国内首个需求响应仿真实验室，已经初步具备用户侧分布式电源并网、工商业及居民负荷集群调控等仿真试验功能，取得了美国OpenADR联盟授予的一致性测试实验室资质，成为继韩国、日本之后中国首家OpenADR一致性测试实验室。清华大学建立了基于成本—效益分析的经济驱动需求响应模型，实现了用户参与需求响应成本效益的精细分析。华北电力大学提出了自动需求响应信息交换接口设计方法，设计了接口的体系架构、层次模型和接口功能。东南大学基于系统动力学方法，建立了需求响应资源综合价值评估模型。 从2013年国家开展电力需求响应城市综合试点建设以来，北京、上海、江苏、佛山分别实施了DR项目试点工作。经过3年的试点培育，我国DR试点工作形成了政府主导，电网企业支持参与，负荷集成商规模化、系统性整合电力用户资源，电力用户广泛主动参与的DR工作体系。 2.2.1?北京需求响应试点 2015年，北京市发改委建立了北京市电力需求侧管理服务平台，将部分负荷集成商的企业平台和北京节能环保中心的公共机构监测平台接入。平台分为3级架构，分别为市级平台、集成商平台、用户平台。市级平台具备DR功能，可实现DR事件和实施指令发布，并对实施数据进行监测和统计。DR用户可通过负荷集成商平台接入市级平台，由负荷集成商对用户进行DR全过程管理。平台架构可实现3级平台响应信号的信息化传递和响应数据的实时采集。2016年，北京市发改委正在研究通过以下途径落实需求侧潜力挖掘工作：①重点面向有序用电名单内用户和空气重污染情况下停限产用户推广DR应用，优化用户生产方式；②提升公建领域用户对DR工作的认知，在不影响用户正常工作生活体验的情况下，鼓励用户实施空调计量和控制改造，形成可复制可推广的DR参与模式；③继续推广居民侧DR，提升社会认知度，挖掘居民侧用户响应潜力，并创新执行手段和方法。 2.2.2?上海需求响应试点 2015年，上海市电力公司为了完善DR平台上的需求侧管理服务，研究开发了基于光纤通信方式的负荷管理终端，实现了客户分项计量数据接入、远程视频监控、指纹登陆识别、自动程序升级等功能。其终端还具备开放式软件平台，可以根据需求拓展相应的终端功能，将为DR业务提供后续拓展空间。2016年，上海市电力公司再次完成求响应平台改版工作，并已通过实践应用。平台作为上海市需求侧管理平台的主要模块，将继续增强与现有用电负荷管理系统以及负荷集成商之间的数据交互。同时，公司通过研究基于利用建筑分项计量监控平台进行商业楼宇DR的控制策略与市场机制，依托上海市长宁区、黄浦区的公共建筑分项计量平台，对公共建筑进行DR控制，从而降低能耗，节约资源。 2.2.3?江苏需求响应试点 国网江苏省电力公司对用户申报条件、启动原则、工作流程、补贴办法、各方权责等DR全过程进行了详细分析，支撑省经信委制定了《江苏省电力需求响应实施细则》，研发了涵盖DR用户申报、用户审核、多方签约、需求发起、用户反馈、效果评估与反馈、用户申诉与反馈、补贴核算等DR全业务流程的电力DR平台，作为电能服务管理平台的DR子模块进行应用，实现了电力DR工作全系统化、网络化运行。 2.2.4?佛山需求响应试点 佛山在电力需求侧管理平台上，拓展了自动需求响应功能，并依托电力公司的负荷管理系统采集和监测参与响应用户的负荷数据；管理模式为政府主导，电网公司具体组织实施，负荷集成商、电力用户积极参与；项目类型主要为自动需求响应；实施模式规定参与用户3年内累计参与响应次数不少于10次，参与响应负荷一般不超过该用户总负荷的15%，补贴标准为130元/kW。 2.2.5?国内DR试点实施动态 国内DR试点实施动态见表4。 各省市DR实施情况对比见图2，由于各省市用电负荷总量差异较大并且开展DR试点工作的时间不同，因此采用累计响应容量与该省（市）2016年度最大用电负荷的比值这一指标来对比分析各省市DR实施情况。 图2 各省市DR实施情况对比 通过图2可以看出在DR发展方面，江苏省DR试点工作处于国内领先水平，其他各省市DR试点工作也在有序进行。表5对国内典型省市DR试点实施情况进行了总结。  随着互联网 智慧能源战略实施、售电侧改革以及智慧城市建设工作的不断推进，DR的发展也将面临新的变化。 “互联网 智慧能源”战略实施的核心是利用互联网技术，促进以电力系统为核心的大能源网络内各类设备的信息交互，实现能源生产与消耗的实时平衡。海量分布式电源的广域协调和即插即用，未来可以双向互动的分布式储能，能够提供远距离、大容量的需求侧响应能力。随着“互联网 智慧能源”战略的实施，DR相关技术进一步与客户需求相结合，体现了能源电力作为一种商品的本质属性。但现阶段，DR的示范应用仍局限于园区、小区、家庭等较小范围，需进一步探索更大范围的试点应用及商业化运营模式。DR的广泛实施，将使需求响应资源成为电网削峰和消纳可再生能源的重要支撑手段，能够有效促进能源资源优化配置和综合能效提升。 DR实施模式方面，随着电力体制改革的深入，国务院不仅明确了DR和其他需求侧资源在确保电力供需平衡上的重要作用，而且重点提出深化电价改革以及引入市场机制的目标。此外，有序地缩减行政需求规划以及鼓励用户与电力公司签订可中断负荷合同也是政策的推动方向。从本质上来看，这些举措都为DR的发展提供了更加便利的环境。实施主体方面，电力体制改革鼓励多途径培育市场主体，使参与主体多元化，售电主体的改变直接导致DR实施主体的变化，由原来单纯由电网企业主导实施DR变为多主体实施DR。实施流程方面，电力市场化的不断发展，售电公司、DR聚合商等都能够参与实施DR，DR的实施主体更加多元化；同时市场化机制使得能源交易中心不断涌现，这些都将对DR的实施流程产生较大影响。 综上所述，随着电力市场化改革的推进，DR市场空间广阔，实施机制也将随商业模式的发展得到进一步的改革，容量辅助服务、需求侧竞价等措施将逐步推广应用，为DR的后续发展奠定基础。 智慧城市就是运用信息和通信技术手段感测、分析、整合城市运行核心系统的各项关键信息，从而对包括民生、环保、公共安全、城市服务、工商业活动在内的各种需求做出智能响应。DR能够为分布式电源与DR协调优化运行奠定技术基础，促进分布式电源的规模化发展应用，对于减少传统化石能源利用、保护环境具有重要意义，是智慧城市建设不可或缺的一部分。未来全覆盖的能源信息网络和城市能源互联网综合监测与管理平台的建设为DR提供了更大的发展空间。 随着电力市场化改革的推进，售电和增量配电业务放开、交易平台相对独立、电网企业盈利模式改变等，都将深刻影响DR工作的开展。尤其是售电主体的改变直接导致DR实施主体的变化，由原来单纯由电网企业和用户实施DR变为多主体实施DR，实现参与主体多元化发展。售电侧市场化鼓励多途径培育市场的参与主体，鼓励售电主体的多样化，例如允许和鼓励符合要求的经济技术开发区、高新产业园区、发电企业、拥有分布式电源的用户、节能服务公司以及社会资本等进入售电市场，从事售电业务，组成多元化的售电主体，促进电力交易市场的发展。 从20世纪90年代开始，随着电力市场的发展和成熟，DR的概念也逐渐被广泛应用。在电价信号或激励指令下，可削减负荷可以被用来改善用户负荷形状，实现电能消耗的减少和用电的优化，达到优化系统资源配置的效果。由于电力需求往往会以一定的价格弹性呈现，市场机制可发挥重要作用，DR资源可参与电力市场的竞争，由市场价格引导需求侧的用电行为，自动调节余缺。DR市场空间广阔，实施机制也将随商业模式的发展得到进一步的改革，应继续对电力削减负荷指标市场化交易进行研究，可以通过适当放宽削减负荷指标对大用户的限制，进一步促进电力DR负荷交易市场的发展。在此基础上，尝试将其纳入电力交易中心范畴，呼应电改政策的要求，实现电力DR工作的市场化运作。 随着信息技术、人工智能技术的不断发展，需求响应系统、终端产品不断推陈出新。传统需求响应业务执行过程中，用户侧负荷设备被动接受来自电网侧需求响应控制指令，而未来基于人工智能的用户侧设备自适应调节将会逐步得到发展。在需求响应服务系统、需求响应聚合系统以及用户侧需求响应终端中，都将会内置具有自学习功能的需求响应运行策略库，该策略库将为需求响应服务商、聚合商以及参与响应的用户提供智能决策功能，协助上述参与主体更加高效、经济的参与需求响应，实现各方利益最大化。 传统的人工参与方式，既影响了用户对DR事件的响应速度，又受人为主观因素影响增加了不确定性，直接影响了DR业务实施效率。电网与用户侧系统智能化程度的不断提升，为DR自动化实施奠定了基础。自动DR是建立在集成的、高速的信息系统基础上，通过应用量测、采集、自动控制、智能决策等技术，实现电力用户主动参与电网运行。在DR的基础上引入智能化终端和自动化技术，使参与DR的参与主体通过一个开放且通用及互操作的标准通信技术，根据接收的信号自动启用设置的DR策略，从而实现DR的自动化和智能化。自动DR不依赖于任何的人工操作，可以大大提高DR的时效性、可靠性、灵活性和成本效益，不仅优化了电能配置，更将实时调度的概念引入DR，使其能向系统提供实时的辅助服务。DR的自动化在充分利用负荷的实时可调节潜力的同时，提高了系统的安全稳定运行以及消纳新能源的能力，也更加有利于用户侧资源参与电力市场。 随着电力市场化改革的推进，DR作为一种新生业态，市场空间广阔，实施机制也将随商业模式的发展得到进一步的改革，容量辅助服务、需求侧竞价等措施将逐步推广应用。需求响应业务常态化实施的政策基础已初步具备，下一步仍需对负荷设备、储能设备以及分布式电源等需求响应资源参与电力市场运行的模型、策略、接口等进行深入研究，支撑电网公司、售电公司、能源服务商以及电力用户等不同参与主体便捷、高效地实施和参与需求响应业务，推动需求响应业务更好更快发展。 |
|
|
