面向智能电网的需求侧管理

施泉生，孙 波，蒋 浩

(上海电力学院经济与管理学院，上海 200090)

进入21世纪以来，随着社会和经济的发展、技术的进步，以及人类社会对电力依赖程度的加大，智能电网的概念应运而生，并在近两年成为全球电力行业研究的热点.

智能电网是以物理电网为基础，将现代先进的传感测量技术、通讯技术、信息技术、计算机技术和控制技术与物理电网高度集成而形成的新型电网.智能电网以充分满足用户对电力的需求和优化资源配置，确保电力供应的安全性、可靠性和经济性，满足环保约束，保证电能质量，适应电力市场化发展等为目的，实现对用户可靠、经济、清洁、互动的电力供应和增值服务［1-3］.

在智能电网中，用户是电力系统不可分割的一部分.鼓励和促进用户参与电力系统的运行和管理是智能电网的重要特征之一.从智能电网的角度来看，用户的需求是一种可管理的资源，它有助于平衡供求关系;从用户的角度来看，电力消费是一种经济的选择，通过参与电网的运行和管理，修正其使用和购买电力的方式，从而获得实实在在的好处.用户将根据实时电价调整其用电模式，减少或转移高峰时的电力需求，使电力公司减少资本开支和营运开支，同时也减少了能耗，产生了环境效益.因此，需求侧管理(Demand Side Management，DSM)是智能电网的重要组成部分之一.2010年9月，国家电网公司“十二五”电网智能化发展规划中明确提出，全面推进需求侧管理工作，要求各网省公司结合自身特点，安排智能化需求侧管理应用系统等建设项目.

1 需求侧管理的产生和发展

电力需求侧管理起源于20世纪70年代，随着燃料价格的飞涨，人们认识到单纯增加能源供应很难满足不断增长的能源需求，必须依靠能源使用方式的变更来提高使用效率，以节约能源损耗.经过几十年的探索和实践，在电力需求侧管理方面积累了丰富经验，已成为支持可持续能源发展战略的一个重要手段.美国50个州中有31个州采用需求侧管理推动用户主动节能节电，取得了显著的经济效益和社会效益.1996年美国电力行业重组启动后，需求侧管理被纳入电力改革的政策目标.20世纪90年代以来，需求侧管理风靡全球，扩展到包括中国在内的30多个国家和地区，取得了显著的经济效益和节能减排效果.

随着世界电力工业的发展，需求侧管理逐渐被赋予了新的含义，即通过采取有效的激励措施，引导电力用户提高终端用电效率，优化用电方式，在不影响用户正常用电需求的情况下减少电力消耗和电能需求，达到保护环境和节约能源的目的.对社会而言，需求侧管理的实施可以减少电力需求，从而减少一次能源的消耗与污染物的排放，缓解环境压力，同时减少社会资源的投入和自然资源的消耗［4-7］.

目前，需求侧管理的主要内容包括能效管理、负荷管理，以及燃料替代和节省能源等［8-10］.

(1)能效管理 是指电力公司采用经济、政策手段，鼓励用户采用先进技术和高效设备提高终端用电效率，减少电力电量消耗，以节约电量和减少排放而进行的活动.例如使用高效节能灯具、制冷制热设备，使用高效的建筑节能材料等.

(2)负荷管理 是指通过负荷调整技术改善用户的用电行为和用电方式，从而达到降低电网最大负荷，取得节约电能，减少系统装机容量，并降低电力投资及运行费用的效果.例如实施谷峰电价和阶梯电价以鼓励用户避开用电高峰期.

(3)燃料替代 是指用不同的能源获得相同的服务，一般常指用电力替代天然气和其他燃气.如用电动车替代燃油汽车，电动机械替代燃油、燃气机械等.

(4)节省能源 是指通过行政措施或媒体宣传，使用户改变传统的工作、生活习惯模式，以达到降低能耗的目的.

2 面向智能电网需求侧管理的内涵

与传统电网相比，智能电网的互动服务平台不仅丰富了电网侧对用户侧信息的掌握，而且使得用户侧可从电网侧得到实时的电价信息和电网运行信息.这种电力客户与电网的双向互动使得通信更加便捷，有利于制定更为灵活和复杂的需求侧管理策略.因此在智能电网中需求侧管理的内涵比传统电网更加广泛［11，12］.

首先，需求侧管理不仅仅是对用户用电行为进行规范，还可以根据电网运行情况对自身的发电出力进行相应的调整，即将用户侧分布式发电资源统一纳入需求侧管理范畴.在用户具备存储设备的情况下，运用需求侧管理可使电网根据自身用电情况和电网峰谷分布进行削峰填谷或移峰填谷［1］.例如未来电网将接有大量电动汽车的电池充电负荷.随着电动汽车的大规模应用，电动汽车的车用电池可以作为分布式的储能元件，在电网负荷高峰，为电网提供容量支持.

其次，在智能电网下，将实施更为全面、合理的实时电价政策，而不是目前普遍采用的分时电价或阶梯电价.实时电价根据发电方系统的生产成本而实时变化，如水库储水量的丰枯、机炉的组合方式、管道线路检修等.用户根据自己的需要，结合实时的电价，选择自己的用电方式，实现用户主动调节负荷，移峰填谷.全面合理的实时电价系统能促进电力资源的优化配置，实现电力市场的高效率运作，实现电力商品的社会价值最优.

再次，智能的用电监控.智能电表记录着家庭中的实时用电情况，并将信息反馈给电力公司.用户家中的智能终端与电力公司的系统相连，家中的电器可以通过智能插座与智能终端相连接.因此，无论是电脑还是手机，只要登录家中的智能终端，就能远程控制家中的电器，而且可以对电费和各家电产品的耗电量进行监控.

通过建设智能电网，实施科学有效的需求侧管理，到2020年，我国可减少约1亿kW 的装机容量，超过5个三峡工程的装机容量，同时还可以节约8 000亿到10 000亿的投资.需求侧管理在节能减排方面的巨大应用前景决定了其在智能电网中的重要位置.

3 面向智能电网需求侧管理的研究与展望

作为智能电网建设最重要的组成部分之一，目前已有学者和专家对智能电网框架下的需求侧管理进行了研究和展望.

文献［12］介绍了智能电网对电力需求侧管理可提供的技术支持和电力需求侧管理的现状，结合智能电网的技术特点，分析了智能电网的建设对电力需求侧管理能力提高的影响.

文献［13］分析了传统的需求侧管理技术在智能电网实施时遇到的问题，展望了智能电网时代的技术变革给需求侧管理带来的影响和机遇，并就中国面向智能电网的需求侧管理建设提出了具体的建议.

文献［14］对智能电网下需求侧管理项目的综合效益进行了评述，根据项目特点给出合适的规划方案，对项目参与方进行风险分析，并给出保障措施，还设计了政府推动与市场机制相结合的项目实施机制，对智能电网建设工作的稳步发展起到积极的作用.

文献［15］认为智能电网的发展没有公认的模式，各国的建设需要结合本国的实际情况.只有在把握智能电网建设方向的基础上，坚持创新理念实行必要的技术变革，电力需求侧管理才能与时俱进，才能更好地对电力这种特殊商品进行全面的管理，为智能电网的建设起到很好的促进作用.此外，还分析了传统需求侧管理的特点及局限性，提出了为配合开展智能电网的建设工作，其电力需求侧管理所需要进行的技术变革.

在智能电网需求侧管理研究中，还有一部分专家对智能电网时代将大量接入的电动汽车的管理给予了一定的关注.

在智能电网时代，电动汽车既是电网的用电负荷，其车用电池又可以作为分布式储能元件，在电网负荷高峰，为电网提供容量支持，电动汽车的这一应用被称为“车辆到电网”，或电动汽车入网技术(Vehicle to Grid，V2G)［16］.V2G 可以有效地削减系统的尖峰负荷，增加系统的低谷负荷，提供应急的电力资源，是智能电网需求侧管理的重要内容.

文献［17］研究了将一定规模的电动汽车作为电网的用电负荷后对江西电网的影响.研究发现，在用户不同的充电模式下，电动汽车的接入对江西电网的峰谷差及负荷特性的影响程度不同.田立亭等人［18］建立了电动汽车功率需求的模型，给出了多台电动汽车总体功率需求的计算方法.该模型为研究电动汽车对电网的影响提供了基础，也为电动汽车充电管理策略的设计提供了依据.

文献［19］假设至2015年美国将拥有100万辆电动汽车，分析了电动汽车入网对城市用电负荷均衡的影响，计算了电动汽车入网时城市所减少的污染物排放量.

文献［20］认为，电动汽车可以在风电机组不能发电时作为系统备用，从而减轻风能的间歇性对电力系统运行的影响.为了充分利用可入网电动汽车的储能功能和备用功能，构造了一个能同时计及电动汽车和风电机组出力不确定性的随机调度模型，以系统的总发电成本最小为目标构建了调节电动汽车、风电机组，以及传统机组出力的调度模型.

4 结语

智能电网的发展在我国还处于起步阶段，其内涵与外延也将不断丰富和充实.由于智能电网并非只有单一模式，我国发展智能电网必须结合实际来制定合适方案.从世界各国开展的各类需求侧管理项目的实施效果来看，需求侧管理可降低系统高峰期电价、减少电价波动风险、优化资源配置，并能保证市场稳定运行，对电力工业和经济发展，以及环境保护等都有重要的战略作用.在智能电网发展中，建立有效的需求侧管理机制是实现节约用电、合理用电、优化用电的战略性措施，也是实现节能、环保、经济协调发展的重要手段.

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