需求响应促进可再生能源消纳的运作模式研究

孙宇军，李 扬，王蓓蓓，刘小聪

（东南大学 电气工程学院，南京 210096）

需求响应促进可再生能源消纳的运作模式研究

孙宇军，李 扬，王蓓蓓，刘小聪

（东南大学 电气工程学院，南京 210096）

分析了需求响应促进可再生能源消纳的运作模式设计目标，将需求响应和可再生能源消纳的促进关系融入不同的电力市场组织结构，就交易和价格机制、融资和技术服务方式的内容展开对比研究，形成适于不同环境的运作模式，并对相应的配套政策内容进行探讨，为实际项目的设计和实施提供参考。

需求响应；可再生能源；电力市场；运作模式；政策

需求响应（DR）与可再生能源（RES）之间具有良好的互补特性［1—2］。劳伦斯伯克利国家实验室开展的试点结果证明：自动需求响应（Auto DR）能够有效缓解由于间歇性可再生能源接入带来的电力供需矛盾，成本约为使用储能装置的10%［3］。需求侧资源的参与对提高系统消纳可再生能源能的重要性日益凸显，这有望成为调整负荷适应电网发展的新途径［4—5］。

需求响应运作模式包括项目实施的组织结构、建设运营过程中的各项机制以及技术服务体系的内容，合理的运作模式是理论和技术研究成效推广的必要条件。国内外学者在需求响应的运作模式和可再生能源利用的市场化建设方面开展了大量研究。文献［6］对国外需求侧管理运作模式和激励机制进行了总结；文献［7］阐述了需求侧管理建设所需要的评价体系、激励机制、实施机制和技术支持系统。目前，针对可再生能源交易普遍采用的是配额制［8］和固定上网电价［9］机制；文献［10］以实际的项目为落脚点，对可再生能源固定补贴和配额制的机理和效果进行了研究；文献［11］针对大规模风电并网的要求提出了分阶段的需求侧管理实施模式，侧重于DR项目类型的应用研究。

需求响应的实施与电力市场的现状和改革进程具有密切关系。在市场竞争中引入需求响应，通过价格信号和激励机制来增强需求侧资源在市场中的作用，是适应电力市场发展的必然要求［12］。文献［13］指出需求响应市场和需求响应项目是实施需求响应的有效运作方式；文献［14］阐述了主能量市场和辅助容量市场中需求响应参与竞争的方式。

本文立足于需求响应对可再生能源消纳的促进作用，提出市场运作模式设计的目标，针对不同的电力市场环境下融入DR和RES的运作模式展开对比分析，并对配套政策的内容进行探讨。

1 市场运作模式设计的目标

随着能源结构升级和智能用电技术进步，可再生能源发电和需求响应对电力市场的运作过程产生日益重要的影响。通过市场运作模式的设计能更好的发挥可再生能源和需求响应的互补作用，同时也利于推进稳健的市场改革进程。

1.1 DR和RES的互补性分析

大规模的可再生能源发电机组在投建和计划运行过程中，均要综合考虑安全、经济问题。从安全性方面考虑，大规模可再生能出力具有明显的间歇性和不确定性，可再生能源机组参与调度时，需要预留足够的正旋转备用应对出力的偏差。从经济性方面考虑，目前可再生能源机组由于单位发电成本较高，在竞价上网中仍处于劣势，同时其出力具有很强的反调峰特性，在低谷时段大量的弃风也造成一定的浪费。

需求响应通过电价或激励的措施，鼓励用户改变自身的用电方式，实现电力和电量的节约。优质的需求响应资源能够根据电网运行水平有效调节其用电需求：长期的经济型DR项目具有“移峰填谷”的效果，特别是在低谷时段增加的用电需求可以更多的消纳部分机组出力；短期的激励型DR可以充当部分昂贵的正旋转备用资源，在高峰时段可再生能源出力预测偏差时削减部分用电需求。因此需求响应的开展有利于大规模可再生能源的消纳，在能源规划中应考虑需求响应与可再生能源发电的匹配。

但是需求响应资源的调节特性与实施的经济激励紧密相关，通过市场运作模式设计，将可再生能源发电和需求响应产生的综合效益在各参与方之间分配，有利于进一步挖掘需求侧资源的响应潜力。

1.2 市场运作模式设计目标

市场运作中融入需求响应和可再生能源发电的运作模式设计，应将电力供需平衡、能源可持续发展、促进电力市场竞争机制相统一，各目标的相互关系如图1所示。维持电力供需平衡有利于电力市场稳定，使市场竞争机制的作用能更好地发挥。健全可再生能源电力的价格和交易机制，将可再生能源电力引入市场竞争，能有力促进可再生能源持续开发利用。需求响应项目的实施能够实现节约电力和电量，为消纳可再生能源提供了更大空间，进一步缓解电力供需紧张的局面。

图1 市场运作模式设计的目标及其相互关系

2 不同条件下融入DR和RES发电的市场运作模式对比分析

图2 单边开放条件下的市场运作组织体系

有效的市场结构基本要素以组织结构为基础，包括交易、价格、监管、技术和服务等方面的重要内容［15］。具体的运作模式不仅要考虑各主体和项目的差别，还应与电力市场条件相结合，针对不同条件下市场的运作模式，从组织体系、交易和价格机制、融资和技术服务方式等方面进行设计和对比分析。

2.1 单边开放条件下的市场运作模式

单边开放的电力市场环境下只在发电侧市场存在竞争，输配电环节统一由电网公司管理。运作模式设计应发挥政府主导和电网公司为主体的优势。

（1）组织体系

政府是项目运作的主导部门，专设项目指导小组，联合法规、财政和监管部门开展指导工作。可再生能源发电商和其它发电商受到区别对待。电网公司是组织体系的主要管理部门，在项目中各类用户直接受电网公司管理。商业机构、技术和服务机构受政府引导，主要以非盈利模式运作。组织体系自上而下呈垂直一体化结构，具体如图2所示。

（2）交易机制

交易机制是关于交易的方式、层次和规则的制定。以垂直一体化的组织体系结构为基础，电力交易遵循合约交易为主、现货交易为辅的原则。针对可再生能源发电，由政府设置可再生能源机组的年基准发电量，主要通过中长期合约交易的方式组织可再生能源发电商和电网公司双方签订合约。合同形式一般为年度、月度合同，配合地区负荷需求呈现峰谷季节交替的特性以及部分需求响应措施（有序用电、峰枯电价等），可以季度合同的形式开展。

在部分基础设施完备、市场竞争机制较为成熟的地区，可由政府组织需求侧资源参与现货市场交易：在中长期合约交易计划出现缺口时，电网公司发布调度预期信息，并组织电力用户参与现货市场的交易。

（3）价格机制

价格机制是反映交易资源价值传递的市场手段，价格的形成主要受竞价方式和结算方式的影响。

针对可再生能源的定价，通过制定上网电价补贴额度，发挥经济杠杆的调节作用。考虑机组单位成本和资源分布的特性，将各类型机组评级，同一评级的机组采用相同的补贴上网电价。

需求响应资源的定价方式为电网公司在政府部门的指导下制定。价格型DR项目的电价一般以单一电量电价的方式确定。对于激励型DR项目，应充分发挥大用户和第三方机构竞价参与的特点。激励型DR项目的价格制定分为电量电价和容量电价部分。结算方式宜采用按合同报价结算的方式进行。

为平衡需求侧资源和可再生能源提供各方在项目中的利益，由政府指导项目参与方设计合理的定价和补贴方式。参考可再生能源发电条件、机组容量成本、运行小时数等因素，对不同的机组设定合理的补贴比例。提出可再生能源发电补贴机制，随着发电量（或年运行小时数）的增加，固定上网电价中针对可再生能源发电商的补贴比例下降，或设置补贴基准电量分界点，当可再生能源发电量低于该分界点时，针对发电商和需求响应用户的单位补贴维持在固定水平不变；当可再生能源发电量超过该分界点时，针对发电商的单位补贴适当降低，而针对需求响应参与用户的补贴适当增加。

（4）融资和技术服务方式

经审批的可再生能源发电项目可通过财政部门提供的信用担保获取低息或无息的商业机构贷款，获取政府基金支持和减小上网售电增值税比重。节能设备商和用户是需求响应项目建设中重点资助的对象，资金补助以补贴和低息贷款方式开展。电网公司的融资渠道可以多样化：财政部门设立的需求响应启动基金、电力附加费征收、部分商业贷款、高能耗企业的排污税费征收等均可作为电网公司开展需求响应项目建设的融资途径。

需求响应项目的技术和服务保障的主要提供方是政府指导下的技术服务机构。第三方机构在政府部门的指导下负责地区项目的过程评估和效果核证，作为各方参与需求响应项目中的投入和收益核算的主要依据。

2.2 双边开放条件下的市场运作模式

双边开放的电力市场实现发电侧、用电侧均开放，以区域输电组织为管理核心，组织各发电商、输配售电商和用户参与电力市场的交易。双边交易的特点是多个主体在市场上经过多轮讨价还价后选择交易对象并确定成交电价和电量［16］。双边开放市场环境下组织体系的选择更具多样化，各项机制总体上应反映市场对项目的引导作用。

国际方面的形势也较为严峻，具体来说：一是2018年世界经济形势依然复杂，逆全球化、单边主义等对经济复苏带来众多不确定因素；二是未来3到5年国际磷复肥产能将井喷式释放，摩洛哥OCP、沙特等将有500万吨的高品质、低成本的磷铵投入市场，将直接威胁我国磷肥出口。

（1）组织体系

非政府中介机构作为需求响应项目运作的引导核心，组织需求响应项目的设计、建设和运营，通过签署协议接受政府部门的监督。由于输、配、售电环节分离，电力公司在市场结构中的主体影响力被分散，同时广泛动员第三方机构和其他企业参与，能源服务机构的行业发展水平较高，政府和中介机构的职能部门可以灵活设置。具体组织体系如图3所示。

图3 双边开放条件下市场运作组织体系

（2）交易机制

充分利用开放竞争的优势，培育可再生能源配额交易市场、需求侧资源参与的主能量市场、辅助服务市场、容量市场，采用合约交易、现货交易、期货和期权等多种金融手段，形成稳健、灵活的价格响应链。

从主能量市场来看，由于部分发电商和用户需要履行配额的任务，配额交易市场竞争使得在可再生能源电量占总电量比重较低时，单位配额的价格会升高（反之则下降），因此能够持续激励可再生能源电力的开发。从容量市场来看，可再生能源出力具有很大的波动性，需要购买一定的需求响应作为容量备用，能有效激励用户开发潜在的DR资源。利用主能量市场和容量市场的交易特点，引入可再生能源配额，并利用需求响应资源作为可再生能源发电的备用容量，可增强需求响应和可再生能源利用之间相互促进的效果。

（3）价格机制

可再生能源配额制的核心内涵是规定各市场参与者（发电、电网和用电侧）在各环节可再生能源电力占比均要达到一定要求［8］。在具体实施过程中有激励加配额制和绿色标签制［17］。

可再生能源电力和需求侧资源参与不同类型的市场交易过程（主能量、容量、辅助服务），可再生能源电力主要影响供电方的报价曲线，需求侧资源主要影响需求方的报价曲线。

参照现行的购售电价格规制，成交价格由各竞价方共同决定，电力交易中心根据报价最后确定成交价格和数量。价格制定采用两部制电价制定的方法：电量价格部分由市场竞争形成；容量价格针对不同类型的用户制定不同的容量价格标准，并以统一出清价的方式结算。价格机制中固定部分采用差别定价的方法，这在一定程度上保证可再生能源发电和需求响应参与方的固定投资回收，有利于引导长期投资；变动部分取决于市场竞价结果，能发挥双边开放市场的竞争优势。需求侧竞价的两部制电价的实施，促进了上网电价和销售电价的联动，有利于均衡需求响应和可再生能源发电的综合效益在各参与方的分配。

（4）融资和技术服务方式

融资渠道具有灵活多样的特点，发电商、非政府中介机构、需求响应服务公司和用户是项目资助的主要对象。主要融资途径有：政府设立的需求响应专项基金、财政奖励和税费减免、用户侧征收电力附加费用、国内外商业机构贷款和其他社会资金筹集。鼓励能源相关行业机构直接参与可再生能源发电项目开发，从项目运营中获取利益，由此吸引社会资金流向可再生能源发电的项目运作。

对可再生能源发电行业采取技术和服务准入机制。由政府部门制定可再生能源发电机组发电上网的标准（包括容量、效率、功率预测和可控性等方面要求），以此鼓励可再生能源开发商及相关的部门投入技术力量。需求响应服务公司为用户提供技术和服务支撑的方式还可延展至相关设备的开发、租赁、销售环节。

2.3 不同市场环境下运作模式对比

在不同的电力市场环境下开展需求响应项目促进可再生能源消纳的运作模式各有特点。具体如表1所示。

表1 不同条件下的市场运作模式对比

单边开放条件下的市场运作模式充分强调垂直一体化结构特点以保证实施效果。政府的主导作用表现在对各参与方的指导和监管，通过政策、资金和技术等综合性手段实现；交易机制和价格机制的设计内容体现了一定的管制特征，充分考虑政府部门计划因素；融资和技术服务的提供方并未完全推广至广泛的企业实体。

双边开放条件下的市场运作模式尽量通过市场竞争的手段开展项目，发挥竞争提高效率的作用，在必要时进行政府干预，确保市场稳定。利用灵活全面的部门设置和有效的竞争方式，健全和完善资金、技术和服务支撑体系，为促进可再生能源的利用和提高需求响应项目的实施效果提供保障。

尽管2种市场环境下的运作模式各有特点，但均离不开相应配套政策的支持。在单边开放下的市场运作模式中，主要通过资金、技术和服务方面的综合性政策手段实现宏观调控和管制作用；在双边开放下的市场运作模式中，配套政策的制定能通过干预手段在保证市场稳定的前提下充分发挥市场的竞争优势。

3 配套政策建议

结合本文提出的需求响应促进可再生能源消纳的运作模式，研究配套政策要求时，建议从以下4个方面展开。

（1）能源法规政策。明确各级政府、电网公司、其他技术和服务机构在实施需求响应项目中的主要职责，通过制定能源法规实现地区能源与经济、社会发展之间协调发展。将可再生能源发展目标纳入能源法规范畴，作为地区政府工作考核的指标和新建机组计划项目审批的依据；通过政策颁布节约电力和电量目标，并以此作为需求响应项目开展计划的基础，审查项目申报计划，制定相应的规划标准。

（2）融资和激励政策。针对项目、设备和部门的区别设计补贴机制，直接从财政收入中提取资金资助设备商、电网公司、需求响应服务公司和电力用户开展项目。将环保征收税费作为筹集资金的途径。此外，减免需求响应服务公司、设备商的生产经营费用，以提供良好的税费环境。

制定相关中小型企业的信用担保制度，内容包括信用担保企业的准入资格、国内商业机构贷款额度、借还贷的期限、方式等。

（3）技术和服务政策。政府制定需求响应技术和服务行业的政策法规，设立从事需求响应设备和技术研发、生产应用的部门。制定需求响应项目规划、建设、实施和评估的技术服务规范；制定可再生能源发电装置，需求响应负荷监控装置，通信和调度设备的生产、安装和维护标准体系；制定需求响应各方沟通、服务标准，培育有效、快速、多样化的服务机制。

（4）市场运作政策。根据市场改革进程和市场组织结构，制定市场化运作政策，指明需求响应项目市场化运作的主管和参与部门以及各部门的权责。

制定多种交易方式的规范制度，涉及交易各方的资格、提前时间、交易量和价格等，形成灵活、稳健的交易模式。规范市场价格的形成机制，明确价格的组成部分。制定有效的市场监管实施政策，政策内容应包括设立市场监管部门、范围和奖惩办法，提前预判市场失灵情况并采取管制措施。

4 结束语

需求侧资源在促进可再生能源消纳方面有广阔的应用前景。本文将需求响应、可再生能源的项目设计与具体的市场环境融合，设计了适宜的组织体系，并就交易和价格机制、融资和技术服务方式等方面展开对比研究，形成不同的运作模式。不同的地区电力市场改革进程和可再生能源利用的条件有一定的差别，有效的运作模式设计能够进一步发掘需求响应项目的价值。

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Study on operation mode of demand response accommodating the utilization of renewable energy

SUN Yu⁃jun,LI Yang,WANG Bei⁃bei,LIU Xiao⁃cong
（Southeast University,Nanjing 210096,China）

This paper explains objectives of operation mode design of DR promoting utilization of RES;then different electrici⁃ty organization structures integrated with the accelerating relation⁃ship of DR and RES are designed,and trade mechanism,price mechanism,patterns of financing,technology and service are stud⁃ied as well;finally contents of supporting policies are discussed.Research of this paper could be reference for practical projects im⁃plementation.

demand response;renewable energy;electricity market;operation mode;policies

F407.61；TK019

B

1009-1831（2013）06-0006-05

2013-08-06；修回日期：2013-08-22

国家863高技术基金项目（2011AA05A115）

孙宇军（1988），男，广西贵港人，硕士研究生，研究方向为电力市场和电力需求侧管理；李扬（1961），男，江苏泰兴人，博士，教授，博士生导师，从事电力市场和电力需求侧管理方面的研究和教学工作；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；刘小聪（1987），女，山东泰安人，博士研究生，研究方向为电力市场和电力需求侧管理。