我国电力需求响应的措施与应用方法

高赐威，陈曦寒，陈江华，徐杰彦

（1.东南大学 电气工程学院，南京 210096；2.国家电网公司电力需求侧管理指导中心，南京 210024）

我国电力需求响应的措施与应用方法

高赐威1，陈曦寒1，陈江华2，徐杰彦2

（1.东南大学 电气工程学院，南京 210096；2.国家电网公司电力需求侧管理指导中心，南京 210024）

在回顾我国电力需求响应主要工作的基础上，分析了需求响应实施过程中的困难和问题，结合国家发展和改革委员会确定的电力需求侧管理城市试点工作，就有关尖峰电价与可中断负荷需求响应在试点城市的应用进行探讨。最后，根据当前我国的实际情况提出了目前应该着眼的需求响应实践工作，并且借鉴国外需求响应经验，提出了我国需求响应的一些前瞻性设想。

需求侧管理；需求响应；有序用电；尖峰电价；可中断电价

1 我国实施电力需求响应的背景

我国处于经济快速发展阶段，从长期来看，全国电力供需总体偏紧，部分地区、部分时段缺电比较严重。因此，通过挖掘需求侧的调荷能力，利用电力需求的弹性来降低电力高峰时段的负荷，缓解电力供应紧张的局面具有重要意义。

当前，有序用电已经成为电力需求侧管理的重要内容之一，在需求侧实施有序用电等管理措施已成为应对电力缺口的重要手段。在国际上，美国等国家采用了需求响应（Demand Response,DR）措施应对电力缺口。需求响应是指为了提高系统的整体效益，电力用户接收到供电方发出的诱导性减少负荷的直接补偿通知或者电力价格上升信号后，改变其固有的习惯用电模式，减少或者推移某时段的用电负荷，从而保障电网稳定，并抑制电价上升的短期行为[1][2]。按照需求侧所面对的响应信号性质不同，可以将DR划分为基于价格的DR（price⁃based DR）和基于激励的DR（incentive⁃based DR）[3]。

有序用电和需求侧响应是需求侧管理在不同市场阶段的表现形式，都是通过采用某种方式引导用户削减负荷，其区别在于前者多侧重于行政手段，而后者则是采用某种激励方式使用户自愿参与，侧重于经济手段。按照中国的实际，有序用电是一种特殊形式的需求响应。

2 我国的需求响应工作及城市综合试点分析

2.1 我国开展需求响工作的现状

2.1.1 政策引导性需求响应（有序用电）

有序用电是我国为保持电网供电安全可靠的必然措施，也是一种以政策引导为手段，使用户积极配合电网调峰运行，响应电网要求的需求响应行为。在迎峰度夏期间，有序用电已经成为电力公司的一种常态化需求侧管理手段。

2.1.2 基于激励的需求响应

基于激励的需求响应是通过事先签订用户协议调整电力负荷，其表现形式主要有可中断负荷和直接控制负荷。我国除了台湾省已有较为成熟的可中断负荷应用以外，2004年以来在江苏、河北、福建、上海、浙江等省份均开展了可中断负荷的实践工作，但是总体而言，可中断负荷实施工作还处于起步阶段，主要原因是有序用电已经涵盖了相关功能，成效显著，且不需要向用户支付额外的费用。

2.1.3 基于电价的需求响应

我国目前实施的需求响应电价措施有：分时电价，阶梯电价和尖峰电价。分时电价是指用户在不同的时间用电支付不同的电价。尖峰电价是在分时电价上叠加尖峰费率而形成的一种电价机制，河北、山东、北京、天津、江西等地已经进行了有关尖峰电价的试点工作。居民阶梯电价是指按照电力消费量分段定价，用电越多，支付的电价水平呈阶梯状逐级递增[4]，从2004年开始，浙江、福建、四川等地陆续开始实施阶梯电价，2012年开始在全国全面推行。

总体来看，我国当前的电力需求响应工作主要体现在在缓解用电缺口方面，以有序用电为主要措施，同时峰谷分时电价和阶梯电价在全国也已经大规模应用，但是基于价格和激励的需求响应措施实施仍有待深入。随着我国转变经济增长方式的进一步推进，逐步推广以可中断负荷、尖峰电价为代表的多种形式的需求响应措施已成为政府与公众的共识。

2.2 城市综合试点与需求响应

2012年7月16日，国家财政部以及国家发展与改革委员会联合印发《电力需求侧管理城市综合试点工作中央财政奖励资金管理暂行办法》，其中奖励资金支持范围包括建设电能服务管理平台、实施能效电厂、推广移峰填谷技术，开展电力需求响应和相关科学研究、宣传培训、审核评估等。同年确定北京市、江苏省苏州市、河北省唐山市和广东省佛山市为首批试点城市。

2.2.1 综合试点城市的尖峰电价与可中断电价

试点城市可采用更为灵活的需求响应政策，如：对钢铁企业等大用户实行可中断负荷电费补贴，对实行需求侧管理示范项目及能效电厂项目给予冲抵电费的政策支持。同时，充分利用分时电价、差别电价政策，促进削峰填谷，实现电力动态平衡。其中，实施尖峰电价与可中断电价是深入开展电力需求响应的的标志性措施。

目前尖峰电价与可中断电价在我国实施范围还不广泛，定价方法和策略研究相对较少。尖峰电价提高幅度与实施时段的确定往往缺乏坚实的理论基础，随意性较大。而对于可中断电价，用户的可选择方案少，且补偿金额的来源主要是供电企业额外支付，给供电企业造成较大成本压力。国际上有关尖峰电价与可中断电价的研究大多都是以电力市场环境下不同时段购电电价的差异为前提，不适合我国电力行业所处的阶段。

2.2.2 基于“量入为出”原则的尖峰电价与可中断电价定价策略

考虑到我国的实际情况和尖峰电价与可中断电价的可持续问题，本文提出了一种基于“量入为出”原则的尖峰电价和可中断电价的定价策略，即可中断负荷的补偿金额不超过尖峰电价增收部分的总金额。根据财政部和国家发改委发展和改革委员会《关于开展电力需求侧管理城市综合试点工作的通知》给予试点城市在工商业电价试点定价权限，按照“收费对冲”原则，对特定时段，通过建立尖峰电价、可中断电价等电价组合，有效引导电力用户消费行为，探索弹性电价组合对构建电力需求侧管理可持续发挥作用的可能性。试点城市的尖峰电价和可中断电价的定价策略可参考如图1所示流程图。

步骤1：确定尖峰电价与可中断电价的实施时段

尖峰电价与可中断电价的实施是为了满足系统的调荷需要，因此首先要根据历史负荷数据确定该地区负荷出现高峰的时段。

步骤2和步骤3：确定尖峰电价与可中断电价实施范围

尖峰电价与可中断电价的实施对象一般是用电量大、用电弹性大的行业。如：容量为315 kVA及以上的大工业用户和2 000 kW及以上的工商业用户。

步骤4：尖峰电价的定价方法

尖峰电价的确定采用可避免成本法[5]，尖峰时段的可避免成本应该认为是尖峰电价的收益是为了弥补尖峰时刻负荷超过P0（P0的确定见图1）而引起的发输配成本的增加，即实施尖峰电价而避免的相关发输配电的电量和容量成本。

步骤5：估算实施尖峰电价后的增收金额

根据步骤1统计历年的尖峰时刻总用电量，并根据可避免成本计算的尖峰电价估算实施尖峰电价后的增收金额。

步骤6：可中断电价定价策略

本文提出2种策略：一是基于用户意愿，在尖峰电价增收金额范围内，通过企业竞价确定可中断电价，可中断负荷的补偿金额不超过尖峰电价增收的总金额，但是可调用的负荷资源数量有可能不足；二是平均分摊策略，所有具有削减负荷能力的企业用户均参与可中断负荷项目，对所有负荷确定相同的每千瓦时补偿金额，但未完全尊重市场原则。

现阶段为了完全满足系统调荷需要，可结合有序用电方案，并将避峰、限电负荷纳入可中断负荷管理，采用平均分摊的定价策略。

步骤7：尖峰电价与可中断电价联动机制

维持电价池（POOL）中的金额在最低金额限值Lmin与最高金额限值Lmax之间。当LPOOL＞Lmax时，①可适当扩大可中断电价实施范围（补偿和激励额度不变）；②增加可中断合同补偿/激励的额度；③降低尖峰电价。当LPOOL＜Lmin时，①可适当缩小可中断电价实施范围（补偿和激励额度不变）；②减少可中断合同补偿/激励的额度；③提高尖峰电价。

其示意图如图2所示。

3 我国开展电力需求响应的措施建议

3.1 近期措施建议

3.1.1 促进尖峰电价与可中断电价在城市综合试点中的应用

图1 尖峰电价与可中断电价定价示意流程图

图2 尖峰电价与可中断电价联动机制

电力需求侧管理的城市综合试点是开展电力需求响应的探索性工作，除了能效电厂、移峰填谷技术推广等内容以外，积极发掘需求响应资源，通过试点以尖峰电价和可中断负荷为代表的新型电价政策，充分体现因时段不同而不同的供电成本或在特定情形下的负荷削减补偿代价，是基于市场机制的需求响应具体实现，也应是城市综合试点的的重要内容。本文所提出的基于“量入为出”原则的试点城市尖峰电价和可中断电价机制，是电价项目的可持续实施机制，在实践中具有可操作性，建议在试点城市中实践应用，为未来的大面积推广积累经验。

3.1.2 有序用电的完善和发展

（1）规范化有序用电方案编制

在有序用电工作的发展中需要建立一套科学的有序用电方案编制方法，包括年度方案中缺口的确定、综合评价体系构建、各项指标的选取和处理、执行方案的编制和执行以及有序用电工作的评估。完善有序用电方案的制定，可以使各部门更加合理公平地安排有序用电工作，在完成有序用电工作、保证电网平稳运行的同时，尽可能减少对企业用户和社会生产造成的影响和损失。

（2）市场化配置有限的电力能源

在刚性短缺下，有序用电往往以行政手段为主，经济手段为辅。在有序用电工作的发展中，要逐步突出响应的概念，合理化配置有限的电力能源，将市场化的经济手段引入到有序用电工作中，减少行政手段的使用频率，如：利用电价信号或者建立补偿机制等，适时推动用户间的用电指标交易，将有限的电力资源按照市场经济原则在用户间优化配置。

（3）体现价值优先、效率优先的配额合理排序

传统的用电指标分配方法有按最大用电负荷比例、按用电量比重分配等，这些方法依据的都是往年的数据，无法体现地区的发展趋势，同时未考虑到经济、社会等方面的效益，不能实现资源的优化配置。为了促进用电指标在各地区之间得到公平合理的分配，并最小化限电损失，有必要从影响地区用电指标分配的主要因素，即社会、经济、政策等各方面选取有关指标，建立综合评价体系对有序用电方案进行分析和评价。

3.1.3 新技术提高需求响应水平

智能电网和高级量测体系（advanced metering infrastructure,AMI）的建设以及相关技术的推进，为提高需求响应水平提供了技术支撑，在促进电网与用户的互动方面起着最为关键的作用[6]。需求响应的发展和完善可以包括2个方面，一个是智能直接负荷控制，如：夏季对大量空调负荷的智能控制，由于空调及其附属环境可视作储能单元，可做到既能调节负荷又不影响用户舒适度；另一个是价格控制，包括更精细化的分时电价、实时电价和尖峰电价等，来分别调整常规用电、短期用电和高峰用电的需求[7]，配合用户的智能家居系统可对这些电价信号进行实时精确的响应。

3.1.4 科学合理的电价制定机制

当前我国的电价制定还较为粗放，动态合理且反映用电时段差异的电价定价机制将是未来电价完善的发展方向。电价制定方法主要有以下3种。

基于供应侧成本的定价机制[6]：只考虑电力供应侧成本，包括发电成本和输配电成本，可以保证电力供应侧的收益与成本的平衡，具有较好的可操作性，需求侧对价格的响应效果可以通过设置供应侧成本变化窗口期对电价进行动态调整，如：当供应成本较长时间变化达到某一限值时，重新计算调整电价。

基于需求侧成本的定价机制[8][9]：通过调研获得中断供电对电力用户造成的经济损失等需求侧成本的相关信息，其难点在于需求侧成本难以计算，仅通过用户上报的缺电成本进行补偿金额太高，具有一定的市场风险。

基于供应侧和需求侧成本的定价机制[10][11]：主要包括基于用户满意度、用户响应和需求价格弹性矩阵或反应曲线的3种定价策略，但其中用户满意度的量化较为困难，且用户的不同类型用电对电价反应的曲线很难获得，必须要做大量的社会调查和负荷数据分析，并运用统计学原理拟合，存在较大误差，相关结论可信度得不到保证。

针对我国现阶段的具体情况，可采用基于供电侧成本的定价机制，区分成本在不同用电时间上的差异以及建立动态电价调整机制的探索，根据需求侧的响应导致的供应侧成本的变化定期动态调整电价，从而实现对供应侧和需求侧的兼顾。

3.2 远期措施建议

3.2.1 培育“负荷聚合商”

“负荷聚合商”是近年来出现在发达国家的新型需求响应服务参与主体，它在具备分布式电源和弹性负荷的电力终端用户与电力系统运营方之间充当中间人[12]。目前，对于小用户则鼓励通过商业化实体（如：负荷聚合商）整合其需求响应资源，以提高用户参与需求响应的水平[13]。

在我国，当前存在大量闲置未开发的需求响应资源，这一方面要靠良好的政策环境和经济激励进行推动，另一方面也需要专业化的业务主体来对这种散置的需求响应资源进行深入发掘，负荷聚合商业务模式的推广是一种很好的开发利用需求响应资源的途径，但是在实际操作中要与我国的现实状况相结合。比如初期可由地方电网公司或其所属节能服务公司承担负荷聚合商业务职能，结合我国的需求响应试点工作的开展和电力市场化的推进，逐步完善有关负荷调整的定价机制，最终实现将负荷聚合业务向社会公司开放。

3.2.2 推广自动需求响应技术

自动需求响应是智能电网的核心技术功能之一，自动需求响应不存在任何的人工介入，通过接受价格或激励信号触发预编程好的需求响应策略，当用户不愿接受这种响应策略时也可以选择退出[14]。自动需求响应不仅优化了负荷侧的资源配置，而且提高了负荷侧提供辅助服务的能力，同时也增强了系统应对变化的调节能力。由美国劳伦斯伯克利国家实验室提出的OpenADR是实现自动需求响应的开放式通信协议[15]，已经在大量的工业实践中获得成功应用。自动需求响应使得需求响应的技术内涵有了一个质的飞跃。在很多情况下，电力用户只有借助自动需求响应技术，才真正能够进行响应实践，而不仅仅是拥有响应意愿。这也说明尽管一些需求响应策略可通过人工方式实施，但是根据价格或激励的实时信息动态调整负荷的自动需求响应是必然的发展趋势[16]。

当前自动需求响应技术的研究、应用和推广仍然在探索过程当中，在我国更是处于起步阶段，虽然已经有了一些试点工程，如：霍尼韦尔公司在天津泰达管委会大楼装设的自动需求响应装置项目。但是，一方面客观上我国需求响应应用的政策经济条件还较为缺乏，有关自动需求响应的应用极为有限；另一方面，需求响应实现的技术模式和方法还未标准化，无法解决需求响应技术、产品或系统之间的通用和互换问题，增加了实施需求响应项目的成本，不利于自动需求响应技术的推广。

4 结束语

目前，我国的需求响应功能更多的体现在缓解用电缺口方面，以有序用电为主要措施，具有实施迅速、易于操作的特点。而市场机制具有价值发现和优化资源配置的功能，天然具有提高效率的能力，是需求响应的最好载体。因此，基于市场机制的需求响应是是我国发掘需求侧资源的努力方向，而基于行政手段的有序用电是不得已而为之，仅作用于解决电力缺口，是解决供需矛盾的临时性手段，在我国现阶段具有其合理性，须进一步完善，逐步引入市场机制，减小其对经济活动的负面效果。

在我国开展需求响应项目须充分考虑我国国情，近期来看，可通过充分结合电力需求侧管理的城市综合试点，开展尖峰电价与可中断电价的试点应用，完善有序用电措施，制定科学合理的电价机制，结合智能电网建设，采用新技术提高需求响应的技术水平。长远来看，可不断完善推广需求响应的政策经济条件和技术标准，在此基础上培育提供专业需求响应整合服务的市场主体，全面推进需求响应在我国的实践应用。

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Measures and application of China’s demand response

GAO Ci⁃wei1，CHEN Xi⁃han1，CHEN Jiang⁃hua2，XU Jie⁃yan2
（1.School of Electrical Engineering Southeast University,Nanjing 210096,China；2.State Grid Corporation DSM Instruction Center,Nanjing 210024,China）

In this paper,the demand response(DR)activities of China are reviewed as well as the problems occurred during its actual operation.With regard to the DSM pilot cities defined by Na⁃tional Development and Reform Commission(NDRC),the applica⁃tion of critical peak price and interruptible load price in the pilot city is discussed.Finally,in terms of the actual situation of China,the DR practice to be focused for current stage is proposed.As a forward looking thought,some measures are introduced as well tak⁃ing reference to the abroad DR experience.

DSM;demand response;orderly power utiliza⁃tion;critical peak price;interruptible price

F407.61；F045.32

B

1009-1831（2013）01-0001-04

2012-12-28