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    需求側資源如何參與新型電力系統調節

    南方電網報發布時間:2022-07-12 16:22:05  作者:劉志文 邵沖 周曉 黃豫 梁宇

      新型電力系統的電源結構、用電結構和系統生態將發生重大而深刻的變化,僅靠電源側、電網側的調節能力已難以保障系統電力可靠供應和安全穩定運行,且成本高昂。相比之下,需求側的解決方案更加經濟合理,選擇更加多元化,是推動電力系統從“源隨荷動”向“源荷互動”轉變的關鍵所在。

      因此,充分發揮需求側資源在新型電力系統中的調節作用十分迫切和必要?!?ldquo;十四五”現代能源體系規劃》提出,2025年我國電力需求側響應能力將達到最大用電負荷的3%—5%。隨著我國各省區進一步拉大峰谷電價差,推廣實施尖峰電價,擴大激勵型需求響應實施范圍,需求側資源靈活性將得到進一步釋放。

      一、資源參與系統調節的作用

      (一)緩解電力供需矛盾

      隨著我國第三產業和居民用電占比不斷提高,以及需求側“新電氣化”進程加快,電力系統供需平衡難度逐漸增大,短時負荷尖峰頻現。由于風光容量替代效應較低,在以新能源為電源增量主體的趨勢下,主動發揮需求側資源在電力削峰填谷方面的作用,有助于保障電力供需平衡。

      (二)促進新能源消納

      風光發電“靠天吃飯”,出力具有較強的隨機性、間歇性和波動性。在新能源大規模接入電網的背景下,單純依靠新增電源側調節資源支撐新能源消納,將面臨設備利用效率降低、新能源消納成本高昂等問題,通過挖掘需求側靈活性調節潛力,以較低成本提升系統調節能力,滿足新能源消納需求。

      (三)降低系統建設運行成本

      充分發揮需求側靈活性資源在削峰填谷和新能源消納方面的作用,減少或延緩電源、電網建設需求,提高設備利用率,降低系統建設成本;發揮其調節作用,相當于為系統優化運行引入了新的控制變量,優化和擴展了系統運行邊界,提升經濟運行成效,降低系統整體運行成本。

      (四)提升全社會能效水平

      需求側資源是系統挖掘自身節能潛力的重要內在資源。按節約效果分類,可分為可調整電力資源和可節約電量資源,前者通過負荷轉移、負荷調控、負荷中斷等調節方式延緩或減少電源、電網類建設投資,后者通過工藝優化、技術改進、管理提升等手段節約需求側電量,降低能耗水平。

      二、資源參與系統調節的潛力

      (一)可調節容量潛力

      第一產業中的農林漁牧業因其產品供應季節性、時效性等特點,用戶參與響應意愿不強,且用電占比小,調節容量有限。

      第二產業中的金屬制品業、非金屬礦物制品業、橡膠和塑料制品業、紡織業等大工業用戶用電規模大,對電價敏感性高,是近期需求側資源開發首要選擇。電氣電子制造、汽車制造等制造行業具有一定的負荷中斷或轉移能力,可通過改進生產工序、提升自動化水平、調整生產班制等措施挖掘較大的需求響應空間。

      第三產業商業用戶中的照明系統、空調暖通系統、大數據中心、用戶側儲能等柔性負荷,可釋放大量電力負荷彈性。

      居民生活用電中的電熱水器、電冰箱、洗衣機、電動汽車等負荷,隨著需求響應新技術和新模式推廣應用、以及第三方機構的合作參與,具備大規模參與響應的潛力。

      國內外機構相關研究成果顯示,在需求側資源利用技術極大發展和政策友好的前提下,需求響應潛力約為負荷總量的10%—20%,屆時全國需求側資源可利用量將超2億千瓦。

      (二)不同時間尺度調節潛力

      由于新型電力系統在不同時間尺度調節需求各異,各類需求側資源需結合自身潛力和技術特點參與系統調節,相比于電源側調節資源,需求側資源同樣可具備多時間尺度調節能力。

      以促進風電、光伏等新能源消納為例,電動汽車、用戶側儲能等需求側資源響應速度可達秒級,能夠快速響應新能源超短、短周期尺度調節需求;傳統大工業負荷、工商業空調暖通負荷等需求側資源能夠依據激勵手段主動參與系統日內調節需求;氫能等新興需求側資源與新能源深度耦合,能夠滿足新能源多日或更長時間尺度調節需求。

      三、資源參與系統調節的方式與途徑

      (一)調節主體

      當前需求側靈活性資源主要包括工業可調控或可中斷負荷、商業和居民空調負荷、電動汽車、用戶側儲能等資源。為了形成穩定、可控、規?;恼{節能力,大用戶直屬或負荷聚合商代理的具備調節能力的需求側資源將成為參與新型電力系統調節的主體,其中負荷聚合商可按地區聚合所代理的資源形成虛擬電廠,虛擬電廠按照是否具有調度機構直接控制的技術條件分為直控和非直控虛擬電廠。

      (二)調節方式

      需求側資源參與新型電力系統調節的主要方式為需求響應和有序用電。對需求響應而言,峰谷電價、尖峰電價等價格型需求響應是基礎性調節手段,而市場化的激勵型需求響應則是疊加性調節手段,更加具有針對性,為需求側資源精準參與新型電力系統調峰、備用等輔助服務提供有效途徑。有序用電是電力系統應對極端情況的有效調節措施。當前總體發展趨勢是擴大需求響應規模,并減少有序用電實施范圍。

      (三)調節途徑

      針對系統不同時間尺度的調節需求,電網調度機構將對需求側資源參與主體實施多層次、多維度調控。以緩解電力供需矛盾為例,可調用直控虛擬電廠常態化參與系統調節,當調用直控虛擬電廠后,預計仍存在電力供應不足的風險時,電網企業可提前一周組織可中斷負荷交易,基于日前評估后存在的電力缺口,發布日前需求響應邀約。在考慮日前邀約需求響應量后,如存在無法覆蓋電力供應缺口的情況時,電網企業按照剩余缺口量組織有序用電。

      四、資源參與系統調節的條件

      (一)技術條件

      1.資源聚合技術。重點解決需求側資源參與系統調節的規?;瘑栴},具體包括負荷聚類分析、可調潛力評估、共享儲能、虛擬電廠等技術,實現將大量、多元、分散的靈活性資源聚合參與系統調節。

      2.自動控制技術。重點解決資源參與系統調節的時效性問題,具體包括對工業可調負荷、空調負荷、電動汽車、用戶側儲能以及虛擬電廠的自動協調控制技術,確保需求側資源及時參與系統調節。

      3.智能決策技術。重點解決需求側資源參與系統調節的決策困難問題,根據響應主體的用能特性、運行狀態和外界參數,依托先進智能算法對參與調節的容量、時間及方式作出最優決策,提升用戶參與便利性和體驗感。

      (二)政策機制條件

      1.政策保障。充分發揮政策的指導作用,建議修訂現行的《電力需求側管理辦法》,強化需求響應的地位,進一步明確資金來源,簡化實施流程及要求,完善需求側資源參與系統調節的保障措施和市場環境。

      2.價格機制。充分發揮價格調節杠桿作用,根據各地區負荷特性及其變化情況,調整和細化峰谷時段劃分,持續優化峰谷電價比例,引導需求側合理有序用電,充分發揮價格型需求響應的基礎調節作用。

      3.市場機制。充分發揮市場在資源配置中的決定性作用,將需求響應交易納入各省電力市場體系,建立健全市場化需求響應交易機制,逐步擴大參與主體范圍,推動需求側資源直接參與現貨電能量交易和調頻、備用等輔助服務交易。

      (作者:劉志文 邵沖 周曉 黃豫 梁宇 單位:南網能源院電力規劃中心)

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