摘要：为探索重庆市开展电力需求响应体系机制，对当前重庆电网总体供需平衡情况进行了分析，梳理了近5年重庆电网负荷特性情况，重点研究了重庆市重点工业行业及商业用户用电特性及负荷需求响应策略，并提出了重庆市开展电力需求响应工作的业务模式及实施路径，为下一步重庆市实施电力需求响应提供借鉴和参考。
关键词：需求响应；负荷特性；策略分析；实施路径
Research on the Exploration and Implementation Path of Electric Power Demand Response in Chongqing
Abstract: In order to explore the mechanism of power demand response system in Chongqing, the current balance of supply and demand of the Chongqing power grid is analyzed and the load characteristics of the Chongqing power grid in the past five years are combed，the characteristics and strategy of the power demand response of key industrial and commercial users in Chongqing were mainly studied, and then, the business model and implementation path of power demand response were proposed, which can provide references in Chongqing.
Key words: demand response ;load Characteristic; strategic analysis; implementation path
0 引言
电力需求响应，简称需求响应（demand response），是指电力用户受价格信号或激励机制的引导，暂时改变其固有的用电习惯或方式，减少或转移某时段用电负荷的行为，最大限度的提高电力系统的可靠性、运行效率。需求响应是在电力市场化机制背景下发展起来的，它作为及时反馈电力供需关系的重要手段，对调节电力供需矛盾，提高电网运行效率和可靠性，降低系统运行成本具有重要意义[1]。
目前，我国部分省市正积极推进需求响应项目实践。2018年，天津、江苏、山东、上海等省市通过实施“削峰”、“填谷”需求响应，取得了积极成效[2]。各地已开展的需求响应以激励型约定响应为主，多由政府主导、电网公司组织实施，参与用户以工商业用户为主。
本文对重庆市开展需求响应的背景及实施条件进行了探索分析，结合重庆电网实际，提出了重庆市实施需求响应试点的业务模式和实施路径。
1 背景分析
随着经济和电网的快速发展，重庆市用电量不断增长，最高用电负荷持续攀升，峰谷差日趋增大，电力供应区域性、阶段性不平衡的压力依然存在，开展需求响应迫切性日渐增强。
1.1 电力供需平衡压力仍然存在
2018年，重庆电网统调装机约2000万千瓦，其中火电1430万千瓦，占比71.5%，其余为水电和少量风电，重庆电网以火电为主的格局未来一段时期不会发生根本变化。受资源禀赋影响，市内电煤供需极度不平衡，主力火电厂电煤对外依存度达80%以上。同时，受度夏降温负荷增长及电煤供应问题等因素影响，重庆电网外购电逐年增加，火电、水电及外购电协调运行难度不断增大。近五年，重庆电网统调最高用电负荷年均增长6.5%，未来考虑维持5-6%负荷增长，加之局部电网受限、装机格局不会根本性改变、电煤对外依存度大等因素，重庆市未来度夏用电高峰期区域性、时段性保供电的压力依然较大。
1.2 夏季降温负荷快速增长
受夏季高温湿热气候影响，近年来重庆电网最大降温负荷增长较快，负荷比例不断提高。2013年最大降温负荷约600万千瓦，占最高用电负荷比例约43%；到2018年已分别达到约1000万千瓦和50%。同时，夏季负荷尖峰时段持续时间较短，2018年统调最高负荷2048万千瓦，最高负荷97%以上的时段仅4小时左右（12:30-16:30），如图1所示。
图1 重庆电网2018年夏季统调日最高负荷曲线
1.3 市外来电和清洁能源比例增大
重庆电网外购电主要依靠川渝通道及鄂渝通道，以四川和三峡清洁水电为主，预计2019年重庆电网外购电将达280亿千瓦时，占统调发购电量30%以上。考虑到重庆市电煤供应结构问题，外购电占比将呈增加趋势。外购电的增加，既体现了重庆市贯彻国家清洁能源消纳要求，同时对重庆电网峰谷调节能力提出了更高要求。
2 需求响应目标研究及策略分析
为保障重庆电网安全、稳定运行，迫切需要探索电力需求响应试点实践。而用电类型不同，特性各异，以下对工业、商业用电特性进行分析，为重庆市需求响应试点提供参考。
2.1 工业重点用电行业用电特性及需求响应策略分析
2018年，重庆市工业用电量658亿千瓦时，约占全社会用电量的60%。其中化工、非金属矿物制品、冶金、设备制造行业用电量约占工业用电量的70%。上述四个行业与全市分月用电波动情况不完全吻合，说明工业负荷与行业自身生产安排关联度较大，如图2所示。
图2 重庆市及工业重点用电行业夏季分月用电量情况
化工、冶金行业一般为24小时连续生产，负荷平稳，峰谷差小，用电可靠性要求高。因工艺流程较多，若企业减负荷，需按工序逐步削减负荷直，实施需求响应受影响时间往往长于实际需求响应时间，企业参与响应意愿不强，可响应能力有限。
非金属矿物制品行业中水泥行业生产用电约占60%。水泥主要工艺为“两磨一烧”，其中生料磨、水泥磨用电又占到60%-70%，“两磨”工艺相对独立，企业一般可将“两磨”用电负荷转移到低谷生产，具备较强需求响应能力，但响应能力受建厂时的原料堆场贮存与均化能力、熟料贮存能力影响。
设备制造行业包括通用、运输、电子设备等。电子设备制造一般要求恒温、恒湿、无尘环境，用电可靠性要求高，产值高，企业参与响应积极性不高。其它设备制造主要工艺为铸锻造、机械加工、表面处理等，工艺相对独立，在提前通知和有序组织下，有一定响应能力。
综合分析，对流程型、连续性生产特征的企业和工艺，负荷调整力度和难度较大，可响应能力有限；对相对独立的工序，具有一定响应能力，但需要诸如不影响短期生产、工厂场地、原辅料贮存等条件支撑。因此，工业企业需求响应策略宜建立适宜的激励机制，促使企业适度调整工艺流程、生产方式，增加可操作的响应资源。此外，工业企业舒适性空调的调节一般不影响主生产工艺，理论上具有一定的响应能力。
2.2 商业用电特性及需求响应策略分析
2018年，重庆市商业用电量233亿千瓦时，约占全社会用电量的21%。商业夏季分月用电量与全市分月用电变化趋势相近，如图3所示。
图3 重庆市及商业夏季分月用电量情况
商业用电中典型用户为大型公共建筑。根据相关调研分析结果[3]，重庆市商场、酒店等大型公共建筑的中央空调、照明、办公等用电量占比较大，而其中中空调系统用电量又占总用电量的25%-54%。商业典型用户用电高峰期一般出现在9:00-22:00，如图4所示。
图4 商业典型企业夏季典型日负荷曲线
对商业用户，照明和办公用电属硬需求，需求响应资源重点在中央空调系统。实施响应可采用短时间内停掉制冷机和冷却水泵（水冷机组），并维持空调末端及冷水泵运行的策略。该策略需对空调系统配置相对完善的能源管理系统，实时监测、控制温度变化，满足制冷功能需求。同时，响应激励要覆盖用户硬件投资及实施响应的管理成本。对约定响应，制冷机停运时间往往小于约定响应时段，响应策略可借鉴有序用电方案中分区、分批次响应。
3 需求响应业务模式及实施路径
3.1 试点业务模式
需求响应可分为基于价格的需求响应和基于激励的需求响应[4]，重庆市需求响应处于起步阶段，宜学习借鉴其他省市经验，充分考虑政府、电网、用户及负荷集成商等参与方的诉求，可先采用相对单一的激励型约定响应。激励来源上，重庆市直接交易用户取消了分时电价，峰段收益模式不适合重庆，同时财政资金作为激励来源的可行性也不大。因此，重庆市需求响应试点的激励来源只有来自电源侧，可优先考虑夏季低谷增购四川低价水电的价差空间作为激励资金来源。由于资金来源的不确定性，用户的参与规模不宜过大。用户类型主要考虑工商业用户，分别按照工业用户及商业用户设定相对较高的容量准入标准。响应时段可重点考虑电网最高负荷97%以上时段，即12:30-16:30区间。
3.2 实施路径
为下一步重庆市有效实施夏季需求响应试点，结合重庆电网实际，现提出需求响应具体实施路径作为参考，同时提出了可适用的启动条件、有效性评估及补贴标准。
启动条件：当重庆电网统调负荷超过2000万千瓦时，电网公司根据电网运行情况研究提出响应时段及响应范围等建议，原则上当网内火电机组全开且不满足最小备用时或当电网安全及可靠性受到影响时，可以启动执行需求响应。初期可以用电采集系统需求响应功能模块为基础，实现需求响应数据的上传和响应邀约的下达，通过协议签订、响应启动、响应邀约和确认、响应实施与监测、响应核证与认定5个步骤实施需求响应。图4为重庆市需求响应执行流程示意图。
图4 重庆市需求响应执行流程示意图
有效性评估：采用基线负荷法，按参与需求响应电力用户前5个正常生产工作日，对应响应时段的96点负荷曲线作为基线，将响应时段负荷点的负荷平均值作为基线平均负荷，响应时段负荷点的负荷平均值不高于基线平均负荷，则视为有效响应。电力用户单次需求响应补贴金额=实际响应功率×响应功率系数×补贴标准，其中：实际响应功率=基线平均负荷-响应平均负荷，响应功率系数确定原则如表1所示。
表1 响应功率系数确定原则
补贴标准：参考天津、山东等省市执行情况，综合分析预测重庆市需求响应执行效果及用户主动参与的积极性，可将约定需求响应补贴价格范围设定为6-10元/千瓦/次，鼓励负荷集成商与电力用户以市场化手段自行确定奖励资金分享比例。
4 需求响应实施展望
4.1 建立响应机制、培养参与意识
重庆市需求响应试点初期应以建立响应机制和培养用户参与意识为主，宜由政府主导，采用激励型响应模式及约定响应为主，初期宜选择用电规模较大的工商业用户，采用基线负荷计算方法进行响应评估测算，激励来源优先考虑丰水期增购水电价差。为培养用户的参与意识和积极性，有效性判定标准宜适当放宽，试点阶段不宜设置参与响应的违约责任。
4.2 健全响应体系、扩大响应规模、提高响应效率
重庆市需求响应中期应以健全响应体系、扩大响应规模、提高响应效率为主，响应组织实施宜由政府引导并体现市场化原则，可选择以激励型为主，试点电价型响应模式，电价型响应试点考虑针对电储能、冰蓄能等的峰谷电价政策，用户大幅放开，允许负荷集成商参与响应，倡导居民实施响应试点，响应方式以约定响应为主，提高实时响应频次和响应能力，响应实施可采取分片、分类、分组组合响应策略，响应评估逐步严格判定标准。
激励来源可深入探索扩大丰水期增购电规模、网内弃水电量、火电低谷电量、符合条件的自备电厂和分布式电源等，激励标准要根据激励来源、参与用户多少、削减负荷目标大小合理设置，可适当设置一定的违约责任。
4.3 服务电网、用户以及社会
重庆市需求响应远期应是除满足移峰填谷等基本要求外，响应体系还需满足服务电网投资、电力运行管理、电力市场建设、综合能源服务拓展以及基于用户侧用电系统、设备的生产管理和成本控制等，响应组织实施应由电网公司与用户按市场协商，政府实施过程监管和有序用电兜底管理，用户参与需求响应全面放开。对居民用户，可尝试由单一电价试点向分时电价的试点；对工业商业用户，响应系统覆盖到二级、三级用电计量点；对电力公司，实现需求响应系统与用户侧用电系统、设备海量数据的监测、传输、控制、交互、分析，挖掘用户和电力公司系统内的大数据应用功能。
5. 结束语
本文系统性的介绍了重庆电网当前电力供需总体形势，并对重庆市重点工业行业、商业用电实施需求响应的策略进行分析。通过分析，目前重庆市亟待实施需求响应破冰试点，针对重庆电网需求响应基础和现状，本文提出了重庆市夏季需求响应试点的业务模式和实施路径，并对未来需求响应的实施进行了展望，为重庆市需求响应工作的开展提供借鉴。
参考文献：
[1] 刘宝华,王冬容,曾鸣.从需求侧管理到需求侧响应[J].电力需求侧管理,2005(05):10-13.
[2] 栾凤奎,刘小聪,吴鹏;2018年我国电力需求响应实践与探索[J];中国电力企业管理,2019(01):45-47.
[3] 成镭,曾辉,吴祥.重庆公共建筑能耗现状及建筑节能障碍分析[J].重庆建筑,2008（05）:1-4.
[4] 刘继东.电力需求响应的效益评估与特性分析[D].山东大学,2013.
论文作者:李明浩,刘倩,李学伟,赵恩兰,张映阳,胡军毅,盛
论文发表刊物:《电力设备》2019年第13期
论文发表时间:2019/11/12
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