面向智能電網的需求側管理

施泉生，孫 波，蔣 浩

(上海電力學院經濟與管理學院，上海 200090)

進入21世紀以來，隨著社會和經濟的發展、技術的進步，以及人類社會對電力依賴程度的加大，智能電網的概念應運而生，并在近兩年成為全球電力行業研究的熱點.

智能電網是以物理電網為基礎，將現代先進的傳感測量技術、通訊技術、信息技術、計算機技術和控制技術與物理電網高度集成而形成的新型電網.智能電網以充分滿足用戶對電力的需求和優化資源配置，確保電力供應的安全性、可靠性和經濟性，滿足環保約束，保證電能質量，適應電力市場化發展等為目的，實現對用戶可靠、經濟、清潔、互動的電力供應和增值服務［1-3］.

在智能電網中，用戶是電力系統不可分割的一部分.鼓勵和促進用戶參與電力系統的運行和管理是智能電網的重要特征之一.從智能電網的角度來看，用戶的需求是一種可管理的資源，它有助于平衡供求關系;從用戶的角度來看，電力消費是一種經濟的選擇，通過參與電網的運行和管理，修正其使用和購買電力的方式，從而獲得實實在在的好處.用戶將根據實時電價調整其用電模式，減少或轉移高峰時的電力需求，使電力公司減少資本開支和營運開支，同時也減少了能耗，產生了環境效益.因此，需求側管理(Demand Side Management，DSM)是智能電網的重要組成部分之一.2010年9月，國家電網公司“十二五”電網智能化發展規劃中明確提出，全面推進需求側管理工作，要求各網省公司結合自身特點，安排智能化需求側管理應用系統等建設項目.

1 需求側管理的產生和發展

電力需求側管理起源于20世紀70年代，隨著燃料價格的飛漲，人們認識到單純增加能源供應很難滿足不斷增長的能源需求，必須依靠能源使用方式的變更來提高使用效率，以節約能源損耗.經過幾十年的探索和實踐，在電力需求側管理方面積累了豐富經驗，已成為支持可持續能源發展戰略的一個重要手段.美國50個州中有31個州采用需求側管理推動用戶主動節能節電，取得了顯著的經濟效益和社會效益.1996年美國電力行業重組啟動后，需求側管理被納入電力改革的政策目標.20世紀90年代以來，需求側管理風靡全球，擴展到包括中國在內的30多個國家和地區，取得了顯著的經濟效益和節能減排效果.

隨著世界電力工業的發展，需求側管理逐漸被賦予了新的含義，即通過采取有效的激勵措施，引導電力用戶提高終端用電效率，優化用電方式，在不影響用戶正常用電需求的情況下減少電力消耗和電能需求，達到保護環境和節約能源的目的.對社會而言，需求側管理的實施可以減少電力需求，從而減少一次能源的消耗與污染物的排放，緩解環境壓力，同時減少社會資源的投入和自然資源的消耗［4-7］.

目前，需求側管理的主要內容包括能效管理、負荷管理，以及燃料替代和節省能源等［8-10］.

(1)能效管理 是指電力公司采用經濟、政策手段，鼓勵用戶采用先進技術和高效設備提高終端用電效率，減少電力電量消耗，以節約電量和減少排放而進行的活動.例如使用高效節能燈具、制冷制熱設備，使用高效的建筑節能材料等.

(2)負荷管理 是指通過負荷調整技術改善用戶的用電行為和用電方式，從而達到降低電網最大負荷，取得節約電能，減少系統裝機容量，并降低電力投資及運行費用的效果.例如實施谷峰電價和階梯電價以鼓勵用戶避開用電高峰期.

(3)燃料替代 是指用不同的能源獲得相同的服務，一般常指用電力替代天然氣和其他燃氣.如用電動車替代燃油汽車，電動機械替代燃油、燃氣機械等.

(4)節省能源 是指通過行政措施或媒體宣傳，使用戶改變傳統的工作、生活習慣模式，以達到降低能耗的目的.

2 面向智能電網需求側管理的內涵

與傳統電網相比，智能電網的互動服務平臺不僅豐富了電網側對用戶側信息的掌握，而且使得用戶側可從電網側得到實時的電價信息和電網運行信息.這種電力客戶與電網的雙向互動使得通信更加便捷，有利于制定更為靈活和復雜的需求側管理策略.因此在智能電網中需求側管理的內涵比傳統電網更加廣泛［11，12］.

首先，需求側管理不僅僅是對用戶用電行為進行規范，還可以根據電網運行情況對自身的發電出力進行相應的調整，即將用戶側分布式發電資源統一納入需求側管理范疇.在用戶具備存儲設備的情況下，運用需求側管理可使電網根據自身用電情況和電網峰谷分布進行削峰填谷或移峰填谷［1］.例如未來電網將接有大量電動汽車的電池充電負荷.隨著電動汽車的大規模應用，電動汽車的車用電池可以作為分布式的儲能元件，在電網負荷高峰，為電網提供容量支持.

其次，在智能電網下，將實施更為全面、合理的實時電價政策，而不是目前普遍采用的分時電價或階梯電價.實時電價根據發電方系統的生產成本而實時變化，如水庫儲水量的豐枯、機爐的組合方式、管道線路檢修等.用戶根據自己的需要，結合實時的電價，選擇自己的用電方式，實現用戶主動調節負荷，移峰填谷.全面合理的實時電價系統能促進電力資源的優化配置，實現電力市場的高效率運作，實現電力商品的社會價值最優.

再次，智能的用電監控.智能電表記錄著家庭中的實時用電情況，并將信息反饋給電力公司.用戶家中的智能終端與電力公司的系統相連，家中的電器可以通過智能插座與智能終端相連接.因此，無論是電腦還是手機，只要登錄家中的智能終端，就能遠程控制家中的電器，而且可以對電費和各家電產品的耗電量進行監控.

通過建設智能電網，實施科學有效的需求側管理，到2020年，我國可減少約1億kW 的裝機容量，超過5個三峽工程的裝機容量，同時還可以節約8 000億到10 000億的投資.需求側管理在節能減排方面的巨大應用前景決定了其在智能電網中的重要位置.

3 面向智能電網需求側管理的研究與展望

作為智能電網建設最重要的組成部分之一，目前已有學者和專家對智能電網框架下的需求側管理進行了研究和展望.

文獻［12］介紹了智能電網對電力需求側管理可提供的技術支持和電力需求側管理的現狀，結合智能電網的技術特點，分析了智能電網的建設對電力需求側管理能力提高的影響.

文獻［13］分析了傳統的需求側管理技術在智能電網實施時遇到的問題，展望了智能電網時代的技術變革給需求側管理帶來的影響和機遇，并就中國面向智能電網的需求側管理建設提出了具體的建議.

文獻［14］對智能電網下需求側管理項目的綜合效益進行了評述，根據項目特點給出合適的規劃方案，對項目參與方進行風險分析，并給出保障措施，還設計了政府推動與市場機制相結合的項目實施機制，對智能電網建設工作的穩步發展起到積極的作用.

文獻［15］認為智能電網的發展沒有公認的模式，各國的建設需要結合本國的實際情況.只有在把握智能電網建設方向的基礎上，堅持創新理念實行必要的技術變革，電力需求側管理才能與時俱進，才能更好地對電力這種特殊商品進行全面的管理，為智能電網的建設起到很好的促進作用.此外，還分析了傳統需求側管理的特點及局限性，提出了為配合開展智能電網的建設工作，其電力需求側管理所需要進行的技術變革.

在智能電網需求側管理研究中，還有一部分專家對智能電網時代將大量接入的電動汽車的管理給予了一定的關注.

在智能電網時代，電動汽車既是電網的用電負荷，其車用電池又可以作為分布式儲能元件，在電網負荷高峰，為電網提供容量支持，電動汽車的這一應用被稱為“車輛到電網”，或電動汽車入網技術(Vehicle to Grid，V2G)［16］.V2G 可以有效地削減系統的尖峰負荷，增加系統的低谷負荷，提供應急的電力資源，是智能電網需求側管理的重要內容.

文獻［17］研究了將一定規模的電動汽車作為電網的用電負荷后對江西電網的影響.研究發現，在用戶不同的充電模式下，電動汽車的接入對江西電網的峰谷差及負荷特性的影響程度不同.田立亭等人［18］建立了電動汽車功率需求的模型，給出了多臺電動汽車總體功率需求的計算方法.該模型為研究電動汽車對電網的影響提供了基礎，也為電動汽車充電管理策略的設計提供了依據.

文獻［19］假設至2015年美國將擁有100萬輛電動汽車，分析了電動汽車入網對城市用電負荷均衡的影響，計算了電動汽車入網時城市所減少的污染物排放量.

文獻［20］認為，電動汽車可以在風電機組不能發電時作為系統備用，從而減輕風能的間歇性對電力系統運行的影響.為了充分利用可入網電動汽車的儲能功能和備用功能，構造了一個能同時計及電動汽車和風電機組出力不確定性的隨機調度模型，以系統的總發電成本最小為目標構建了調節電動汽車、風電機組，以及傳統機組出力的調度模型.

4 結語

智能電網的發展在我國還處于起步階段，其內涵與外延也將不斷豐富和充實.由于智能電網并非只有單一模式，我國發展智能電網必須結合實際來制定合適方案.從世界各國開展的各類需求側管理項目的實施效果來看，需求側管理可降低系統高峰期電價、減少電價波動風險、優化資源配置，并能保證市場穩定運行，對電力工業和經濟發展，以及環境保護等都有重要的戰略作用.在智能電網發展中，建立有效的需求側管理機制是實現節約用電、合理用電、優化用電的戰略性措施，也是實現節能、環保、經濟協調發展的重要手段.

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