典型激勵(lì)政策對(duì)清潔電采暖可時(shí)移性負(fù)荷激勵(lì)效應(yīng)量化研究

李偉 孫皓

[摘要]2017年9月19日，國(guó)家發(fā)展改革委印發(fā)《關(guān)于北方地區(qū)清潔供暖價(jià)格政策的意見》，各地政府紛紛出臺(tái)各種激勵(lì)政策，鼓勵(lì)電采暖等清潔供暖。本研究就著重分析電費(fèi)補(bǔ)貼政策、分時(shí)電價(jià)政策以及實(shí)時(shí)電價(jià)政策對(duì)于電采暖這種典型的可時(shí)移性負(fù)荷的各種影響，首先分析可時(shí)移性負(fù)荷調(diào)節(jié)能力的影響因素，通過研究各種激勵(lì)政策對(duì)可時(shí)移性負(fù)荷調(diào)節(jié)能力的影響，并量化各種激勵(lì)政策激勵(lì)特性指標(biāo)，給出了每一政策特性定量描述和衡量的計(jì)算公式。

[關(guān)鍵詞]需求響應(yīng);清潔供暖;激勵(lì)政策;可時(shí)移性負(fù)荷

1引 ?言

為緩解能源危機(jī)和環(huán)境惡化的問題，以風(fēng)力發(fā)電為代表的可再生能源并網(wǎng)發(fā)電容量快速上升，但其出力的隨機(jī)波動(dòng)性已成為電力系統(tǒng)運(yùn)行面臨的巨大挑戰(zhàn)。僅靠發(fā)電側(cè)的調(diào)節(jié)能力難以解決大規(guī)模波動(dòng)性新能源發(fā)電接入后的實(shí)時(shí)供需平衡問題，電力高峰負(fù)荷持續(xù)增長(zhǎng)以及間歇式能源的迅猛發(fā)展增加了電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行的難度。除了依靠傳統(tǒng)的供給側(cè)追蹤需求變化的方式以外，電力需求側(cè)的作用也越來越受到人們的重視。

智能電網(wǎng)強(qiáng)化了用戶和電網(wǎng)的交互能力，有利于挖掘用電側(cè)的調(diào)節(jié)能力[1]。隨著智能電網(wǎng)和需求側(cè)管理技術(shù)的深入發(fā)展，電力用戶可主動(dòng)通過需求響應(yīng)（demand response，DR）項(xiàng)目，根據(jù)市場(chǎng)的價(jià)格信號(hào)或激勵(lì)信息，調(diào)整用電方式實(shí)現(xiàn)“削峰填谷” [2-4]，使負(fù)荷特性呈現(xiàn)“柔性特征”[5-6]。需求響應(yīng)從根本上改變了單純依靠增加裝機(jī)容量來滿足需求增長(zhǎng)的發(fā)展模式[7]，將需求側(cè)可調(diào)度的資源作為供應(yīng)側(cè)的替代資源[8]。

雖然以電采暖為代表的可時(shí)移性負(fù)荷潛在的調(diào)節(jié)能力巨大，但要想發(fā)揮用戶這種電網(wǎng)調(diào)節(jié)作用的積極性需要各種政策扶持，運(yùn)用行政和經(jīng)濟(jì)手段激發(fā)用戶參與積極性尤為重要。

為了鼓勵(lì)北方地區(qū)大力推廣清潔供暖，促進(jìn)清潔能源消納和節(jié)能減排，2017年9月19日，國(guó)家發(fā)展改革委印發(fā)《關(guān)于北方地區(qū)清潔供暖價(jià)格政策的意見》，指出具備資源條件，適宜“煤改電”的地區(qū)，要通過完善峰谷分時(shí)制度和階梯價(jià)格政策，創(chuàng)新電力交易模式，健全輸配電價(jià)體系等方式，降低清潔供暖用電成本。鼓勵(lì)利用谷段低價(jià)電供暖，提高電力系統(tǒng)利用效率，降低“煤改電”用電成本。對(duì)采暖用電部分，適當(dāng)延長(zhǎng)谷段時(shí)間（原則上不超過2小時(shí)），優(yōu)化峰、平、谷價(jià)格時(shí)段劃分。

意見要求，各地能源主管部門要進(jìn)一步優(yōu)化居民用電階梯價(jià)格政策。合理確定采暖用電量，鼓勵(lì)疊加峰谷電價(jià)，明確村級(jí)“煤改電”電價(jià)政策，降低居民“煤改電”用電成本。該部分電量按居民第一檔電價(jià)執(zhí)行;超出部分計(jì)入居民生活用電，執(zhí)行居民階梯電價(jià)。鼓勵(lì)省級(jí)價(jià)格主管部門在現(xiàn)行居民階梯價(jià)格政策基礎(chǔ)上，疊加峰谷分時(shí)電價(jià)政策，并在采暖季適當(dāng)延長(zhǎng)谷段時(shí)間。農(nóng)村地區(qū)以村或自然村為單位通過“煤改電”改造使用電采暖或熱泵等電輔助加熱取暖，與居民家庭“煤改電”取暖執(zhí)行同樣的價(jià)格政策。

從全國(guó)各省區(qū)出臺(tái)的鼓勵(lì)電采暖政策來看，主要的激勵(lì)手段是電費(fèi)補(bǔ)貼和分時(shí)電價(jià)兩種，或者兩種政策手段疊加使用。在未來電力市場(chǎng)中，電力實(shí)時(shí)交易也將在目前試點(diǎn)的基礎(chǔ)上大面積推廣運(yùn)用，這一趨勢(shì)也會(huì)對(duì)可時(shí)移用戶參與電網(wǎng)調(diào)節(jié)起到積極地作用。因此，本研究就著重分析電費(fèi)補(bǔ)貼政策、分時(shí)電價(jià)政策以及實(shí)時(shí)電價(jià)政策對(duì)于電采暖這種典型的可時(shí)移性負(fù)荷的各種影響。

2可時(shí)移性負(fù)荷調(diào)節(jié)能力的影響因素

為了分析各種激勵(lì)政策對(duì)電采暖負(fù)荷的影響，找到不同政策的特性指標(biāo)和對(duì)用戶激勵(lì)大小的關(guān)鍵指標(biāo)，首先要弄清楚可時(shí)移性負(fù)荷調(diào)節(jié)能力的影響因素。通過理論研究，發(fā)現(xiàn)以下四個(gè)要素是影響可時(shí)移性負(fù)荷電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力的主要影響因素。

2.1用戶舒適度要求

不同的用戶在電采暖使用過程中，對(duì)舒適度的范圍有不同的需求。室內(nèi)溫度設(shè)定值，即用戶個(gè)人感知的體感舒適溫度及其范圍，就將直接影響可時(shí)移性負(fù)荷的調(diào)整范圍。如果用戶感知到的舒適體感溫度范圍較寬，則該負(fù)荷可提供的電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力就會(huì)增加，反之，可時(shí)移性負(fù)荷能夠提供的電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力會(huì)變小。因此，通過各種激勵(lì)政策，擴(kuò)大用戶舒適度范圍，就可以在一定程度上提高可時(shí)移性負(fù)荷對(duì)電網(wǎng)的調(diào)節(jié)能力。在電網(wǎng)用電處于低谷時(shí)段，通過提髙室內(nèi)溫度設(shè)定值，可以在對(duì)用戶舒適度影響較小的前提下，實(shí)現(xiàn)空調(diào)負(fù)荷高峰時(shí)段負(fù)荷的降低，從而達(dá)到提高電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力的目的。

2.2 環(huán)境參數(shù)

通過實(shí)現(xiàn)研究發(fā)現(xiàn)，電采暖、空調(diào)等可時(shí)移性負(fù)荷運(yùn)行的外部溫度，也會(huì)對(duì)其提供給電網(wǎng)的調(diào)節(jié)能力與調(diào)節(jié)時(shí)間有顯著影響。在不同的環(huán)境溫度下，同一種用戶室內(nèi)溫度變化速度和需要的能量各不相同。對(duì)氣溫與最大空調(diào)負(fù)荷的相關(guān)性進(jìn)行了研究，研究結(jié)果表明空調(diào)高峰負(fù)荷與氣溫具有強(qiáng)的正相關(guān)性。因此，在考慮時(shí)移性負(fù)荷對(duì)電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力影響時(shí)，外界環(huán)境溫度對(duì)可時(shí)移負(fù)荷能夠提供的電網(wǎng)調(diào)節(jié)潛力大小均有影響，有必要將其納入空調(diào)負(fù)荷需求響應(yīng)特性指標(biāo)。

2.3 采暖設(shè)備功率

在其他調(diào)節(jié)不變的前提下，電采暖設(shè)備的功率對(duì)室內(nèi)溫度的身高速度呈正相關(guān)關(guān)系，即：室內(nèi)安裝電采暖設(shè)備的功率越大，室內(nèi)溫度提高速度越快。同樣的對(duì)于空調(diào)、電熱水器等可時(shí)移性負(fù)荷，也有同樣的規(guī)律存在。因此，增加可時(shí)移性負(fù)荷的功率，也就可以增加該類設(shè)備對(duì)電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力的潛力。

2.4 建筑物的傳熱系數(shù)

建筑物的保溫系數(shù)、傳熱特點(diǎn)等會(huì)對(duì)電采暖、空調(diào)等可時(shí)移性負(fù)荷的電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力有顯著影響。在同樣條件下，依據(jù)傳熱學(xué)原理，保溫條件好的建筑物，與室外的熱交換速度就慢，這樣，建筑物散熱速度就慢，維持相對(duì)穩(wěn)定的室溫時(shí)間久長(zhǎng)，這在一定程度上，就為可時(shí)移性負(fù)荷對(duì)電網(wǎng)提供的調(diào)節(jié)能力成為一個(gè)有利的外部條件，如果建筑物保溫性能差，則同樣條件下，可時(shí)移性負(fù)荷提供的電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力和調(diào)節(jié)時(shí)間就會(huì)降低和縮短。

3各種激勵(lì)政策對(duì)可時(shí)移性負(fù)荷調(diào)節(jié)能力的影響分析

3.1 電費(fèi)補(bǔ)貼政策對(duì)可時(shí)移性負(fù)荷調(diào)節(jié)能力的影響

電費(fèi)補(bǔ)貼政策就是針對(duì)各類負(fù)荷電采暖用戶的企事業(yè)單位、學(xué)校和居民個(gè)人，在政府規(guī)定的范圍內(nèi)補(bǔ)貼范圍內(nèi)，給予一定的電價(jià)優(yōu)惠的激勵(lì)政策。政策的優(yōu)點(diǎn)在于范圍的廣泛性、措施的直接性、對(duì)象的明確性等方面。但這種政策也有一定的局限性，即從總體上激發(fā)了參與者的積極性，在時(shí)間維度上，對(duì)用戶沒有任何的激勵(lì)效果。也就是說，該政策只是讓使用電采暖的用戶在經(jīng)濟(jì)上享受到了優(yōu)惠，但在激發(fā)用戶錯(cuò)峰用電、消納清潔能源上沒有經(jīng)濟(jì)激勵(lì)，也就無法調(diào)動(dòng)用戶在高峰時(shí)段減少用電，在低谷時(shí)段增加用電。

3.2 分時(shí)電價(jià)政策對(duì)可時(shí)移性負(fù)荷調(diào)節(jié)能力的影響

分時(shí)電價(jià)政策的意思就是針對(duì)不同時(shí)間計(jì)費(fèi)的電價(jià)也不同，它是電這種商品對(duì)時(shí)間不同的反應(yīng)，也是市場(chǎng)發(fā)展規(guī)律的反應(yīng)。它使得用戶為了獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益積極地調(diào)整自己的用電時(shí)間和用電量，從而提高了負(fù)荷率和用電效率。

分時(shí)電價(jià)的實(shí)施可以幫助用戶更好地改變用電方式，避免高峰時(shí)段用電，提高了電力系統(tǒng)的負(fù)荷率和運(yùn)行的穩(wěn)定性。分時(shí)電價(jià)的原理也就是說把一天總共24個(gè)小時(shí)根據(jù)它的負(fù)荷情況畫成曲線，根據(jù)曲線，具體劃分為峰、平、谷三種狀況，同樣對(duì)應(yīng)于三種不同的電價(jià)。這樣用戶會(huì)選擇在高峰時(shí)段電價(jià)高的時(shí)候少用電，在低谷時(shí)段電價(jià)低的時(shí)候多用電，這樣下來也可以削峰填谷，使負(fù)荷曲線更加平穩(wěn)。

與電費(fèi)補(bǔ)貼政策相比，分時(shí)電價(jià)政策不僅鼓勵(lì)各類用戶積極改變過去的用能方式，而且還通過高峰時(shí)段高電價(jià)，低谷時(shí)段低電價(jià)的手段，鼓勵(lì)用戶削峰填谷，真正發(fā)揮可時(shí)移負(fù)荷對(duì)電網(wǎng)的調(diào)節(jié)作用。因此，該政策一般與電費(fèi)補(bǔ)貼政策配合使用，在消納清潔能源、提升電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力、減少投資等方面的積極作用。

3.3 實(shí)時(shí)電價(jià)政策對(duì)可時(shí)移性負(fù)荷調(diào)節(jié)能力的影響

實(shí)時(shí)電價(jià)也就是用電的實(shí)時(shí)定價(jià)，也就是在完善的電力市場(chǎng)條件下，電力供應(yīng)商和有資格進(jìn)入電力市場(chǎng)進(jìn)行交易的電力用戶和用戶代理商根據(jù)電力的供需情況確定的直接交易價(jià)格。它能直接反映短期的生產(chǎn)成本及用電量信息， 能夠指導(dǎo)用戶優(yōu)化用電。實(shí)時(shí)電價(jià)是在考慮運(yùn)行和基本投資的情況下， 在給定時(shí)段， 如0.5h 或更短時(shí)段向用戶提供電能的邊際成本。

在實(shí)時(shí)電價(jià)這種定價(jià)方式當(dāng)中，有一種叫做峰谷定價(jià)，因?yàn)樵谶@種定價(jià)方式中，高峰時(shí)段的電價(jià)比較高，低谷時(shí)段的電價(jià)比較低，用戶為了獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益會(huì)積極地選擇在電價(jià)較低的時(shí)候用電。也就是說峰谷電價(jià)是實(shí)時(shí)電價(jià)的一種特例。因此，從激發(fā)用戶電采暖錯(cuò)峰避谷的角度來說，這種電價(jià)政策更具有靈活性和靈敏性，能夠最大限度的調(diào)動(dòng)用戶響應(yīng)電力調(diào)度的積極性。

4 各種激勵(lì)政策激勵(lì)特性指標(biāo)及量化

目前，國(guó)家對(duì)于電采暖等可時(shí)移性負(fù)荷提供的各種激勵(lì)政策，其主要目的就是促進(jìn)清潔能源的消納，改善環(huán)境質(zhì)量，在此基礎(chǔ)上保障電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行。因此，政策的目標(biāo)是多樣性。電采暖等可時(shí)移性負(fù)荷的各種激勵(lì)政策，在達(dá)成上述目標(biāo)的同時(shí)，也在一定程度上鼓勵(lì)電采暖用戶在經(jīng)濟(jì)利益的刺激下，在一定程度上改變自己的用能行為，削峰填谷，在不影響正常用電需求和舒適度的前提下，為電網(wǎng)提供一定的調(diào)節(jié)能力，提高電網(wǎng)的靈活性，降低電力成本。

通過深入分析和研究典型的電采暖等可時(shí)移性負(fù)荷的激勵(lì)政策，項(xiàng)目組認(rèn)為，該類政策具有以下三種與提升可時(shí)移性負(fù)荷電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力特性指標(biāo)。

4.1 激勵(lì)強(qiáng)度指標(biāo)

政策激勵(lì)強(qiáng)度指標(biāo)反映的是各種激勵(lì)政策對(duì)可時(shí)移性負(fù)荷的用戶采用電采暖模式吸引力的大小程度。在某種程度上來說，就是政策提供的優(yōu)惠程度的大小。政策激勵(lì)強(qiáng)度越大，使用電采暖的用戶參與該種形式供暖所享受到的經(jīng)濟(jì)利益就越大，他們的積極性就越高。我們可以用政策實(shí)施前后電采暖用戶享受到的電價(jià)優(yōu)惠程度來表征激勵(lì)政策的激勵(lì)強(qiáng)度。該指標(biāo)可以用以下公式表示：

式（1）中，表示政策激勵(lì)強(qiáng)度，表示每度電現(xiàn)在的電采暖價(jià)格，表示激勵(lì)政策實(shí)施后每度電電采暖的優(yōu)惠電價(jià)。

因此，對(duì)于價(jià)格補(bǔ)貼政策而言，政策的激勵(lì)強(qiáng)度可以表示為：

對(duì)于分時(shí)電價(jià)政策而言，政策的激勵(lì)強(qiáng)度可以表示為：

對(duì)于實(shí)時(shí)電價(jià)政策而言，政策的激勵(lì)強(qiáng)度可以表示為：

4.2 時(shí)移強(qiáng)度指標(biāo)

政策時(shí)移性指標(biāo)反映的是在政策經(jīng)濟(jì)利益的刺激下，電采暖用戶主動(dòng)改變用電時(shí)段的參與程度，也就是說一項(xiàng)激勵(lì)政策對(duì)于電采暖用戶在時(shí)間上主動(dòng)移峰錯(cuò)谷積極性的激勵(lì)程度。該指標(biāo)可以用激勵(lì)政策實(shí)施后，用戶移峰錯(cuò)谷的電量來表征不同政策的實(shí)施效果。該指標(biāo)可以用以下公式表示：

式（5）中，表示政策時(shí)移強(qiáng)度指標(biāo)，表示政策實(shí)施前高峰時(shí)段的用電量，表示政策實(shí)施后高峰時(shí)段的用電量，表示政策實(shí)施前低谷時(shí)段的用電量，表示政策實(shí)施后高峰時(shí)段的用電量。

因此，對(duì)于價(jià)格補(bǔ)貼政策而言，在政策實(shí)施前后，電采暖用戶都沒有積極性改變自己的用電時(shí)段，因此，政策的激勵(lì)時(shí)移強(qiáng)度可以表示為：

對(duì)于分時(shí)電價(jià)政策而言，由于有峰谷電價(jià)的差異，電采暖用戶為了節(jié)省自己的電費(fèi)支出，在不影響自己用電采暖舒適度的前提下，就有改變自己用電行為的積極性，政策的時(shí)移激勵(lì)強(qiáng)度可以表示為：

對(duì)于實(shí)時(shí)電價(jià)政策而言，用戶為了自己的經(jīng)濟(jì)利益，不僅會(huì)將高峰時(shí)段的用電量轉(zhuǎn)移到低谷時(shí)段，而且在高峰時(shí)段內(nèi)，還會(huì)從高電價(jià)時(shí)段項(xiàng)低電價(jià)時(shí)段轉(zhuǎn)移，在低谷時(shí)段內(nèi)，用戶同樣會(huì)受價(jià)格變化的驅(qū)使，轉(zhuǎn)移和優(yōu)化自己的用電行為。因此，該政策下的時(shí)移激勵(lì)強(qiáng)度可以表示為：

4.3 拓展性指標(biāo)

政策的拓展性指標(biāo)反映的是一項(xiàng)政策能夠吸引潛在用戶改變?cè)瓉淼挠媚芊绞剑捎秒姴膳鍧嵐┡奈Υ笮　Ｔ谡叩拇碳は拢?dāng)用戶采用電采暖方式比其他供暖方式價(jià)格便宜的時(shí)候，用戶會(huì)放棄原來的用能方式，選擇電采暖方式。相反，如果電采暖所要花費(fèi)的采暖費(fèi)用高于其他采暖方式時(shí)，用戶就沒有改變?cè)胁膳绞降姆e極性，政策對(duì)用戶就沒有激勵(lì)作用，因此，該項(xiàng)政策就沒有拓展性激勵(lì)特征。決定用戶供暖方式最主要的因素就是一個(gè)供暖期單位面積的供暖費(fèi)。因此，表征一項(xiàng)政策拓展性的指標(biāo)，就可以用不同采暖方式下，供暖費(fèi)的差值來表示。具體來說，該指標(biāo)可以用以下公式表示：

式（9）中：表示政策的拓展強(qiáng)度，F(xiàn)J表示一個(gè)供暖季中集中供暖模式下單位面積的采暖費(fèi)，F(xiàn)D表示一個(gè)供暖季中，電采暖供熱模式下單位面積的采暖費(fèi)。

這樣，一項(xiàng)政策對(duì)用戶的吸引力大小就能夠表征出來。

5結(jié) ??論

本研究在歸納和總結(jié)國(guó)家及地方政府目前出臺(tái)的各種鼓勵(lì)各類用戶采用清潔電采暖相關(guān)政策的基礎(chǔ)上，將現(xiàn)有政策按照作用模式，分為了電費(fèi)補(bǔ)貼政策和分時(shí)電價(jià)政策，考慮到電力市場(chǎng)改革的快速發(fā)展，也將實(shí)時(shí)電價(jià)政策作為即將推出的政策模式考慮進(jìn)來，分別研究這三類政策對(duì)電采暖等可時(shí)移性負(fù)荷的影響，在此基礎(chǔ)上，對(duì)政策目標(biāo)、政策特征及實(shí)質(zhì)進(jìn)行了深入研究。研究發(fā)現(xiàn)，能夠反映一項(xiàng)政策特性的指標(biāo)有三種，即：政策的激勵(lì)強(qiáng)度特性、政策的激勵(lì)時(shí)移強(qiáng)度特性和政策激勵(lì)的拓展特性。在此基礎(chǔ)上，對(duì)政策的含義一起作用進(jìn)行了總結(jié)，并分別對(duì)三類政策特性進(jìn)行了量化研究，給出了每一政策特性定量描述和衡量的計(jì)算公式。

上述研究為進(jìn)一步研究不同政策對(duì)時(shí)移性負(fù)荷提升電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力的彈性及其在功率維度和時(shí)間維度可拓展性奠定了基礎(chǔ)，也為研究政策敏感性、政策的優(yōu)化組合建議提供了研究基礎(chǔ)。

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[作者簡(jiǎn)介] 李偉（1968-），男，陜西鳳翔人，教授，博士，從事能源政策研究;孫皓（1993-），男，江蘇淮安人，東北電力大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院研究生，研究方向：會(huì)計(jì)學(xué)。