能源互聯網背景下可調節負荷技術應用與展望

中國電力科學研究院用電與能效研究所副所長、總工程師

國網能源互聯網技術研究院規劃設計中心常務副主任 閆華光

能源互聯網是互聯網和能源生產、傳輸、存儲、消費及能源市場深度融合的能源發展新業態，強化網絡互聯互通和先進信息、通信、控制技術應用，致力于構建具有清潔低碳、安全可靠、泛在互聯、高效互動、智能開放等特征的智慧能源系統。用戶處于能源消費端，可調節負荷互動是能源互聯網在需求側的重要應用場景，也是能源互聯網建設的重要目標；為推動國家電網公司“建設具有中國特色國際領先的能源互聯網企業”戰略目標在需求側落地實施，總結了可調節負荷的內涵、技術應用場景和未來發展方向，有利于推動能源互聯互通與共享互濟，支撐國家能源技術革命、消費革命戰略實施。

可調節負荷是指能夠根據電價、激勵或者交易信息，實現啟停、調整運行狀態或調整運行時段的需求側用電設備、電源設備及儲能設備。包括工業企業生產負荷、生產輔助負荷、樓宇負荷、居民電器負荷及分散式儲能、電動汽車等。

可調節負荷應用場景

參與電網調峰調頻。夏季電網尖峰負荷持續攀高但持續時間很短，據統計三華地區僅為5-81個小時，峰谷差居高不下，給電網穩定、經濟運行帶來很大挑戰；同時在天津、山東、江蘇、上海等地出現節假日電網負備用容量不足等問題。在迎峰度夏（冬）期間，通過價格、激勵、交易等機制利用可調節負荷有償參與電網調峰，緩解時段性供需矛盾，為系統運行提供慣量支撐資源和調節能力，保障大電網穩定高效運行。

促進清潔能源消納。我國將逐步構建清潔低碳、安全高效的能源體系，新能源裝機容量2030年預計達到13億千瓦、2050年預計40億千瓦，新能源發電的隨機性、波動性和反調峰特性，給電力系統的功率平衡帶來巨大壓力。利用市場化手段，在棄風、棄光、棄水時段，調動電制熱儲熱、電制冷儲冷、客戶側儲能、電動汽車等可調節負荷資源參與深度調峰，提升電網用電負荷，促進清潔能源消納利用。

促進客戶能效提升。當前大量電力客戶由于節能技術短缺、采集監測不足、缺乏優化調節手段，綜合能效水平偏低。客戶訴求已經從保障基本用能向滿足安全低碳、優質價廉的能源供應與多元化服務需求轉變，期待電網企業圍繞可調節負荷提供差異化、定制化、一體化用能優化服務方案并付諸實踐。利用可調節負荷的互動響應特性，結合人工智能、大數據算法，能夠引導用戶實施技術節能、管理節能策略，提升用能效率。

可調節負荷發展概況

政策支持方面。國外陸續出臺多項需求響應扶持性政策，將需求側資源等同發電資源參與市場競爭，充分保障了可調節負荷的市場主體地位。其中美國聯邦能源管理委員會第719號令和755號令都明確需求響應資源替代發電資源參與市場競價；歐盟發布《能源效率指令》中規定各成員國應確保需求側資源參與到批發和零售市場；澳大利亞能源市場委員會2019年7月頒布了《National Energy Retail Amendment》，該草案允許第三方需求響應提供商直接參與市場交易，并獲得需求響應收益。我國目前發布多項國家政策，鼓勵發展電力需求響應，完善尖峰電價或季節電價機制。2017出臺的《電力需求側管理辦法》中明確提出支持、激勵各類電力市場參與方開發和利用需求響應資源，提供有償調峰、調頻服務，逐步形成占年度最大用電負荷3%左右的需求側機動調峰能力。

市場機制方面。國外已建立政府監管，電網、負荷聚合商、電力客戶積極參與的市場化模式，并實施資金補貼、輔助服務市場交易、需求側競價、實時電價等機制。其中，國外實施需求響應的資金主要來源于電價加收、管制電費劃撥、政府財政、電網節省投資等，資金規模大并且可持續。美國在近5年可調節負荷互動響應支出54.94億美元，是國內的300多倍。我國目前主要實施激勵型需求響應，可調節負荷試點應用依靠政府、電網公司補貼。需求側資源參與市場化運行的機制還不完善。未來亟需進一步明確可調節負荷在電力系統熱備用、調峰、調頻、新能源消納等場景下的應用模式，擴大第三方獨立主體參與電力調峰輔助服務市場試點范圍，建立可持續發展的商業模式，支撐可調節負荷應用常態化、規模化發展。

負荷控制方面。國外主要采用直接負荷控制和用戶自主控制方式。澳大利亞政府發布并實施空調、熱水器、水泵等需求響應接口強制性標準，為實現負荷調控提供了設備保障。美國LEED綠色建筑評價體系將建筑物需求響應能力及可調節負荷容量規模作為兩項評價指標，鼓勵樓宇積極參與負荷調控。我國目前主要以用戶自主控制為主。可調節負荷涉及設備品牌、型號眾多，通信接口及協議不統一。同時設備范圍覆蓋廣，存在通訊網絡覆蓋不全、通信延時較大等難題，從而導致可調節負荷信息監測共享、控制能力建設方面長期存在互聯互通、網絡延時障礙，限制了可調節負荷的應用場景和應用規模。

可調節負荷實施路徑

推動可調節負荷調控關鍵技術攻關。開展可調節負荷實時感知與精準調控技術體系架構設計；研究負荷資源分層分區聚合優化的調節方法；推動建立面向工業、樓宇、居民、儲能等用戶的全網可調節負荷模型庫與實時仿真平臺；建成完善的可調節負荷與電網實時互動的技術支撐體系。

支持可調節負荷互動響應核心設備及系統平臺研發。研制基于5G、國網芯的可調節負荷互動響應終端，統一負荷接入方式，提升數據采集處理效率；開發可調節負荷資源普查APP，現場錄入用戶設備信息并實時計算響應能力，解決傳統普查工作中管控環節多、人力投入大等問題；研發基于互聯網思維的可調節負荷互動運營平臺，能夠支撐大規模可調節負荷的高效接入，實現可調節負荷的可觀可測和高效調控。

建立可調節負荷技術標準體系和試驗檢測體系。研究建立涵蓋數據模型、運行調控、安全穩定、仿真評估的可調節負荷并網運行與控制技術標準體系；建立需求響應主站、互動響應終端、互操作、產品檢驗等測試規范；建成可調節負荷互聯互通的試驗驗證環境，能夠支持智能家電云平臺、車聯網平臺、設備制造商云平臺等統一交互，實現各類負荷資源的便捷聚合。

開展可調節負荷示范工程實踐。我國因地制宜開展了多場景下可調節負荷試點應用。“三華”地區利用可調節負荷開展削峰需求響應，在政策引導下，目前“三華”地區可實現調峰能力達611萬千瓦；同時華北地區已開展第三方獨立主體參與電力調峰輔助服務市場試點，2020年一季度負荷側參與調峰電量552萬千瓦時，發放調峰補償資金76萬元，并在國內首次實現車網互動充電樁資源參與輔助服務的資金結算。西北和東北地區組織可調節負荷在新能源大發滿發時，提升用電負荷，減少“棄風棄光”。

未來，在國家電網公司“建設具有中國特色國際領先的能源互聯網企業”戰略目標引領下，大量由分布式能量采集裝置、儲能裝置和各種類型負載構成的能源節點將實現互聯互通，可調節負荷在電網調峰、促進新能源消納、提升客戶能效等方面的價值將被進一步挖掘，各方主體共同參與的可調節負荷“互聯網+”市場化交易模式日漸成熟，最終實現可調節負荷廣泛連接、精準感知、實時在線、互動交易、智能調節、可上可下，打造開放共享的能源互聯網生態體系。