自然資源保護(hù)協(xié)會劉明明：電力系統(tǒng)正在轉(zhuǎn)型 電力需求側(cè)資源的市場參與和價(jià)值體現(xiàn)
自然資源保護(hù)協(xié)會(NRDC)高級政策研究分析師劉明明
2019年5月18-20日，中關(guān)村儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟、中國科學(xué)院工程熱物理研究所舉辦“ESIE2019儲能國際峰會暨展覽會”，自然資源保護(hù)協(xié)會(NRDC)高級政策研究分析師劉明明在會議上發(fā)言。
以下為發(fā)言實(shí)錄：
自然資源保護(hù)協(xié)會(NRDC)高級政策研究分析師劉明明：很榮幸能在這里跟大家分享一下近期研究成果和政策的梳理，剛才楊主任需求側(cè)響應(yīng)和需求側(cè)資源做了很詳細(xì)的介紹。剛才很多專家做了詳細(xì)技術(shù)的介紹，重點(diǎn)從宏觀政策的方面進(jìn)行一些梳理，很多結(jié)合國際的形勢，可能有一些內(nèi)容不太適合中國現(xiàn)有一個(gè)情況，只是說跟大家分享一下我最近的一些心得。
我是來自自然資源保護(hù)協(xié)會，我們是一個(gè)成立70年代公益環(huán)保組織，在中國是從上個(gè)世紀(jì)90年代開展工作，需求側(cè)管理項(xiàng)目第一個(gè)啟動項(xiàng)目，跟蘇州一起啟動項(xiàng)目，目前四個(gè)領(lǐng)域的工作，自然資源保護(hù)、野生生態(tài)環(huán)境保護(hù)，氣候變化與能源、環(huán)境治理和可持續(xù)發(fā)展。在2015年的時(shí)候結(jié)合國家推出需求側(cè)綜合管理試點(diǎn)項(xiàng)目，包括北京、蘇州、佛山、唐山開展了需求側(cè)響應(yīng)的工作。在工作過程當(dāng)中，我們發(fā)現(xiàn)在實(shí)踐的時(shí)候遇到很多的問題，大家對這個(gè)市場充滿憧憬，但是面臨很多的困惑，下面做一些簡單的介紹。分為四個(gè)內(nèi)容：
電力系統(tǒng)正在經(jīng)過一個(gè)轉(zhuǎn)型。這是昨天和今天的電網(wǎng)，可以看出電網(wǎng)從輸電、配電、居民用戶進(jìn)行消費(fèi)，可以看出電流是一個(gè)單向的流動，隨著新技術(shù)的出現(xiàn)，可再生能源、儲能和用戶側(cè)電表的出現(xiàn)這個(gè)趨勢正在發(fā)生改變。電流不僅僅是一個(gè)單向的流動，可以實(shí)現(xiàn)從一些用戶側(cè)、儲能側(cè)對電網(wǎng)進(jìn)行了一些反饋。所以說電網(wǎng)正在經(jīng)歷的轉(zhuǎn)型，是從電流的單向流動向雙向流動的轉(zhuǎn)變。
最新的趨勢還有一個(gè)最顯著的特點(diǎn)大規(guī)?？稍偕茉唇尤腚娋W(wǎng)，這個(gè)曲線得到很多人的關(guān)注。風(fēng)能和光伏的加速發(fā)展正在重塑電力系統(tǒng)發(fā)電潛力，我們可以看出這個(gè)圖上的藍(lán)色，凈負(fù)荷曲線就是說用電負(fù)荷曲線減去風(fēng)光之后的出現(xiàn)負(fù)荷變化的情況，可以看出隨著可再生能源加入越多，本來下午的時(shí)段是用電高峰的時(shí)期，因?yàn)樘鞖獾囊蛩貙?dǎo)致可再生能源處理很高，出現(xiàn)下降的情況。下午的這個(gè)時(shí)段風(fēng)光逐漸退出電網(wǎng)，導(dǎo)致用電需求出現(xiàn)一個(gè)高峰，現(xiàn)有日負(fù)荷曲線雙峰雙谷的情況不太一致。預(yù)計(jì)電力系統(tǒng)可再生能源占比比例將當(dāng)前25%上升到40%左右，隨著比例的逐年的增加，這種現(xiàn)象更多的典型。可再生能源是一種間歇性特征，給電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來一個(gè)挑戰(zhàn)。
另外一個(gè)趨勢多樣化需求側(cè)資源正在接入配網(wǎng)，需求側(cè)資源呈現(xiàn)多樣化發(fā)展，包括提到儲能、分布式、需求響應(yīng)、電動汽車，各國制定電動車為發(fā)展目標(biāo)，電動車大規(guī)模給城市配網(wǎng)帶來一些挑戰(zhàn)，也帶來靈活性。
靈活性是電力系統(tǒng)的新主張，包括這一些負(fù)荷曲線發(fā)生的變化，這種情況下，在高比例可再生能源情景下需求響應(yīng)的不同的角色。我們可以看出，在這種負(fù)荷的時(shí)段需求側(cè)資源可以進(jìn)行填谷，在峰荷進(jìn)行削峰，還可以進(jìn)行爬坡速率的改變，可以看出需求側(cè)資源，可以幫助電網(wǎng)應(yīng)對可再生能源帶來這種挑戰(zhàn)。
需求側(cè)資源在傳統(tǒng)上供電計(jì)劃的時(shí)候，首先是從用戶側(cè)、發(fā)電側(cè)進(jìn)行入手，包括新建發(fā)電電廠，新建輸電線路。需求側(cè)資源開發(fā)提供更有效的解決手段。用最低的成本有效方式滿足供電需求，可以簡單看一下，對于日負(fù)荷曲線來說，靈活性需求側(cè)資源可以平滑負(fù)荷曲線，來自三個(gè)產(chǎn)業(yè)的手段，熱水器、空調(diào)、電動車，這些都可以削峰填谷需求側(cè)曲線中發(fā)揮很重要的作用。
需求側(cè)資源的種類，做一個(gè)大概的梳理。需求側(cè)資源最主要的能效項(xiàng)目，能效項(xiàng)目推了很多年，所謂能效電廠項(xiàng)目，用戶側(cè)減少能源消費(fèi)的技術(shù)和行為，照明，升級制冷和供熱系統(tǒng)，以及家電電極等，是永久性負(fù)荷削減，定向的能效項(xiàng)目可以減少系統(tǒng)峰荷降低。需求響應(yīng)基于特定的系統(tǒng)條件和市場激勵(lì)而作出的負(fù)荷變化的響應(yīng)，由用戶、第三方或電力公司直接控制的。包括智能家電、照明、智能充電臨時(shí)性的調(diào)整?？梢钥闯鍪且环N臨時(shí)性的負(fù)荷調(diào)整，它供電充裕的時(shí)候可以幫助消納電量，在高峰的時(shí)候可以減少負(fù)荷。
分布式能源也是最近發(fā)展勢頭比較猛的，包括小型發(fā)電機(jī)組，分布式光伏。這一種最大特點(diǎn)跟配網(wǎng)相連的，發(fā)電電源，在用戶側(cè)配網(wǎng)側(cè)可以作為需求側(cè)來進(jìn)行管理。儲能不多作介紹。
需求側(cè)資源的應(yīng)用場景，對于終端用戶來講，在他家里可以裝上太陽能光伏，大概3-4千瓦，小型的風(fēng)電，還有照明、需求響應(yīng)的家電，還有儲能系統(tǒng)。通過這一系列的組合，可以幫助這個(gè)家庭提供更多樣的有價(jià)值的服務(wù)，這可能是未來需求側(cè)資源應(yīng)用的典型案例。需求側(cè)資源介紹這么多，它的優(yōu)勢經(jīng)介紹過，經(jīng)濟(jì)性避免和延緩輸電系統(tǒng)和發(fā)電量的投資，以及降低用戶電費(fèi)賬單。最大的特點(diǎn)是靈活性，靈活性最新的電網(wǎng)提出新的主張，包括它的快速爬坡能力，吸收和轉(zhuǎn)移多余發(fā)電量，維持電壓和頻率的平衡。環(huán)保型，避免調(diào)度一些低效、不環(huán)保機(jī)組，排放很低。
需求響應(yīng)資源的潛力，通常可以占到峰荷15%。據(jù)IEA預(yù)測，2050年歐盟地區(qū)需求響應(yīng)潛力將達(dá)到很大規(guī)模了。在工業(yè)、服務(wù)業(yè)、居民、交通有不同的響應(yīng)手段。右上邊這個(gè)圖，IEA前一陣子公布需求響應(yīng)的成本的供應(yīng)曲線，可以看出在工業(yè)、居民、服務(wù)業(yè)、交通領(lǐng)域都有不同的手段去提供這種需求響應(yīng)的能力，成本很低的。最左側(cè)的資源，包括熱水器、暖通空調(diào)其實(shí)都有很大的潛力。
下面我來介紹市場價(jià)值之前，介紹一下市場種類。市場種類這一個(gè)分為長期、中期、短期的市場。深藍(lán)色表示基本上所有電力市場具備的元素，淺藍(lán)色并不是所有的具備，長期來看，有針對容量的容量市場，針對能量的有一個(gè)遠(yuǎn)期日內(nèi)市場、日前市場和實(shí)時(shí)平衡市場，針對備用有一個(gè)輔助服務(wù)市場。這一攬子的市場組合滿足長期、短期、中期負(fù)荷發(fā)電的需求。
電能量市場，出售電能，單位是千瓦時(shí)，中國正在建立恩電能量的市場，和現(xiàn)貨市場的建立。容量市場，購買一定的電力資源，來滿足未來一定期間內(nèi)的電力需求，從而保證電網(wǎng)長期可靠性。隨著可再生能源發(fā)電的增加，由政府引入的一種確保電力供需長期平衡的一種機(jī)制。有一些國家實(shí)施，證明行之有效的機(jī)制。
輔助服務(wù)市場，維持輸電系統(tǒng)在輸送電力的過程中始終穩(wěn)定可靠運(yùn)行，電壓和頻率維持一定的范圍。
需求側(cè)資源電能量市場，作為負(fù)荷參與能量市場，對動態(tài)的電價(jià)作出響應(yīng)。參與的方式大工業(yè)直接參與批發(fā)市場進(jìn)行交易。小用戶不能直接參與，通過負(fù)荷集成商進(jìn)行參與。特點(diǎn)，能量市場電價(jià)比較低的，不太能回收容量投資的一種成本，所以說作為需求側(cè)參與電能量市場機(jī)會比較少的。
參與容量，在調(diào)度之前由電網(wǎng)公司購買，確保足夠多的投資在新發(fā)電上面，來滿足不斷改進(jìn)的個(gè)可靠性指標(biāo)，提供可靠性的容量。
參與容量市場的特點(diǎn)，電網(wǎng)出現(xiàn)壓力時(shí)，容量市場可以確保有充足的發(fā)電資源和負(fù)荷管理的能力，幫助電網(wǎng)平衡?？梢钥闯鏊哪繕?biāo)是保證電力供應(yīng)的長期安全性，所以說容量市場是為了未來建立的市場。它確保容量市場釋放出價(jià)格信號，來引導(dǎo)市場投資在容量建設(shè)上面，包括投資需求側(cè)資源、儲能資源這一些上面。
參與輔助服務(wù)市場，根據(jù)輔助服務(wù)市場提供了一些產(chǎn)品，這里頭簡單列出來包括調(diào)頻、備用電力傳輸?shù)臅r(shí)候保證實(shí)時(shí)平衡，包括儲能參與調(diào)頻調(diào)壓的服務(wù)。
不同市場有不同的特點(diǎn)，能量市場有價(jià)格上限，不足以鼓勵(lì)充足性的發(fā)電投資，容量市場是投資于需求側(cè)資源的主要驅(qū)動因素。容量市場的建立對于鼓勵(lì)需求側(cè)的資源很有意義的機(jī)制。
需求側(cè)資源市場參與價(jià)值體現(xiàn)，需求側(cè)資源可以參與前面介紹容量市場、能量市場、運(yùn)行備用市場。左邊可以看出對價(jià)格信號進(jìn)行響應(yīng)，通過降低需求或者動態(tài)電價(jià)來參與容量、能量市場。其次作為發(fā)電資源，跟供電側(cè)發(fā)電資源類似的資源參與容量、能量市場、備用市場的競價(jià)。
交易模式，有一些分散小翁用戶的時(shí)候不太能直接參與到市場中去，需要通過負(fù)荷集成商，把這種分散一些負(fù)荷集中起來，負(fù)荷集成商在未來電力市場中發(fā)揮重要的作用。
案例，在歐洲來說，需求側(cè)資源在歐洲有很多的機(jī)會，深藍(lán)色顯示已經(jīng)提供這些機(jī)會給這些需求側(cè)資源參與輔助服務(wù)。對于電能量來說開放不多，有比利時(shí)、芬蘭、法國三個(gè)國家，有一些需要不允許需求側(cè)參與能量市場。英國、法國、比利時(shí)中，法國做得比較好，其他市場沒有接納需求側(cè)資源。
美國鼓勵(lì)需求側(cè)資源參與市場，可以看出把需求側(cè)資源分為可靠性、經(jīng)濟(jì)性兩種，根據(jù)它的特點(diǎn)分為不可調(diào)度的資源和可以進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)度的資源。對于實(shí)時(shí)調(diào)度的需求側(cè)資源，可以去參加容量、能量、輔助服務(wù)的市場。因?yàn)榫褪窍喈?dāng)于一臺發(fā)電機(jī)組，作為一臺發(fā)電機(jī)組，包括用戶側(cè)的發(fā)電，分布式的資源，都可以參與這三種的市場，提供一些靈活性的資源。
數(shù)據(jù)顯示，美國參與需求側(cè)響應(yīng)資源比重在增加的。調(diào)查顯示，對美國155家電力公司注冊的需求響應(yīng)調(diào)查之后發(fā)現(xiàn)，需求容量可以達(dá)到18.3GW，其中有10.7GW可調(diào)度的容量。對于電網(wǎng)很靈活的資源，可以注冊容量里頭，很多就是來自于空調(diào)開關(guān)、自動調(diào)制一些智能電表，用戶發(fā)起的智能表計(jì)帶來的靈活的選擇。
美國PJM在需求側(cè)資源做得非常好，建立一個(gè)容量市場，容量市場中給需求側(cè)資源提供一些機(jī)會，參與緊急需求響應(yīng)，發(fā)電容量和能效方面。需求響應(yīng)收入來自于容量市場。這個(gè)圖可以看出需求響應(yīng)的來源，來自于制造業(yè)占了很大的比重，照明、終端用戶的手段，可以滿足大概6%的負(fù)荷需求，涵蓋的用戶一百萬。
紐約，發(fā)現(xiàn)用電需求有用電負(fù)荷的需求，大概60MW，供應(yīng)側(cè)、升級電網(wǎng)、建立發(fā)電源可以滿足，需要12億美元用于電網(wǎng)升級改造。紐約選擇購買一攬子需求側(cè)以及電網(wǎng)的升級，五分之一的價(jià)格就實(shí)現(xiàn)了69兆瓦的滿足，所以需求側(cè)資源有很大的成本響應(yīng)。
需求側(cè)資源市場的走勢，隨著中小型企業(yè)的分時(shí)電價(jià)正在加速發(fā)展，智能電表的發(fā)展加速了需求側(cè)資源參與市場的能力，以及電動汽車的規(guī)?；l(fā)展，都提供了這種靈活性，還有雙向儲能在需求響應(yīng)發(fā)揮重要作用。一些無線電技術(shù)對于延緩分布式資源投資，需求響應(yīng)幫助平衡負(fù)荷發(fā)揮重要的作用，過去兩年一些投資專家提到，美國841號令為儲能開啟一扇大門，這種系統(tǒng)運(yùn)營商向儲能無差別開放能量的批發(fā)市場、容量市場和服務(wù)市場，這可能是很大的利好。
將需求響應(yīng)作為發(fā)電機(jī)組來調(diào)度，看起來很美好，實(shí)際上做起來很難的一件事情，需要很完善的市場規(guī)則來進(jìn)行配合。首先有一個(gè)安全的系統(tǒng)，其次對政策機(jī)制提出一些要求。同時(shí)還有技術(shù)發(fā)展很快，但是基礎(chǔ)設(shè)施有一些滯后。創(chuàng)新不僅僅是智能電表，更需要關(guān)注一些運(yùn)作模式和管理。之前介紹到傳統(tǒng)的體系是單向流動的，舊的管理體系集中于電流單向流動來設(shè)計(jì)的，將來隨著雙向互動的一個(gè)逐漸增多，這種管理體系也是做一個(gè)調(diào)整。
建立市場之外需要解決的問題，加強(qiáng)市場的監(jiān)管，包括制定市場的交易規(guī)則，健康運(yùn)行、信息披露與公開。提升用戶的意識，加強(qiáng)培訓(xùn)交流，提高社會責(zé)任意識，提供定制服務(wù)。資源潛力分析，要梳理出電力需求側(cè)資源技術(shù)潛力和經(jīng)濟(jì)潛力，同時(shí)進(jìn)行成本分析，為確定市場價(jià)格提供基礎(chǔ)。負(fù)荷集成商作為中間者，對能力要求很高。以及促進(jìn)電力公司進(jìn)行轉(zhuǎn)型，國家兩大電網(wǎng)公司進(jìn)行轉(zhuǎn)型，單一賣電向提供綜合能源服務(wù)，這是需要解決的問題。
總結(jié)，需求側(cè)資源的出現(xiàn)，包括需求響應(yīng)和儲能等技術(shù)，將在很大程度上改變電力市場的設(shè)計(jì)，因?yàn)榇蚱屏穗娔苌a(chǎn)和消費(fèi)必須同時(shí)進(jìn)行的特點(diǎn)，使得電能成為類似于油氣或者其他能源一樣的能源參與這種市場。
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