第三种是保底控制型:在政策要求下与电网公司签订了需求响应协议并接入新型负荷管理系统,以电力安全保供为核心目的,承诺提供高可靠性的负荷控制能力,可同步参与市场化交易品种并可能因具备电网直控能力而获得响应优先权。
用户侧天然能够参与自主调节型响应,但激励力度有限;通过额外激励能够进一步挖掘用户侧调节能力,但实施效果仍无法保证。因此,在电力保供的首要目标下,国家政策要求推进新型负荷管理系统建设,形成最大用电负荷20%以上的保底控制能力。
分布特性维度
按照用户侧资源在地理空间上的分布广度,可分为集中型、分散型两类。
第一种是集中型:以大型工商业负荷为主,如园区、工厂、楼宇、能源站等。此类资源的优势是单体响应能力强、控制可靠性高,劣势是各个单体相对独立、互补空间小、聚合接入的标准化程度较低。集中型资源的调节潜力空间巨大,是未来用户侧与电网互动的主力。
第二种是分散型:具有广域覆盖属性的分布式用电主体,如通信基站、加油站、充电桩、换电站(柜)等。此类资源通常单点用电量不大、调节能力有限,但是一个区域内往往布点密集且同属一家企业管理,可以实现规模化接入,以面的优势弥补点的不足,是天然可聚合的分布式资源。
集中型、分散型资源所能提供的调节能力本身对电网而言没有本质区别,但其可实现的控制方式有决定性的差异。集中型资源单体大、数量小,电网可在资源侧加装终端接入新型负荷管理系统生产控制区,获得高可信的监测计量信息和高可靠的控制通路,在短期控制型交易场景中(现货、辅助服务)较有优势。分散型资源由于点多面广,加装专网终端成本巨大,通常由资源运营方或负荷聚合商建设虚拟电厂平台后,通过加密网关接入电网互联网区再逐层穿透到生产控制区接收调度指令。平台对接方式使得计量和控制可信度下降,且过长的通信链路将降低调控可靠性和响应速度,使得此类资源在控制型交易场景中处于劣势。
外因耦合维度
用户侧资源的主要任务是开展工业生产和商业服务,其用电行为的调整必然会对生产过程和社会要素产生影响。按照用户侧资源与外界因素的耦合程度,可分为以下几种情况:
第一种是无耦合:相对独立可控的供能设施与工商业生产生活耦合较小或无耦合,如分布式光伏、储能、自备电厂等,可实现与网供电之间的灵活切换从而改变用户关口负荷曲线,通常只影响经济成本,没有安全和社会方面的成本或风险。
第二种是松耦合:生产工艺流程中存在储电、储气、储冷、储热、储料环节,依靠中间存储环节可在基本不改变输出工况的前提下调整电力输入,仅影响生产工序中的前后环节且影响程度较小、不易被感知,安全和社会风险较小。
第三种是强耦合:电力负荷直接影响工业生产或商业服务质量,通常不能实施干预或只能在有限的时空尺度下实施干预。
耦合程度越高,调节难度和可能发生的风险越大,负荷聚合商需要付出的调节成本就越高。
通过上述五个维度,可对用户侧资源的调节能力及其实现难度进行评价。不同类型资源的调节成本、难度和可能引发的风险差异较大,使其愿意参与电网互动的价格激发门槛也有所区别。新型电力系统运行对不同时间尺度调节能力的需求紧迫程度决定了价格信号,价格信号将引导调节成本、难度和风险合适的用户侧主体作为供给方积极参与,当这两者取得平衡时,就是用户侧互动的理想和健康状态。
用户侧参与电网互动的交易体系
明确了电网的需求和用户侧资源的调节能力特征,剩余的任务就是匹配和激发。电网在不同时间尺度的需求、用户侧资源能够提供的调节能力需要以不同的交易品种为载体进行撮合和发现,从而构建一个整体的交易体系。
从时间上看,用户侧互动以日前、日内的交易品种为主:
年尺度下,电网需要跨季/月的调峰能力。在这个尺度下,用户侧资源可发挥的能力空间十分有限,必须依赖集中式电源或储能设施填补这一需求。在年度交易环节,应主要考虑通过容量型交易品种为用户侧提供收益预期,激励用户侧具备且保障提供所承诺的调节能力。
月/周尺度下,电网需要跨多日的调峰能力。部分具备储料环节的工业负荷可具备一至两周时长的负荷转移能力,可通过电能量交易实现价差套利。除此以外,仍可通过月/周交易确定可中断负荷备用容量。
日前/日内尺度下,电网需要跨小时的调峰能力。大量用户侧资源适合提供小时级负荷转移能力,根据其资源特性禀赋不同,可选择参与日前日内邀约需求响应、现货电能量、调峰辅助服务、备用辅助服务等交易品种。
实时控制尺度下,电网需要分钟级/秒级的快速调节能力。仅有少量用户侧资源能够满足实时调节性能要求,可参与调频辅助服务市场。
从价值上看,用户侧资源可提供容量型、能量型、功率型调节服务:
容量型:在年、月、周、日尺度下提供调节能力的保障性承诺,获得容量(备用)补偿收益,并在实际调用时获得调用收益。
能量型:日前、日内参与电能量现货市场、需求响应、调峰辅助服务,获得削峰填谷的自然收益或者额外补偿。
功率型:实时提供调频辅助服务,获得容量与里程补偿。
上述不同的交易品种存在协同配合关系,尤其是日前、日内尺度下,用户侧资源可以通过电能量、需求响应、调峰等多种交易品种出售调节能力,但不同交易品种核心定位有所区别,因而用户侧参与的管理和技术门槛也有所差异。在现货市场限价严格的当下,需要设置需求响应和调峰辅助服务品种作为应对高峰电力缺口和低谷新能源电力冗余的额外补贴手段。各省的削峰需求响应补贴价格通常在1至5元/千瓦时之间,在迎峰度夏期可为电力保供起到较为有效的激励作用。西北、华北调峰填谷补贴价格通常在0.2至0.5元/千瓦时之间,可在一定程度上促进新能源消纳。除了价格区间差异外,需求响应、调峰辅助服务交易品种与电能量批发市场的一个重要区别是更为注重对零售用户所提供的调节服务的直接采购和结算,负荷聚合商的权责利被明确界定出来甚至被压缩在一定范围内。相对而言,电能量批发市场的价格信号穿透需要售电公司自行设计和实施商业模式,因此不容易达到理想的效果。
总之,由于用户侧资源构成复杂,其潜力的挖掘必将经历一个较长的过程,但这一定是“双碳”目标和新型电力系统建设实践道路上最有吸引力和想象空间的风景之一。
本文刊载于《中国电力企业管理》2023年07期,作者系北京清能互联科技有限公司 CTO