廖宇：新型电力系统能否改变需求侧？

2021年3月，中央财经委员会第九次会议指出，在“十四五”碳达峰的关键期和窗口期，要构建清洁低碳、安全高效的能源体系，控制化石能源总量，着力提高利用效能，实施可再生能源替代行动，深化电力体制改革，构建以新能源为主体的新型电力系统。

一时间，“以新能源为主体的新型电力系统”响彻大江南北，预计到2030年，我国新能源的发电量就会超过25%，到了2060年甚至还会超过60%。在这样一个背景下，新型电力系统到底意味着什么？以新能源为主体的电力系统究竟会是一个怎样的生态结构？

要回答这些问题，我们首先要明确如下自新能源大比例接入电网后出现的三个趋势：其一，新能源随着并网比例的抬升，沿着不断冲击电源侧、电网侧、用户侧的顺序带来了更多的挑战，并重建新规则。其二，随着新能源从集中式走向分布式，让用户侧的挑战从期货走向现货、年走向分钟、兆瓦时走向千瓦时，颗粒度越来越小、变动越来越频繁、幅度越来越细微。其三，新能源随着互动性、移动性、变化性的增加，让所有参与者从更关心能量（Energy）走向更关心电力（Power），稳定性和经济性都更加取决于容量的精准匹配。

这三个趋势意味着整个电力系统的重心将从供应侧走向需求侧，而对于需求侧而言，也并非仅仅是等待被聚焦，需求侧的改变甚至会更大。

我们通过一个几年前在欧洲尝试的碳中和创新项目来描述一下这种变化。位于奥地利萨尔兹堡的RosaProject小区曾是奥地利距离未来智能电网最近的地方。整个项目的名字是“ROSA Zukunft“，主要针对Salzburg日益增多的老年人群，以及未来节能房发展模式而建立。由萨尔兹堡建房公司承建，萨尔兹堡能源公司负责运营，西门子提供系统解决方案和技术支持，同时也获得了维也纳技术大学和奥地利技术院的帮助。

这个项目占地14000平方米，6栋楼，共130个居住单位，造价不含土地为1850万欧元。整个项目的核心是其热能中央控制室,调节整个设备的能源输出，同时远程连接到西门子房屋能源处理室。

这套系统功能设备包含一个地热泵，一个生物液化气的取暖设备以及城市供暖。这些来源接入到一个装有90升水的热缓冲池，通过这个热缓冲池给整幢6层楼的建筑供暖。同时在房屋内部，也会通过热控制系统来智能调节室温、湿度、二氧化碳含量。

西门子房屋能源处理室会和电网中心调度室连接，并接受到未来1天内电的估价曲线。如果价格合理，那么就会通知客户远程打开热泵，除了正常使用地热以外，还可以额外直接用电力加热，来给热缓冲池提供热量。当热缓冲池装满后，可以独立提供整栋房屋2天的热能需求。此外，屋顶装有太阳能电池板，目前主要是给自己的设备提供电能，如果未来加装智能电表，可以给配电网提供电能输出或者做无功补偿。

第一批2014年4月入住的35户居民都会安装一个智能的能源监测应用装置，通过这个应用装置接受到来自电网中心调度室的数据处理结果，居民可以通过模拟时钟看到未来12小时内预测的电价，用红色、黄色、绿色来表示电的价格变化。在允许的范围内，用户可以自己通过手机终端提前决定启用哪些设备。在这种情况下，用户可以通过从电网得到的实时信息，来制定更为灵活和复杂的管理策略，而在电网的控制端，也可以根据对用户用电的反馈，提早计划各个不同能源的并网接入程度。

在未来的新电网模式中，这个项目属于一个“新能源+可控负荷+储能”的集合体，从整个电网的技术方面，它能够运用在虚拟发电厂的拓展应用上，可以自主发电、也接受电网调度的统一管理；同时可以当作微电网的组成部分，在一段时间一定区域内自主提供用户所需要的能量。Rosa project通过需求侧管理的反馈来预测和调节新能源在电网中未来的发电比重，同时结合了智能建筑的一些功能，让智能电网和每个家庭的能源消耗联系起来，并使用友好的客户端软件，使用户无需专业知识就可以实现家庭电力的优化操作。在核心的信息处理方面，通过西门子的软件应用处理信息，对未来电价集中整合并评估，让用户提早选择最优的用电方式，同时把个人用电量以及用电习惯即时反馈给电网控制室，作为大数据的一部分，为将来的电力生产和消耗评估提供经验。

这个项目虽然由于一些政策以及电价制定方面的限制，还完全没有达到未来电网的智能化要求，同时受限于规模，也还无法勾勒未来整个电网的模式，但是作为基础，可以为将来更加成熟和智能的电网模式提供经验。在添加了虚拟电厂的应用设想后，可以实现分布式发电的集中调度，以便在电力市场上进行交易，从而减轻调度中心和交易中心的压力，真实提供电力系统调度和交易的未来模式。

所以这个Rosa Project其实就是需求侧将要发生的适用于新型电力系统的变革雏形，从某种角度而言，正是中国在未来十年要在需求侧大力推进的变革方向，它把用户从单纯的用户变成更加复杂的生产消费者、负荷集成商、虚拟电厂运营商等。

以新能源发电占比已经很高的德国为例，在德国电力市场里已经出现了如下几种不完全相同的角色：

专注于收购发电侧电力并将电能制作成不同的产品在电力现货、期货以及场外交易市场交易的批发商。参与电力批发市场的角色中又有细分，譬如发电集团的销售部门和下属营销公司专注于提高电站的销售收入并合理避险，而电厂代理商则希望能从市场的电价变化中投机并获得收益，银行和金融机构作为做市商，起到了最高层级的风险承担作用。

专注于分析用电侧的负荷并管理客户，通过不同的市场手段购买电能并制定终端电价销售给客户的零售商。客户关系和定价是此类售电商的核心。在自由市场中，零售商要对目标客户群体有深入的了解，产品设计与服务都要以客户为导向。

帮助新能源电站销售电力，以绿色电力为营销重点的可再生能源直接上网售电商。该类电力贸易公司既需要管理众多的分布式可再生能源电站，还要通过接入电力现货市场和场外交易市场，保证新能源电力销售渠道的畅通，他们重视利用市场和气象信息并投入大量的精力在预测和数据分析上。与可再生能源相关的业务受政策的影响比较大，但是在发展可再生能源的大环境和新能源电力销售市场化的大趋势下，这类公司也逐渐形成了独有的商业模式。

集合了众多电站、储能及需求侧管理资源并能快速响应市场价格信号的负荷集成商甚至虚拟电厂运营商。该类公司是德国电力市场的后起之秀，却有着巨大的发展潜力。负荷聚合商和虚拟电厂运营商最大的区别就在于是否拥有分布式的离负荷很近的新能源发电设备和储能。

这些角色的发展决定了市场化道路的可实现路径，而他们获利的方式几乎与最早出现的需求响应的公司一样依赖于电力市场内出现的不同价格信号。

以美国为例，有3000多家电力公司，150多家需求侧集成供应商，每个机构都有可能具有自己的DR零售策略，这些典型的价格模型如下：

尖峰电价：在一定的天数或小时内收取高终端电价，目的是阻止用户在较高的电力批发价格（或整体系统供电成本高于正常水平）时用电。这一方法既可以和直接负荷控制方法相结合，也可以单独使用。

高峰时段节电补贴：客户如果相对于设定的基准用电量，在高峰时段减少用电，会换取一定的补贴。

分时电价：电价在每周每日不同时间段按之前设定的时间安排变化，通常以小时（或以上）为时间段，反映不同时间的一般供电成本。

系统峰值响应输电费：是面向高峰时段减少用电需求的用户的优惠政策，这样可以降低输电成本。

实时电价：价格在每小时内（或更短时间间隔内）变动，反映实际的批发电价。

根据不同的价格刺激，售电商和需求侧新角色可以在以下4个方面开展业务：

保值业务：发电公司希望电价高于边际成本并且保持稳定，零售商也希望购电成本能够低于整个销售组合的内部交易价格（即通过所有与终端客户签订的售电合约计算出的销售组合盈利平衡点），期货市场给这类公司提供了长期稳定的电力价格保障，使得他们能够提前锁定电力价格，以便对冲风险。电力批发商是此类金融产品市场的积极参与者。

优化企业资源配置，提高企业受益：发电与售电企业的经营重点在于电站的运行管理和电力产品向终端客户的销售。作为其中的纽带，要能够提供在电力批发市场上的资产组合管理服务。

投机：批发商在多种电力市场中的活动带有一定比例的投机行为，市场价格的变化为这些投机活动带来了风险，但其中也蕴含着收益。

套利：通过在不同市场中以有利的价格买入或卖出同种电力产品，可以使批发商获得低风险甚至是无风险的收益。

综上可以看出，理论上来讲，为了更好地充分利用新能源，新型电力系统对需求侧最大的改变莫过于角色的多样化改造，而这种改造所依赖的途径莫过于构建适应新能源为主的电力市场，以创造更多的商业机会和收益可能。这种新的市场模式与以往的以火电为主的电力市场最大的不同，应当就在于对系统风险和供应瓶颈的理解上。

所以，我们由此对新型电力系统的期待，不应该再停留在对某一类设备或者调度手段的期待，而应该是在于对运营逻辑的切换上。如此，方能令需求侧乐此不疲，居安思危。

本文刊载于《中国电力企业管理》2021年第4期，作者系德国华人新能源协会创始人