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深度!国内外电力需求响应发展现状及趋势研究

北极星输配电网  来源:供用电杂志    2017/3/17 9:06:07  我要投稿  

北极星输配电网讯:随着智能电网建设的不断推进与电力体制改革的持续发酵,需求侧资源在配合电网削峰填谷、消纳可再生能源等方面的作用正在被重新认识。需求响应(demandresponse,DR)指电力用户针对DR实施机构发布的价格信号或激励机制做出响应,并改变自身用电模式的市场化参与行为。部分国家已经通过立法形式,从战略层面将DR资源与发电侧资源等同对待并进行调用。

DR是在电力市场化机制背景下发展起来的,它的主要作用是通过电网侧与用户侧互动,提高电力系统运行效率,为DR各参与方带来效益。美国最先开展DR技术研究和试点,提出了DR系统通信协议规范OpenADR,并在加拿大、日本、中国台湾等地广泛试点应用。

目前,国内在DR系统开发、试点项目实施过程中,借鉴了OpenADR的有关内容,但更多的是立足国内现状,基于电网企业相关业务应用系统(如负荷管理控制系统、用电信息采集系统等)建设DR平台,通过招募负荷聚合商等对电力用户侧负荷资源进行统一调控。同时,我国的DR机制和项目设计,多数情况下由政府主导,参与用户以工商业用户为主。

DR适应当前电力系统的发展要求,不仅有利于促进电力系统的高效运行,更对整个电力行业发展、节能减排发展以及社会经济发展等方面都有着重要的战略作用。由此可见,DR的研究与实施有着重要的现实意义。近年来,国内外均积极开展了DR的研究与实践,本文介绍了国内外DR研究现状与发展动态,分析了DR发展面临的新形势,展望了未来DR的发展趋势,可为DR的技术和政策研究提供借鉴。

1 国外需求响应研究现状与发展动态

1.1 国外研究现状

1.1.1 美国

美国电力市场环境开放,是世界上实施DR项目最多、种类最齐全的国家,其DR起步早,相关政策法规相对完备,理论研究相对完善,处于世界领先的水平,美国DR的发展历程如图1所示。

美国DR

图1美国DR发展历程

美国劳伦斯伯克利国家实验室从2002年开始研究DR通信协议,并主要承担OpenADR的研究工作,2010年5月,OpenADR成为美国首批16条智能电网“互操作性”标准之一,2011年进行了OpenADR2.0版本的认证和测试;2012年,OpenADR联盟将OpenADR2.0a作为美国的国家标准发布。

霍尼韦尔研究的ADR系统由DR自动化服务器(demandresponseautomationserver,DRAS)驱动,并与用户的能量管理系统相接。系统采用OpenADR通信协议实现DRAS、控制器和能量管理系统(energymanagementsystem,EMS)之间的信息传递,旨在帮助用户改善能效,降低电网在用电高峰时段的负荷。

加利福尼亚能源委员会与加州大学伯克利校区的跨学科研究团队签署合同,开展了DR技术研究。目前在这方面做得比较好的公司有Comverge,Atmel,Ambiant,LOXONE等,其中Comverge是一个智能能源管理解决方案供应商,该公司于2013年2月4日推出了DirectLink系列产品,并凭借此系列产品获得了TMCnet网站颁发的2014年智能电网产品年度大奖。

西门子公司研发的需求响应管理系统(demandresponsemanagementsystem,DRMS),已在北美最大的能源及能源服务提供商之一—DirectEnergy公司上线应用。DRMS将整合DirectEnergy公司每个用户的辅助计量设备,并采集消费数据,通过分析以便更好地决定市场交易的能源量。DRMS能够支撑DirectEnergy公司对供应方合约进行套期保值,或在高需求及供应价格升高时获得最大化收入,来优化以市场为导向的交易。

1.1.2 欧洲

法国在1996年便提出了名为Tempo的需求响应电价项目,此项目将全年分成蓝色日、白色日和红色日3种电价,每天又分峰荷与非峰荷2种电价。

爱尔兰国家能源监管委员会针对家庭用户及中小型企业开展了智能计量系统测试、成本效益分析等DR相关技术研究,其中比较分析了按月计费、双月计费、户内显示、减负荷激励这4类向用户反馈模式的效益。

德国的弗劳恩霍夫研究所(Fraunhofer)开发了双向能源管理界面用于管理家庭能源,旨在实现从能源供应商接收电价信息,并在成本最优化条件下控制可转移负荷的功能。

意大利国家电力公司、意大利电信公司和家电企业开展“Energy@Home”技术研究,旨在通过家电、智能电表和宽带通信的合理联接实现DR用户和电网的双向互动,在提高能效水平的同时,降低电网的高峰负荷。

1.1.3 日本

2012年,经济产业省对DR用例进行调查,最后确认使用OpenADR2.0作为日本自动DR标准基础。2013年开始应用《日本需求响应接口规范1.0》这一过渡性规范。该规范由经济产业省设立的DR行动小组负责起草,适用于电力公司(能源供应商)与电力用户(独立服务提供商和终端消费者)之间通信。日本2014年底实施自动DR实证试验。使用ADR国际标准规格OpenADR2.0,在电力供应紧张时,自动向用户发出节电要求信号(简称DR信号),家庭、企业等用电方自动接收DR信号,用EMS控制用电量,对DR结果自动进行报告。

1.1.4 澳大利亚

澳大利亚于2005年成立了EL-054标准委员会,该标准委员会致力于研究利用DR解决空调负荷过高的问题。2012年,标委会发布AS/NZS4755系列标准,促进了电力用户侧具备规模的能够及时快速响应电网企业需求的家庭电气设备集群的形成,以及灵活需求响应服务市场的建立。AS4755主要包括3部分:AS4755.1主要是需求响应的概念和术语;AS4755.2主要是关于需求响应使能装置,该装置用于在需求方和响应方之间传输有关信息;AS4755.3主要从物理层面、功能层面规定了需求响应实施过程中相关电气设备的信息交互接口实施参与需求响应。

1.2 国外发展应用动态

1.2.1 美国

美国各州DR项目的开展各具特点,加州主要运营负荷参与计划、需求削减计划等项目,纽约州主要利用可中断负荷参与日前现货市场或运行备用市场。美国的DR项目见表1。美国出台了很多DR激励政策见表2。

国外

1.2.2 欧洲

法国的Tempo项目是分时电价的典型成功案例,超过1000万消费者参加了这一项目;2015年创立的KiwiPower公司,利用DR能够为英国电网完成近200MW的电力调配,且持续时间可以长达1h。欧洲有8个区域性电力市场,没有统一的市场规则及技术标准,也没有整体性的DR计划,因此欧洲各国主要依据各自制定的方案和规则开展DR项目,欧洲DR实施情况见表3。

表3

1.2.3 日本

京瓷株式会社、日本IBM株式会社、株式会社东急Community集团等公司,为实现电力供求平衡并构筑电力稳定供给模式,启动了自动需求响应(autodemandresponse,ADR)实证试验。该试验使用ADR国际标准规格OpenADR2.0Profileb,在电力供应紧张时,自动向用户发出节电要求信号,家庭、企业等用电方自动接收DR信号,利用能源管理系统控制用电量,对DR结果自动进行报告。试验地点为京瓷横滨事业所等共计25处,试验一直持续至2015年3月。

目前,在日本大多仍然是由供电方用电话及电子邮件的方式,向用户发出节电请求,难以迅速应对时刻变化的电力供求情况。如果实现自动化,则有利于维持供求稳定。

2 国内需求响应研究现状与发展动态

2.1 国内研究现状

中国电力科学研究院在需求响应领域开展了标准体系、仿真系统、终端和系统研发等工作,建立了国内首个需求响应仿真实验室,已经初步具备用户侧分布式电源并网、工商业及居民负荷集群调控等仿真试验功能,取得了美国OpenADR联盟授予的一致性测试实验室资质,成为继韩国、日本之后中国首家OpenADR一致性测试实验室。清华大学建立了基于成本—效益分析的经济驱动需求响应模型,实现了用户参与需求响应成本效益的精细分析。华北电力大学提出了自动需求响应信息交换接口设计方法,设计了接口的体系架构、层次模型和接口功能。东南大学基于系统动力学方法,建立了需求响应资源综合价值评估模型。

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