电力市场中需求响应市场与需求响应项目研究

第34卷第5期电网技术Vol.34No.52010年5月PowerSystemTechnologyMay2010文章编号：1000-3673（2010）05-0146-08中图分类号：F407.2文献标志码：A学科代码：790·625电力市场中需求响应市场与需求响应项目研究赵鸿图1，朱治中2，于尔铿3（1．河南理工大学计算机科学与技术学院，河南省焦作市454000；2．埃森哲公司，北京市朝阳区100020；3．中国电力科学研究院，北京市海淀区100192）StudyonDemandResponseMarketsandProgramsinElectricityMarketsZHAOHong-tu1,ZHUZhi-zhong2,YUEr-keng3(1.SchoolofComputerScienceandTechnology,HenanPolytechnicUniversity,Jiaozuo454000,HenanProvince,China;2.AccentureCompany,ChaoyangDistrict,Beijing100020,China;3.ChinaElectricPowerResearchInstitute,HaidianDistrict,Beijing100192,China)ABSTRACT:Theeffectivewaytoimplementdemandresponseisthedemandresponsemarketsanddemandresponseprograms,andthedriveisdemandresponsebenefits.Designprinciplesofdemandresponsemarketsandmaincomponentsofdemandresponseprogramsareputforward.Typesofdemandresponsemarketsanddemandresponseprogramsaredivided,andtimescalesofthemareexplored,theessenceofdemandresponseisexpoundedandtheactionsofdemandresponseinimprovinggridreliability,loweringgridcost,increasingmarketefficiency,enhancingtheabilityofriskmanagement,improvingenvironmentalquality,elevatingservicelevelandrelievingmarketpowerareanalyzed.TheconditionsofimplementingdemandresponseinPJMmarketaredescribedindetail.SomesuggestionsandassumptionsfortheconstructionofdemandresponsemarketsanddemandresponseprogramsinChinaareproposed.KEYWORDS:demandresponsemarkets;demandresponseprograms;demandresponsebenefits;electricitymarket摘要：需求响应市场与需求响应项目是实施需求响应的有效运作方式，需求响应收益是实施需求响应的动因。提出了需求响应市场的设计原则与需求响应项目的构成要素，划分了需求响应市场与需求响应项目的类型，探讨了需求响应市场与项目的时间跨度关系，阐述了需求响应的本质，分析了需求响应在增强电网可靠性、降低电网成本、提高市场效率、增强风险管理能力、改善环境质量、提升服务水平与缓解市场力等方面的作用，详细论述了PJM实施需求响应的情况。对我国需求响应市场与需求响应项目的建设提出了建议与设想。关键词：需求响应市场；需求响应项目；需求响应收益；电力市场0引言社会发展主要靠科学技术的发展和能源的有效利用。能源紧缺促使人们节约能源，并提高能源利用率。作为一种基础能源，电能具有鲜明的特点，即不能经济地大量储存，必须维持供需之间的时时平衡，因此需要对其进行主动管理和严格的运行调节，并提供足够的备用容量，以满足峰荷需求。备用容量的存在降低了设备利用率，且在峰荷时，发输电成本较高、市场电价波动较大、系统安全可靠性较低、所造成的空气、水和土壤等环境污染也更加严重。在探求减少电力系统的外部性、提高电能效率的过程中，人们逐步认识到可以对需求侧用电进行优化管理。20世纪70年代，美国把电力需求侧管理(demandsidemanagement，DSM)技术引入电力能源规划中。当发现电力需求具有一定的价格弹性时，20世纪90年代又把需求响应(demandresponse，DR)技术引入电力市场中，以便利用经济手段与激励措施优化需求侧用电模式。2005年，美国在能源政策法案2005(EnergyPoliciesActof2005)[1]中对需求响应的实时计量和通信技术基础设施建设、实时费率设计、需求响应收益的量化、对待需求侧资源与供应侧资源的方式等进行了规定，极大地推动了美国需求响应市场的建设。2006年2月，美国能源部在提交给国会的一份报告[2]中，把需求响应定义为在竞争电力市场中，用户为响应高电价或系统可靠性受到威胁时的经济激励而做出的电力消费形式的变化。此定义明确第34卷第5期电网技术147了需求响应的2种基本形式：基于价格的需求响应(price-baseddemandresponse)与基于激励的需求响应(incentive-baseddemandresponse)。基于价格的需求响应是指用户为响应电价变化而做出的避峰就谷等用电行为，这一般是用户为了节约电费或者换取经济补偿而实施的用电变化行为；基于激励的需求响应是指用户愿意以中断电力使用换取经济激励的行为，这一般是系统运行者为了维持系统可靠性而实施的中断供电行为。实现需求响应的方式有削减负荷、转移负荷或者使用电力替代物等。按用户资源特点与系统需要建立需求响应市场为需求响应资源的交易提供场所，设计需求响应方案，吸纳需求响应资源，建造必要的基础设施，促成动态零售定价，并自动化用户的响应是实施需求响应的必要条件。本文重点探讨需求响应市场的设计原则与类型、需求响应项目的类型及其构成要素以及需求响应的收益，对PJM实施需求响应的情况进行分析，给出建设中国需求响应市场与需求响应项目的建议与设想。1需求响应市场1.1需求响应市场的设计原则需求响应市场是实施需求响应的场所，它为需求响应资源提供了与发电侧资源一起公平竞争的平台和规则，为终端用户削减负荷的价值实现提供了机会，促使用户和系统运行者对需求响应资源进行合理规划与有效利用。文献[3]指出电力市场的基本原则是公平竞争、自愿互利。需求响应市场的设计原则是在此基础上针对需求响应资源特性、为保证需求响应市场设计目的的实现而制定的，主要包括4点：1）公平、公正、公开与合理的竞争环境。规则要能促进市场相互融合，允许服务提供者更快、更有效地进入市场，扩大用户参与程度，促进需求侧内部、供应侧内部以及供需双方之间的公平竞争，同时又要兼顾无需求响应能力的用户利益，公平合理地享有电力资源所带来的福利。2）需求响应市场要针对用户的响应特性细分类型，尽可能地吸纳市场参与者，以聚集足够有效的需求侧资源。来自大量小用户的负荷削减将会比来自少量大用户完成同样的削减更持久。这是因为低水平负荷转移与削减对用户的影响小，用户就会自愿地节能节电。3）电价机制要突出资源的等级价值、时空价值等，并能够削除交叉补贴、防止垄断、促进竞争，从而驱动电力资源优化配置。4）制定合理的需求响应性能认定规则，公平计算用户的响应绩效，及时支付用户应得收益，以维持和发展需求响应资源的持续可用性与市场竞争力。1.2需求响应市场类型细分市场类型是根据用户的特点和现有的条件对市场分类，以突出差异面向用户，充分利用需求侧资源。按照不同的分类标准，需求响应市场有不同的类型。文献[4]对需求侧可参与的批发市场、零售市场、安全服务市场、网络可靠性市场等进行了分析。需求响应市场细分类型如表1所示。表1需求响应市场的类型Tab.1Typesofdemandresponsemarkets分类标准需求响应市场功能描述批发市场大用户直接或小用户通过负荷集中商把需求侧资源直接卖给电网公司或在批发市场上竞价，这是电力市场的核心。市场构成要素零售市场零售用户的需求侧资源在零售市场中卖给负荷集中商或需求响应服务商。日前或实时能量市场供应者提交每小时的能量报价，这些资源需要实时满足电力安全要求。调节服务具有自动发电或断电控制的运行设备能按系统要求快速改变出力或用电以满足电力控制性能标准。10min旋转备用在线同步发电机，能够立即增加输出并在15min内达到全额输出，或负荷在规定时间内削减，以符合电力扰动控制标准。10min非旋转备用或补充备用与旋转备用相同，但不需立即响应，因此设备能够离线，但是仍然必须在所要求的时间内达到全额输出或响应。能量市场辅助服务市场30min非旋转备用或替换备用与补充备用同，但响应时间是30~60min，用于把旋转备用和补充备用恢复到事故前的状态。服务性质容量市场机组或需求侧资源提交每h的容量报价，当调用时应有效。中长期合约、期货、期权市场需求响应资源进行中长期交易，提前稳定电力供应与需求，锁定电价规避风险。合约交易期限短期现货市场(日前与实时市场)需求响应资源用于平衡天气、市场状态等引起的用电量变化。1.3PJM的需求响应市场美国各州的需求响应市场是在其原电力市场的基础上发展起来的，它们可以与原电力市场一起运行，也可以单独运行。PJM需求响应市场发展比148赵鸿图等：电力市场中需求响应市场与需求响应项目研究Vol.34No.5较完善，已形成了比较完善的需求响应市场体系。PJM电力批发市场已嵌入以下需求响应市场类型[5]：需求响应能量市场(demandresponseenergymarket)、需求响应容量市场(demandresponsecapacitymarket)、需求响应日前计划备用市场(demandresponseday-aheadschedulingreservemarket)、需求响应同步备用市场(demandresponsesynchronizedreservemarket)、需求响应调节市场(demandresponseregulationmarket)。合格的市场参与者是削减服务提供商(curtailmentserviceproviders，CSPs)或负荷服务实体(load-servingentities，LSEs)。CSPs或LSEs要做以下事情：集中零售用户的需求响应资源，在PJM注册这些资源，提交需求削减信息给PJM认证，接收PJM给予的补偿，按照协议给零售用户分配补偿份额。在需求响应能量市场，PJM经济负荷响应项目允许需求侧资源自愿响应节点边际价格(locationalmarginalprices，LMPs)。依靠日前选择，CSPs可以在实时运行前提交当节点边际价格达到某一经济敏感水平时能够削减的负荷，并可因此获得基于日前LMPs的补偿。在需求响应容量市场，需求响应提供者能够以期货可靠性定价模型(reliabilitypricingmodel，RPM)方式拍卖其负荷削减量，在交付年提供所出清的需求响应量或在交付年开始前的3个月作为完全紧急负荷响应(fullemergencyloadresponse)资源使用，并因此得到按容量出清价格计算的补偿。在需求响应日前计划备用市场，PJM运行人员要能够调度足够的发电或需求侧资源，以便在第2d应付突发系统状况，确保系统可靠性。在需求响应同步备用市场，根据短期通知削减电能，需求侧资源可以与发电机组同等竞价，并提供同步备用服务，同步备用市场每h出清1次，被出清的资源用来满足整个