提升需求側協同能力加快構建新型電力系統

清華大學電機系主任、清華大學能源互聯網創新研究院院長、清華四川能源互聯網研究院院長 康重慶

2024年《政府工作報告》指出，“深入推進能源革命，控制化石能源消費，加快建設新型能源體系”。加快構建新型電力系統成為關鍵載體和重要舉措。當前，高比例新能源的快速發展與新型電力負荷的大量涌入，不斷改變電力系統運行邊界與運營模式，持續挑戰電力系統的運行靈活性，安全保供和供需平衡難度持續增大，源網荷儲協同互動的需求愈發顯著。近年來，新型電力負荷管理系統、虛擬電廠聚合調控等技術發展迅速，為電力系統的安全保供和清潔消納提供了關鍵技術手段。然而，隨著極端氣候頻發、新能源不確定性進一步增加、新型電力負荷隨機性凸顯，系統調節需求持續增大、應用場景日漸多元、運營復雜性愈發顯現，新型電力系統的需求側協同能力在以下幾個方面仍舊暴露出一定的問題：

一是需求側資源的開發程度不足。

隨著可再生能源的快速發展，特別是光伏裝機量的不斷提升，部分地區調峰最困難的時段已逐漸由夜間低谷時段轉移至白天光伏大發時段，造成午間消納難、晚峰保供難等挑戰，提升需求響應能力的需求變得更為迫切。雖然我國已制定各省需求響應能力達到最大用電負荷的3%、部分省份達到5%或以上的目標，但是需求側資源仍然具有更大的潛力可以挖掘。以工業負荷為例，目前在英國、荷蘭等歐洲國家工業負荷的響應能力已超過最大負荷的10%。作為工業大國，我國工業電力消費占比在60%以上，但是其需求響應的靈活性能力開發程度較淺，亟待進一步釋放。此外，隨著電動汽車、通訊基站、用戶側儲能、數據中心等新型負荷的快速發展，開發多元化的需求側資源對于提升電力系統的調節能力也具有重要意義。

二是虛擬電廠的調控技術不足。

新型電力系統中新能源滲透率不斷提高，主、配網的消納壓力持續增大，電力系統平衡面臨巨大挑戰。主網層面，極端氣候頻發，高比例新能源滲透下的安全保供風險依然存在，適應緊急調度場景下的需求側資源快速響應機制尚不完善。同時，新能源的波動性和隨機性進一步激發系統調節需求，靈活資源的調節容量逐步攀升、調節類型更加多元，爬坡、慣量、實時備用等新型調節需求愈發顯著，例如山東、甘肅等地反調峰特性和爬坡頂峰市場需求突出。其中，虛擬電廠憑借更加靈活的外特性和響應能力，為多元化、多時序的復雜調節需求提供重要技術解決方案。然而，現階段尚未建立完善的技術標準、市場準入規則及安全管控體系，引導電動汽車、5G基站、換電站、數據中心等多元需求側資源通過適配不同調節品種、不同交易時序，進行聚合運營與協同控制。配網層面，分布式光伏配置規模不斷觸及配網容量極限，全國已有近400個縣出現低壓承載力紅區。國家發展改革委、國家能源局印發的《關于新形勢下配電網高質量發展的指導意見》提出，到2025年配電網承載力和靈活性顯著提升，具備5億千瓦左右分布式新能源接入能力。因此，需要在配電網區域內實現高度的源荷互動，兼顧配網承載與消納的虛擬電廠調控技術仍具較大潛力。

三是適應新型主體的市場運營體系不足。

目前新型主體在市場中主要參與需求響應和輔助服務市場。在需求響應方面，國內各地區的需求響應機制以固定價格補貼為主，而且費用部分來源于政府補貼，缺乏成型的價格形成機制與成本疏導模式。雖然部分省份建立了市場化的需求響應交易機制，但仍然存在出清價格較低、參與積極性不高等問題。在輔助服務市場方面，虛擬電廠在調峰輔助服務市場發揮一定作用，以湖北省為例，2024年4月至7月已開展填谷調峰調用近25次，為新能源消納提供有力支撐；上海、浙江、深圳等地利用電動汽車、換電站、5G基站等優質調節資源，開展了虛擬電廠二次調頻輔助服務能力驗證，為虛擬電廠常態化參與調頻市場奠定基礎。然而，需求側資源參與的輔助服務市場交易體系仍不成熟，難以充分激勵多元化的需求側資源參與電網調節。

國家發展改革委、國家能源局、國家數據局緊密結合國家重大轉型需求，為進一步引導全社會踐行碳達峰目標，制定了《加快構建新型電力系統行動方案（2024—2027年）》（以下簡稱《行動方案》）。《行動方案》明確提出需求側協同能力提升行動，開展典型地區高比例需求側響應、建設一批虛擬電廠，為加快新型電力系統構建提供重要支撐。《行動方案》的提出既明確了新型能源體系下電力系統轉型發展的目標，也提出了能源轉型加快建設的關鍵舉措，特別為需求側資源靈活性的協同發展指明了方向，將為新型電力系統的建設提供有力支撐。

為了進一步做好需求側協同能力提升建設任務，需著重做好以下工作：

第一，進一步挖掘多類型資源的多時間尺度需求側協同能力。

在尖峰負荷問題突出或新能源消納困難的地區，依托新型電力負荷管理系統促進供需協同運營，積極推動工業負荷、空調負荷、用戶側儲能及分布式電源、電動汽車、通訊基站、數據中心等多元用戶資源參與需求響應。依據需求側資源在響應容量、響應速率、響應可靠性等方面的差異化調節特性，面向中長期、日前、日內、實時等多時間尺度的調控要求建立需求側靈活調節資源庫，提升系統的需求響應能力與容量，進而實施高比例需求側響應，提高電力系統的靈活性，通過供需雙向高效互動支撐可再生能源消納與電網安全穩定運行。

第二，健全和完善虛擬電廠技術體系，充分釋放需求側資源靈活性。

鼓勵各區域電網根據自身系統調節需求、電源規劃成本、社會環境效益、關聯產業拉動等多個方面開展虛擬電廠的規劃和配置，推動虛擬電廠等新型資源盡早納入電力系統規劃體系。科學認識虛擬電廠的多元化業務場景，健全需求側資源參與多品種、多時序市場調節的技術標準體系，完善安全運行標準和交易規則，推進虛擬電廠運營管控平臺（聚合商平臺）和新型電力負荷管理系統與電力系統統一調度體系的銜接機制。另外，堅持需求導向，科學評估各級電網新能源消納壓力及需求側靈活資源的經濟效率，完善面向主、配網新能源承載與消納的虛擬電廠技術體系，提升虛擬電廠在安全保供和就地消納中的協同能力，利用市場工具進一步豐富電力系統調節手段。

第三，完善市場和價格機制，充分激發需求側響應活力。

面向虛擬電廠、負荷聚合商、用戶單獨參與等多種市場參與方式，建立規范化、標準化的市場準入規則與注冊條件，支撐需求側資源順利入市。針對電力保供、新能源消納等不同應用場景，應根據不同類型需求側資源在調節響應特性上的差異，結合中長期市場、現貨市場、輔助服務市場、容量市場等市場的交易特點，面向多時間尺度的電網調控需求設計多樣化的市場交易品種，健全需求響應的價格形成機制與成本疏導模式，支撐需求側資源常態化參與市場交易并獲取合理的經濟收益，從而充分激發需求側資源的多元靈活性。