提升需求侧协同能力加快构建新型电力系统
清华大学电机系主任、清华大学能源互联网创新研究院院长、清华四川能源互联网研究院院长 康重庆
2024年《政府工作报告》指出，“深入推进能源革命，控制化石能源消费，加快建设新型能源体系”。加快构建新型电力系统成为关键载体和重要举措。当前，高比例新能源的快速发展与新型电力负荷的大量涌入，不断改变电力系统运行边界与运营模式，持续挑战电力系统的运行灵活性，安全保供和供需平衡难度持续增大，源网荷储协同互动的需求愈发显著。近年来，新型电力负荷管理系统、虚拟电厂聚合调控等技术发展迅速，为电力系统的安全保供和清洁消纳提供了关键技术手段。然而，随着极端气候频发、新能源不确定性进一步增加、新型电力负荷随机性凸显，系统调节需求持续增大、应用场景日渐多元、运营复杂性愈发显现，新型电力系统的需求侧协同能力在以下几个方面仍旧暴露出一定的问题：
一是需求侧资源的开发程度不足。
随着可再生能源的快速发展，特别是光伏装机量的不断提升，部分地区调峰最困难的时段已逐渐由夜间低谷时段转移至白天光伏大发时段，造成午间消纳难、晚峰保供难等挑战，提升需求响应能力的需求变得更为迫切。虽然我国已制定各省需求响应能力达到最大用电负荷的3%、部分省份达到5%或以上的目标，但是需求侧资源仍然具有更大的潜力可以挖掘。以工业负荷为例，目前在英国、荷兰等欧洲国家工业负荷的响应能力已超过最大负荷的10%。作为工业大国，我国工业电力消费占比在60%以上，但是其需求响应的灵活性能力开发程度较浅，亟待进一步释放。此外，随着电动汽车、通讯基站、用户侧储能、数据中心等新型负荷的快速发展，开发多元化的需求侧资源对于提升电力系统的调节能力也具有重要意义。
二是虚拟电厂的调控技术不足。
新型电力系统中新能源渗透率不断提高，主、配网的消纳压力持续增大，电力系统平衡面临巨大挑战。主网层面，极端气候频发，高比例新能源渗透下的安全保供风险依然存在，适应紧急调度场景下的需求侧资源快速响应机制尚不完善。同时，新能源的波动性和随机性进一步激发系统调节需求，灵活资源的调节容量逐步攀升、调节类型更加多元，爬坡、惯量、实时备用等新型调节需求愈发显著，例如山东、甘肃等地反调峰特性和爬坡顶峰市场需求突出。其中，虚拟电厂凭借更加灵活的外特性和响应能力，为多元化、多时序的复杂调节需求提供重要技术解决方案。然而，现阶段尚未建立完善的技术标准、市场准入规则及安全管控体系，引导电动汽车、5G基站、换电站、数据中心等多元需求侧资源通过适配不同调节品种、不同交易时序，进行聚合运营与协同控制。配网层面，分布式光伏配置规模不断触及配网容量极限，全国已有近400个县出现低压承载力红区。国家发展改革委、国家能源局印发的《关于新形势下配电网高质量发展的指导意见》提出，到2025年配电网承载力和灵活性显著提升，具备5亿千瓦左右分布式新能源接入能力。因此，需要在配电网区域内实现高度的源荷互动，兼顾配网承载与消纳的虚拟电厂调控技术仍具较大潜力。
三是适应新型主体的市场运营体系不足。
目前新型主体在市场中主要参与需求响应和辅助服务市场。在需求响应方面，国内各地区的需求响应机制以固定价格补贴为主，而且费用部分来源于政府补贴，缺乏成型的价格形成机制与成本疏导模式。虽然部分省份建立了市场化的需求响应交易机制，但仍然存在出清价格较低、参与积极性不高等问题。在辅助服务市场方面，虚拟电厂在调峰辅助服务市场发挥一定作用，以湖北省为例，2024年4月至7月已开展填谷调峰调用近25次，为新能源消纳提供有力支撑；上海、浙江、深圳等地利用电动汽车、换电站、5G基站等优质调节资源，开展了虚拟电厂二次调频辅助服务能力验证，为虚拟电厂常态化参与调频市场奠定基础。然而，需求侧资源参与的辅助服务市场交易体系仍不成熟，难以充分激励多元化的需求侧资源参与电网调节。
国家发展改革委、国家能源局、国家数据局紧密结合国家重大转型需求，为进一步引导全社会践行碳达峰目标，制定了《加快构建新型电力系统行动方案（2024—2027年）》（以下简称《行动方案》）。《行动方案》明确提出需求侧协同能力提升行动，开展典型地区高比例需求侧响应、建设一批虚拟电厂，为加快新型电力系统构建提供重要支撑。《行动方案》的提出既明确了新型能源体系下电力系统转型发展的目标，也提出了能源转型加快建设的关键举措，特别为需求侧资源灵活性的协同发展指明了方向，将为新型电力系统的建设提供有力支撑。
为了进一步做好需求侧协同能力提升建设任务，需着重做好以下工作：
第一，进一步挖掘多类型资源的多时间尺度需求侧协同能力。
在尖峰负荷问题突出或新能源消纳困难的地区，依托新型电力负荷管理系统促进供需协同运营，积极推动工业负荷、空调负荷、用户侧储能及分布式电源、电动汽车、通讯基站、数据中心等多元用户资源参与需求响应。依据需求侧资源在响应容量、响应速率、响应可靠性等方面的差异化调节特性，面向中长期、日前、日内、实时等多时间尺度的调控要求建立需求侧灵活调节资源库，提升系统的需求响应能力与容量，进而实施高比例需求侧响应，提高电力系统的灵活性，通过供需双向高效互动支撑可再生能源消纳与电网安全稳定运行。
第二，健全和完善虚拟电厂技术体系，充分释放需求侧资源灵活性。
鼓励各区域电网根据自身系统调节需求、电源规划成本、社会环境效益、关联产业拉动等多个方面开展虚拟电厂的规划和配置，推动虚拟电厂等新型资源尽早纳入电力系统规划体系。科学认识虚拟电厂的多元化业务场景，健全需求侧资源参与多品种、多时序市场调节的技术标准体系，完善安全运行标准和交易规则，推进虚拟电厂运营管控平台（聚合商平台）和新型电力负荷管理系统与电力系统统一调度体系的衔接机制。另外，坚持需求导向，科学评估各级电网新能源消纳压力及需求侧灵活资源的经济效率，完善面向主、配网新能源承载与消纳的虚拟电厂技术体系，提升虚拟电厂在安全保供和就地消纳中的协同能力，利用市场工具进一步丰富电力系统调节手段。
第三，完善市场和价格机制，充分激发需求侧响应活力。
面向虚拟电厂、负荷聚合商、用户单独参与等多种市场参与方式，建立规范化、标准化的市场准入规则与注册条件，支撑需求侧资源顺利入市。针对电力保供、新能源消纳等不同应用场景，应根据不同类型需求侧资源在调节响应特性上的差异，结合中长期市场、现货市场、辅助服务市场、容量市场等市场的交易特点，面向多时间尺度的电网调控需求设计多样化的市场交易品种，健全需求响应的价格形成机制与成本疏导模式，支撑需求侧资源常态化参与市场交易并获取合理的经济收益，从而充分激发需求侧资源的多元灵活性。
