化石能源减少及气候变化问题促使各国积极发展新能源电力, 未来新能源电力必将由当前的补充性能源快速发展, 并最终成为能源结构中的重要组成部分。在智能电网宏观背景下, 一方面, 新能源的随机性、不可控性特点, 对电力系统安全运行、可靠供电带来挑战, 另一方面, 需求响应作为一类市场化运作手段, 能够通过鼓励电力用户主动改变自身用电行为, 以克服新能源高渗透带来的不确定性。那么, 如何考虑需求响应克服新能源发电间歇性问题? 哪些需求响应关键问题需要研究? 如何推动需求响应的应用? 成为了社会各界普遍关注的焦点。
1新能源电力系统特点
在智能电网宏观背景下, 新能源与传统能源不同, 其供给受自然环境影响, 具有很强的随机性, 通常难以准确预测。当大规模新能源发电接入后, 上述特性将对电力系统的运行控制带来显著影响。本文“新能源电力系统”主要强调了电网对新能源的利用能力, 它区别于与传统电力系统, 具有以下特征:
(1) 双侧随机性。在传统电力系统中, 规划或运行决策仅主要考虑来自负荷的不确定性。然而, 在新能源电力系统中, 间歇性发电所占比重较高, 因此电力系统在供需双侧都呈现出显著的随机性特征。
(2) 不可控性。电力系统是一个受控设备众多、分布广泛、控制精度要求高、未知扰动多的复杂系统。新能源发电的进入使电力系统总发电单位数量大幅增长, 系统中可调度容量与可调度电力所占比例大幅度降低, 随机扰动性进一步增强, 从而导致系统的可控性降低, 安全风险增大。
(3)整体性。新能源电力系统中, 随着新能源发电比重的上升, 传统电力系统“发输配售用”的功能界限将逐渐趋于模糊。利用可控发电机组和需求响应技术应对新能源发电的随机波动性, 可以形成多能源互补的协同机制, 实现源网荷多元协调, 从而使得整个电力系统成为一个不可分割的整体。
(4)智能性。新能源电力系统的诸多环节, 如新能源发电并网消纳、电动汽车与储能、需求响应等, 都需要建立在先进的网络信息系统、智能控制与管理系统以及大数据处理、云计算等技术的基础上。因此, 整个新能源电力系统表现出很强的智能性特征。
2需求侧资源对新能源电力系统潜在贡献
新能源电力系统中, 需求响应资源既可以作为一类虚拟发电机组与常规电源共同参与调度计划, 同时也能够为系统提供所需要的各种辅助服务, 如调频、旋转备用等。基于不同的调控机制及实现手段, 需求响应对于新能源电力系统运行的贡献作用存在着显著差异。
可以看到, 对于分时电价、实时电价和尖峰电价等价格型需求响应项目而言, 由于相关控制信号大多以“小时级”作为控制周期, 负荷无法及时根据新能源的出力情况做出响应, 因此对于解决因新能源发电短时剧烈波动造成的并网难问题的帮助不大。因此, 在实际应用中, 希望单纯借助价格型需求响应来保障新能源电力系统的安全、经济、高效运行, 往往是十分困难的。
相比价格型需求响应, 基于合同的激励型需求响应则在促进新能源发电大规模并网和高效运行方面显露出更大潜力。主要原因是, 激励型需求响应属于一种直接控制方式, 通过直接管理负荷的用电活动使其能够快速、可靠、精确地响应系统信号, 追踪并匹配新能源出力。对我国而言, 近年来国家发改委经济运行局组织全国开展有序用电工作, 为未来实施基于经济激励的需求响应创造了良好条件, 因此激励型需求响应相对更易实施。