河南省主要用戶(hù)電力需求側響應削峰潛力評估研究
電力需求側響應是指電力市場(chǎng)價(jià)格明顯升高（降低）或系統安全可靠性存在風(fēng)險時(shí)，電力用戶(hù)根據價(jià)格信號或激勵措施，改變固有用電模式，減少（增加）用電。實(shí)施電力需求側響應可有效增加電力系統用戶(hù)側調節能力，通過(guò)平抑尖峰負荷以減緩電網(wǎng)投資，保障電力系統供需平衡，促進(jìn)電力系統運行效率提升和可再生能源合理消納。
一 河南電網(wǎng)負荷特性基本情況
近年來(lái)，河南電網(wǎng)用電負荷快速增長(cháng)，峰谷差逐年拉大，尖峰負荷持續時(shí)間逐年縮短，單純通過(guò)增加電網(wǎng)、電源投資增供負荷存在投入成本高、效率低等問(wèn)題，實(shí)施電力需求側響應可以引導電力用戶(hù)在用電高峰時(shí)期削減尖峰負荷，可有效增強電力系統用戶(hù)側調節能力，通過(guò)平抑尖峰負荷以減緩電網(wǎng)投資，保障電力系統供需平衡，促進(jìn)電力系統運行效率提升和可再生能源合理消納。
用電負荷快速增長(cháng)。隨著(zhù)全省經(jīng)濟結構調整的逐步深入和居民生活水平的提高，近兩年全省負荷增速重回中高速增長(cháng)軌道，增速為2012年以來(lái)最高水平。2017年省網(wǎng)最大負荷5785萬(wàn)千瓦，同比增長(cháng)577萬(wàn)千瓦，增幅11.08%，全省除三門(mén)峽以外的17個(gè)地區用電負荷均創(chuàng )歷史新高。今后一段時(shí)間，全省電力需求仍將保持剛性增長(cháng)態(tài)勢（見(jiàn)圖1）。
圖1 2010～2017年省網(wǎng)最大用電負荷及增速變化
年最大負荷一般出現在7～8月。河南電網(wǎng)年負荷曲線(xiàn)存在夏季和冬季兩個(gè)高峰，夏季高峰負荷一般出現在7月，冬季高峰負荷一般出現在12月或1月。冬季高峰負荷一般為夏季高峰負荷的75%～90%，2017年為75.7%（見(jiàn)圖2）。
圖2 2010～2017年河南電網(wǎng)年負荷曲線(xiàn)
尖峰負荷持續時(shí)間較短。2017年尖峰負荷（大于等于97%最大負荷）僅持續5個(gè)小時(shí)，較2010年減少了2個(gè)小時(shí)。較低的尖峰負荷持續時(shí)間意味著(zhù)較低的電網(wǎng)設備利用效率和裝機利用小時(shí)，通過(guò)實(shí)施電力需求側響應引導用戶(hù)“錯峰”用電，平抑尖峰負荷過(guò)快增長(cháng)，提高電網(wǎng)設備利用效率，可適當降低電力系統投資強度（見(jiàn)表1）。
表1 2010～2017年河南省大于等于97%最大負荷持續時(shí)間
最大峰谷差率居高不下。2017年河南省網(wǎng)用電負荷最大峰谷差率為38.0%，較2010年上升了7.4個(gè)百分點(diǎn)，占比約40.0%的峰谷差給電力系統調峰能力帶來(lái)困難（見(jiàn)圖3）。
圖3 2010～2017年最大峰谷差與年最大峰谷差率
降溫負荷快速增長(cháng)。近年來(lái)受居民生活水平提高的影響，降溫負荷快速發(fā)展，已經(jīng)成為最大用電負荷的重要構成部分，降溫負荷占統調最大負荷的比重呈現逐年上升趨勢。2017年，受極端高溫天氣影響，省網(wǎng)降溫負荷達到2230萬(wàn)千瓦，占統調最大負荷比重為38.5%，較2010年提高10.4個(gè)百分點(diǎn)。
隨著(zhù)能源轉型和電力系統結構不斷優(yōu)化，隨機性、波動(dòng)性較大的可再生能源快速發(fā)展，電網(wǎng)調峰僅依靠調峰電源已不能滿(mǎn)足需要，不僅需要新增更多靈活性調峰電源，還需要通過(guò)需求側響應構建電力系統用戶(hù)側調節能力，釋放工業(yè)、居民和商業(yè)等用戶(hù)的用電彈性。
二 選擇評估用戶(hù)的基本原則
由于生產(chǎn)工藝和流程的差異，不同用戶(hù)的負荷特性不同，削峰能力也不同。通過(guò)對用戶(hù)削峰潛力的評估，在實(shí)施電力需求側響應時(shí)，可以快速鎖定響應能力強、規模大的用戶(hù)，確保需求響應順利實(shí)施。為快速評估一個(gè)地區的需求響應規模，可遵循以下原則。
1.優(yōu)先評估工業(yè)用戶(hù)
第二產(chǎn)業(yè)用電負荷在全省用電負荷中占比最高，約為40%。由于第二產(chǎn)業(yè)主要由工業(yè)和建筑業(yè)構成，工業(yè)用戶(hù)在負荷構成中占比也較高。以2017年夏季大負荷為例，第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)、城鄉居民生活和廠(chǎng)用及網(wǎng)損的占比為3∶41∶17∶33∶7。工業(yè)用戶(hù)還有一定的調節基礎，在不影響工業(yè)企業(yè)正常生產(chǎn)能力的前提下，具有通過(guò)優(yōu)化生產(chǎn)流程和關(guān)停部分非生產(chǎn)性設備轉移一定負荷的能力。同時(shí)，工業(yè)企業(yè)對價(jià)格敏感度高于其他行業(yè)。在適當的電價(jià)激勵條件下，工業(yè)企業(yè)基于生產(chǎn)成本的考慮，參與電力需求側響應的積極性較高。
2.優(yōu)先評估用電大戶(hù)
不同地區資源稟賦不同，產(chǎn)業(yè)結構也存在一定的差異，用戶(hù)的用電規模也有較大差異。從用電規模大小的角度考慮，對地區內用電量較大的用戶(hù)進(jìn)行削峰潛力評估，可快速掌握一個(gè)地區的整體削峰規模，避免了大范圍調研和低效率評估狀況。
3.評估居民和一般工商業(yè)用戶(hù)
降溫負荷具有“規?？偭看?、短時(shí)響應效果好、用戶(hù)分散”的特點(diǎn)。近年來(lái)降溫負荷快速發(fā)展，降溫負荷主要分布在居民和一般工商業(yè)用戶(hù)中，用戶(hù)規模較小，分布廣泛。研究表明，空調停電半小時(shí)不會(huì )影響人體對溫度變化的感知，卻能較大降低用電負荷。如果能夠合理設計激勵機制，吸引廣泛的居民和一般工商業(yè)用戶(hù)參與，聚沙成塔，定能發(fā)揮巨大的調節效果。
三 主要工業(yè)用戶(hù)削峰潛力評估研究
依據“優(yōu)先工業(yè)用戶(hù)、優(yōu)先用電大戶(hù)”的選擇原則，以《河南省2017～2018年秋冬季工業(yè)企業(yè)錯峰生產(chǎn)實(shí)施方案》中涉及的有色、化工、非金屬等15大行業(yè)、1741家企業(yè)作為研究對象，對2017年河南省主要工業(yè)用戶(hù)電力需求側響應削峰潛力進(jìn)行評估。
（一）實(shí)施月份和響應時(shí)段
電力需求側響應的削峰措施一般選擇在電網(wǎng)尖峰負荷時(shí)段，或供電緊張存在缺口的時(shí)段實(shí)施。2010～2017年河南省年最大負荷均出現在7～8月午高峰（11∶00～14∶00）期間。2017年全省最大負荷出現在7月24日12時(shí)54分，為5785萬(wàn)千瓦。根據歷年尖峰負荷出現時(shí)段，將削峰實(shí)施月份確定為7月，響應時(shí)段確定為11∶00～14∶00（見(jiàn)表2和圖4）。
表2 2010～2017年河南省統調最大負荷及出現時(shí)間
圖4 2017年河南省電網(wǎng)夏季典型日負荷曲線(xiàn)
（二）典型日負荷特性分析與響應潛力評估
選取日負荷率與需求側響應實(shí)施月平均日負荷率最接近且負荷曲線(xiàn)無(wú)異?；兊墓ぷ魅兆鳛榈湫腿??；?017年7月統調負荷數據，選定典型日為2017年7月18日。
對15大行業(yè)典型日負荷特性進(jìn)行分析，計算出典型日行業(yè)i日平均負荷率λi，以及需求側響應時(shí)段的最大負荷Li，max和平均負荷率Γi。根據“誰(shuí)抬峰，誰(shuí)響應”的原則，如果滿(mǎn)足“Γi＞λi”，表明需求側響應時(shí)段的用電負荷水平高于當日的用電平均水平，此時(shí)段負荷構成了當日的峰段負荷，具有削峰參與電力需求側響應的條件。計算該行業(yè)i的需求側響應潛力Ri，Ri=Li，max×（1-Γi）。
對需求側響應時(shí)段最大負荷Li，max前5位行業(yè)進(jìn)行介紹。
1.有色金屬冶煉及壓延加工業(yè)
有色金屬冶煉及壓延加工業(yè)是河南省工業(yè)重要行業(yè)。該行業(yè)的典型日負荷曲線(xiàn)基本為一直線(xiàn)，用電量大，負荷起伏波動(dòng)較小基本無(wú)變化。波動(dòng)主要受生產(chǎn)狀況、銷(xiāo)售狀況等外界因素的影響，生產(chǎn)工藝調節靈活，適宜參與需求側響應（見(jiàn)圖5）。
圖5 2017年有色行業(yè)典型日負荷曲線(xiàn)
該行業(yè)在規定的需求側響應時(shí)段（11：00～14：00）內有明顯抬峰趨勢。其日負荷率λ為0.973，需求響應時(shí)段的平均負荷率Γ為0.987。因為Γ＞λ，所以該行業(yè)考慮參與需求側響應。該行業(yè)在響應時(shí)段（11：00～14：00）內最大負荷為469.82萬(wàn)千瓦，該行業(yè)需求側響應規模為469.82×（1-0.987）=6.11萬(wàn)千瓦。
2.化學(xué)原料及化學(xué)制品制造業(yè)
化學(xué)原料及化學(xué)制品制造業(yè)的典型日負荷曲線(xiàn)波動(dòng)較小，基本為一條直線(xiàn)，負荷上升的趨勢不明顯。
該行業(yè)在規定的需求側響應時(shí)段（11：00～14：00）內有抬峰趨勢（見(jiàn)圖6）。其日負荷率λ為0.968，需求側響應時(shí)段的平均負荷率Γ為0.991。因為Γ＞λ，所以該行業(yè)考慮參與需求側響應。該行業(yè)在響應時(shí)段（11：00～14：00）內最大負荷為234.99萬(wàn)千瓦，該行業(yè)需求側響應規模為234.99×（1-0.991）=2.11萬(wàn)千瓦。
圖6 2017年化工行業(yè)典型日負荷曲線(xiàn)
3.非金屬礦物制品業(yè)
非金屬礦物制品業(yè)的日負荷曲線(xiàn)波動(dòng)較大，在需求側響應時(shí)段出現高峰負荷值，在9：00～10：00和19：00～21：00附近出現兩個(gè)低谷，這也說(shuō)明該行業(yè)生產(chǎn)具有可中斷性，適用于以輪休方式參與階段性錯避峰限電。
圖7 2017年非金屬行業(yè)典型日負荷曲線(xiàn)
該行業(yè)耗能較大，負荷波動(dòng)明顯，在規定的需求側響應時(shí)段（11：00～14：00）有明顯抬峰趨勢（見(jiàn)圖7）。其日負荷率λ為0.893，需求側響應時(shí)段的平均負荷率Γ為0.944。因為Γ＞λ，所以該行業(yè)考慮參與需求側響應。該行業(yè)在響應時(shí)段（11：00～14：00）內最大負荷為168.86萬(wàn)千瓦，該行業(yè)需求側響應規模為168.86×（1-0.944）=9.46萬(wàn)千瓦。
4.黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè)
黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè)的典型日負荷曲線(xiàn)呈振蕩波動(dòng)，并且在需求側響應時(shí)段內負荷呈上升趨勢（見(jiàn)圖8）。
圖8 2017年黑色行業(yè)典型日負荷曲線(xiàn)
該行業(yè)耗能較大，其日負荷率λ為0.897，需求響應時(shí)段的平均負荷率Γ為0.899。因為Γ＞λ，所以該行業(yè)考慮參與需求側響應。該行業(yè)在響應時(shí)段（11：00～14：00）內最大負荷為209.43萬(wàn)千瓦，該行業(yè)需求響應規模為209.43×（1-0.899）=21.15萬(wàn)千瓦。
5.采礦業(yè)
采礦業(yè)的典型日負荷曲線(xiàn)在需求側響應時(shí)段內有明顯抬峰趨勢，且負荷較大，在14：00～15：00時(shí)出現峰值，之后持續保持較高負荷水平，有較大的需求側響應潛力（見(jiàn)圖9）。
圖9 2017年采礦行業(yè)典型日負荷曲線(xiàn)
該行業(yè)在規定的需求側響應時(shí)段（11：00～14：00）有明顯抬峰趨勢。其日負荷率λ為0.89，需求響應時(shí)段的平均負荷率Γ為0.94。因為Γ＞λ，所以該行業(yè)考慮參與需求側響應。該行業(yè)在響應時(shí)段（11：00～14：00）內最大負荷為68.97萬(wàn)千瓦，該行業(yè)需求側響應規模為68.97×（1-0.94）=4.14萬(wàn)千瓦。
其他行業(yè)以此方法，進(jìn)行削峰潛力評估，并按照響應規模Ri降序排列，即可得到參與電力需求側削峰響應的行業(yè)優(yōu)先級排序。在實(shí)施響應邀約階段，可基于削峰目標的大小，按照此優(yōu)先級順序發(fā)送響應邀約，確保實(shí)施迅速可控。
表3 十五大行業(yè)削峰潛力和優(yōu)先級排序
由表3可以看出，通用及專(zhuān)用設備制造業(yè)和醫藥制造業(yè)在需求側響應時(shí)段（11：00～14：00）負荷水平較低，無(wú)參與抬高需求響應時(shí)段（用電高峰）的負荷，此兩個(gè)行業(yè)需求側響應削峰規模為0（見(jiàn)圖10和圖11）。
圖10 2017年通用及專(zhuān)用設備制造行業(yè)典型日負荷曲線(xiàn)
圖11 2017年醫藥制造行業(yè)典型日負荷曲線(xiàn)
綜上所述，全省15大行業(yè)、1741家企業(yè)在需求側響應時(shí)段內最大負荷約為1224萬(wàn)千瓦，總的響應潛力為46.85萬(wàn)千瓦，削峰潛力占最大負荷的3.8%。
四 試點(diǎn)區域非工業(yè)用戶(hù)削峰潛力
目前，全省降溫負荷總量超過(guò)2000萬(wàn)千瓦，降溫負荷具有“規?？偭看?、短時(shí)響應效果好、用戶(hù)分散”的特點(diǎn)。降溫負荷主體多為居民、商場(chǎng)和酒店，居民和一般工商業(yè)可以通過(guò)短時(shí)（最長(cháng)半小時(shí)）停用空調負荷來(lái)參與電力需求側響應，原則上，空調負荷可以短時(shí)間全部停運避峰。由于首次開(kāi)展試點(diǎn)，考慮用戶(hù)參與意愿和實(shí)施可行性，針對鄭州、駐馬店、信陽(yáng)、蘭考四試點(diǎn)地區，試點(diǎn)調研集中在具有大型中央空調的商業(yè)、超市、百貨、酒店和寫(xiě)字樓等十幾家較大型有典型性的用戶(hù)。2018年在試點(diǎn)地區共實(shí)際組織一般工商業(yè)用戶(hù)削峰潛力約5.3萬(wàn)千瓦（見(jiàn)表4）。
表4 四試點(diǎn)地區自愿參與需求側響應的中央空調情況
五 結論與建議
（一）各行業(yè)因生產(chǎn)流程和工藝不同而削峰潛力不同
各行業(yè)因受生產(chǎn)流程和工藝影響，在需求響應時(shí)段內負荷規模和特性存在差異，削峰潛力存在差異。以有色、化工、非金屬等15大行業(yè)、1741家企業(yè)作為樣本，響應能力排名靠前的五個(gè)行業(yè)依次是：黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè)、非金屬礦物制品業(yè)、有色金屬冶煉及壓延加工業(yè)、采礦業(yè)、化學(xué)原料及化學(xué)制品制造業(yè)。2017年1741家企業(yè)電力需求側響應削峰潛力為47萬(wàn)千瓦，削峰潛力為最大負荷的3.8%。
（二）非工業(yè)用戶(hù)降溫負荷削峰潛力總量大且實(shí)施效果好
目前，全省降溫負荷總量超過(guò)2000萬(wàn)千瓦，具有“規?？偭看?、短時(shí)響應效果好、用戶(hù)分散”的特點(diǎn)。降溫負荷主體多為居民、商場(chǎng)和酒店，居民和一般工商業(yè)可以通過(guò)短時(shí)（最長(cháng)半小時(shí)）停用空調負荷來(lái)參與電力需求側響應，空調負荷可以短時(shí)間全部停運避峰。建議進(jìn)一步挖掘非工業(yè)用戶(hù)降溫負荷參與需求側響應的潛力。
（三）需求側響應內涵有待進(jìn)一步拓展
有色、化工、建材、黑色等重點(diǎn)用電行業(yè)既是河南省傳統支柱產(chǎn)業(yè)，也是高耗能行業(yè)。按照國家發(fā)改委頒布的《有序用電管理辦法》，高耗能行業(yè)企業(yè)被列入有序用電重點(diǎn)實(shí)施范圍。為最大限度減少度夏期間執行有序用電措施對重點(diǎn)用電行業(yè)生產(chǎn)影響，建議重點(diǎn)行業(yè)企業(yè)在迎峰度夏高峰時(shí)段（7月15日～8月15日，重點(diǎn)是7月15日～7月31日）主動(dòng)實(shí)施工業(yè)企業(yè)季節性錯避峰。工業(yè)企業(yè)季節性錯峰，就是通過(guò)合理調整大客戶(hù)年度檢修或停產(chǎn)時(shí)間，將大客戶(hù)年度計劃檢修或停產(chǎn)盡可能轉移至夏季（冬季）負荷高峰，削峰填谷，降低最大負荷需求，增強基礎負荷調控能力，最大限度地拉平年度負荷曲線(xiàn)，提高電力資源利用效率，保障廣大居民客戶(hù)可靠用電。建議各行業(yè)企業(yè)合理調整生產(chǎn)及檢修時(shí)間，在基本不影響企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的前提下將年度檢修或停產(chǎn)時(shí)間安排在夏季用電高峰，最大限度降低度夏高峰時(shí)段對企業(yè)生產(chǎn)的影響。
（四）建議盡快出臺需求側響應激勵機制
加快出臺需求側響應激勵機制，進(jìn)一步發(fā)揮工業(yè)用戶(hù)靈活參與需求側響應負荷潛力，釋放居民和一般工商業(yè)負荷的用電彈性，鼓勵并引導電動(dòng)汽車(chē)、儲能等參與電力需求側響應，培育負荷集成商等新興市場(chǎng)主體，推動(dòng)電力需求側響應規?；l(fā)展。建議將工業(yè)企業(yè)季節性錯峰納入電力需求側響應，出臺工業(yè)企業(yè)季節性錯峰電力需求側響應補貼政策，對將年度檢修或停產(chǎn)時(shí)間主動(dòng)轉移至夏季高峰用電時(shí)段且連續時(shí)間在5天以上的工業(yè)企業(yè)實(shí)施補貼等激勵政策。需求側響應激勵機制的形成不僅可實(shí)現各類(lèi)用戶(hù)主動(dòng)參與需求側響應，還可進(jìn)一步促使用戶(hù)深度挖掘參與響應的潛力。