1.需求侧响应的定义

需求侧响应(Demand Response, DR)的是美国在电力市场改革以后，针对需求侧管理(Demand Side Management, DSM)如何在竞争市场中充分发挥作用提高电网可靠性和系统运行效率而提出的理念。

需求侧管理又称负荷侧管理，是国际上推行的综合资源规划方法的一项主要内容。需求侧管理是指通过、电力企业和用户的共同努力。采取有效的激励机制和适宜的运作方式，优化用户的电力使用状况或方式，提高终端用电效率，降低高峰负荷和节约电量，实现最低成本的电力服务，使电力企业和用户双方都能获益的方法。需求侧管理是一项旨在以激励为主要手段，引导和刺激广大电力用户优化用电方式、提高终端用电效率、实现电能节约的节电管理系统工程。

需求侧响应也可称为负荷或峰值转移，但更加准确的定义是指通过激励策略实现负荷转移，它为传统的基于发电侧的电力运营提供了另一种解决方案。需求侧响应能够为电力运营商提供更加灵活和自然分布的资源，从而减少为满足峰值负荷容量而必需的投资。同时，需求侧响应通过用户激励措施，引导电力用户智能用电，从而实现节能高效。并且，需求侧响应能够提高电网安全性和稳定性，提高电能质量。

从广义上来讲，需求侧响应是指电力市场中的用户针对市场价格信号或激励机制作出响应，并改变常规电力消费模式的市场参与行为。从不同的角度来看，需求侧响应可以有不同的定义，如从资源的角度看，需求侧响应可以作为一种资源，是指减少的高峰负荷或装机容量。从能力的角度看，需求侧响应能够提高电网运行可靠性，增强电网应急能力。从行为的角度看，需求侧响应是指用户参与负荷管理，调整用电行为方式。

2.微电网的需求侧响应技术

作为新型的智能化电能服务网络，微电网通过创建开放的信息系统和共享的信息模式，可以高效整合微电网系统中的数据，优化电力基础设施的运行和管理，促进与用户的互动。由于微电网系统整合了高级的信息、控制及通信技术来动态管理电网供需，因而它能为各类需求侧响应方案的成功实施提供强有力的技术支持，并将促使需求侧响应 的发展提升到新的层次。微电网与传统电网的一个重要不同点就是微电网尤其强调与用户的互动，包括信息互动与电能互动，而互动性主要是通过部署各类需求侧响应方案来实现的。

在信息互动方面，主要体现在供需之间的信息交互。需求侧响应实施单位可以及时收集、统计与分析用户的需求，并在电网运行中动态整合用户信息，以增强系统的安全、可靠与经济运行能力。用户也可以及时了解电网的实时动态，并在参与需求响应项目时安排合理的用电方案和响应策略，以更好地管理、优化、节约,监控和理解电能使用。

在电能互动方面，主要体现在供需双向互动供电。在传统电网中,供需双方的界定和划分是以用户计费电表为界限:计费电表以上为供应侧，计费电表以下为需求侧，即用户计费电表就是供应侧的终点与需求侧的起点。而在智能电网中，借助于具有双向计量与通信功能的高级计量系统，用户也可以向电网供电(如参与分布式发电项目的用户在系统高峰期向电网供电)，这也打破了传统的电能供需双方划分方式。

微电网建设过程中，会涉及到如下一些基础系统建设，如高级量测基础设( advanced metering infrastructure ，AMI)、配电运行系统、资产管理系统等。在这些系统中，信息技术在支持需求侧响应和促进微电网与用户的互动方面起着最为关键的作用。通过信息技术建设，可以改进的客户服务、停电管理、窃电监测、远程连接/ 断开用户、电能质量管理、负荷预测、远程改变计量参数、远程升级仪表固件、支持各类需求侧响应项目、与水表或天然气表接口、预付电费购电、电价高峰/紧急事件的通知。可以看出，微电网环境下的需求侧响应建设的主要技术手段是通过信息化建设实现的,以AMI 为核心的信息化体系构成了需求侧响应相关的智能微电网的主要部分。

微电网技术与需求侧响应项目是协调推进、相辅相成的，二者的协作可以产生多方面效益并有利于促进多方共赢。

激励用户主动参与需求侧响应项目项目。微电网环境下，运营商将用户设备和行为融入到电网的设计、运行与通信中,因而能有效提高用户参与DR 项目的积极性以及参与过程中的决策能力。针对各类需求侧响应项目，用户能更直观地理解实时电价等需求侧响应项目的理念,并根据自身用电特性与风险喜好来作出最合适的选择。智能电表与双向通信系统让用户能及时了解实时的系统电价、系统负荷与自身负荷等信息，用户也可以利用相关的决策支持系统来制定各个时段的合理用电计划和响应策略，以管理和优化用电成本。参与部分需求侧响应项目的用户需要对电价变化作出快速响应，而具有自动响应功能的AMI可以让用户不必去频繁地观察电价变化或者手动用电调整，这可以给用户带来极大的便利。改进的客户服务则让用户能更准确地了解参与需求侧响应项目的收益。另外，需求侧响应项目的推广还可以鼓励用户通过投资高能效（energy efficiency） 的用电装置来提高用电效率和节省用电成本。

优化需求侧响应项目管理与微电网运行。需求侧响应实施机构可以利用广泛、无缝、实时的智能电网技术，对需求侧响应项目进行智能化管理,并对电网运行情况进行智能监控与诊断。结合先进的计量与通信技术，需求侧响应实施机构可以进行远程用户管理（如及时准确地获取各用户的实时用电与电费信息），以节约人力成本和提高工作效率;通过结合先进的分析技术、控制策略，可以在系统出现电价高峰/ 紧急情况之前进行预警，向参与用户的智能设备发送需求响应项目指令（如调整参与项目的用户的智能恒温器温度设定值）。实时诊断技术可以对用户的用电设备与电网重要元件进行动态监视和诊断，并对紧急情况作出快速响应，以有效改善停电管理流程和提升需求侧响应项目的客户服务水平。通过将需求侧响应资源引入到能量市场、容量市场以及辅助服务市场，需求侧响应实施机构可以灵活运用多元化的资源选择来优化电网运行，并分别从可靠性、环境友好、运行效率与经济性等方面来提升电网性能。集成了先进传感与量测技术的智能电表也可以提高资产管理效率，比如提供更充裕的电能、改进负荷率和降低系统损耗。

促进电力市场的发展。借助微电网先进的市场分析工具与智能调度系统，需求侧响应项目可以在不同时间尺度上（从年度系统规划到实时市场调度）协调市场定价与系统调度管理。通过在供给侧增加发电途径、在用户侧结合需求侧响应资源、分布式发电(distributed generation ,DG) 与储能装置，可以将供需两侧的各类资源充分引入到综合资源规划中，有利于推迟发电、输电、配电等基础设施的升级和实现电力资源优化配置，并降低系统运行对环境的影响。开放的市场准入机制和市场参与者选择权的放开将为各市场参与者提供更多的选择与获益机会，并将极大地促进竞争性电力批发/零售市场的发展和形成公平合理的市场电价。通过建立包含供电服务商和用电服务商的次级电力市场，可以孕育新的交易产品与服务。

兼容各类发电方式与新技术。风能、太阳能等可再生能源具有随机性与间歇性特点,随着可再生能源发电( renewable energy generation，REG) 的大规模部署，系统的安全稳定运行将面临严峻挑战。为了提分布式能源的利用率并使其能更安全可靠地接入电网，可以利用其他发电资源或储能装置配合分布式能源的运行(如风水互补系统) 。由于需求侧响应资源可以灵活部署和迅速替代发电资源，因而基于微电网中先进的传感与控制技术，利用需求侧响应来配合新能源发电运行以降低分布式能源的波动性是在技术上与经济上都极佳的解决方案。智能电网采用“即插即用”的简化互联方式，不仅可以与各类发电方式和储能装置实现无缝衔接，还可以支持多种新技术应用的接入。用户在参与需求侧响应项目时,也可以更容易地决定投资和安装何种分布式发电设备(如屋顶太阳能光伏发电、小型冷热电联产系统) 或储能装置(如插件式混合动力电动汽车( PHEV) ) ，并根据实时电价信息来决定何时启动或关闭这些设施(如在电价较高时断开电网供电并启动分布式发电设备、在电价较低时将PHEV 接入电网充电) ，以充分发挥各类需求侧资源在削峰填谷方面的积极作用。另外，通过调用本地资源也可以有效提高能源性与安全性。智能电网还能促进电力供需的双向互动供电，用户在安装智能电表后，可以向电网出售电能、储能装置等的富余电力。

3.国内外需求侧响应的实践

3.1.美国电力需求侧响应实践

数据显示，1993 年美国用于需求侧响应的费用达27.4 亿美元，占全美公共电力事业收入的1 % 。1995 年后，美同电力工业开始改革和重组，需求侧响应工作一度受到影响。为继续推动需求侧响应的发展，一些州建立了系统效益收费制度，通过在电价中加收1 % ～ 3 % 的费用， 专门用于需求侧响应工作。目前美国已有18 个州实施了系统效益收费制度。例如：加利福尼亚州系统效益收费占电费收入的2% ～ 3% ，每年用于节电工作的投资约2. 1 8 亿美元。蒙大拿州系统效益收费占2.4% ，缅因州占2% ，俄勒冈州占3 % ， 马萨诸塞州则高达3.7 % 。需求侧响应项目开展以来，取得了曰： 大的经济效益和社会效益。据统计， 2000 年美同共有962个电力公司参与需求侧响应项目实施．涉及1300多项需求侧响应计划， 参与用户达2000 万个以上， 削减高峰用电负荷0.4 % 至1.4 % 、相当于负荷增长率的20 % 至40 % 。

2009 年， 美国电力科学研究院（ EPRI ）开展了一项关于能源效率与需求响应潜力的研究。根据该项研究， 2008 年全年美同电力消耗为37 170亿kWh ，预计到2020 年，美同全年电力消费将增长26% ，达到46960 亿kWh 。美国能源消耗中，工业能耗占33% ，其中前4000 家用能大户消耗的能源占工业总能耗47% 。美国能源消耗分布情况目前，美国约有30 个州对需求侧响应的投入较多，另外20 个州投入较少。实施需求侧响应的平均成本是0.03 美元／kWh，相当于新建电厂成本的1/3 ～ 1/2 ， 成本效益很可观。2006 年全美需求侧响应总投资达到22 亿美元，其中有5 个州（加利福尼亚州、康涅狄格外｜、马萨诸塞州、新泽西州和纽约州）每年能效项目的投资超过1 亿美元。

美国的需求侧响应工作主要有以下几类：

∙针对大型能耗企业提供技术咨询和技术服务。

∙推广节能建筑，建设智能节能社区，试点智能家居。

∙推广蓄冷（热）设备，或免费为安装高效节能用电设备，控制和转移用电负荷。

∙节能信息宣传，通过广播、电视、报纸，或随电费账单向用户传递节能信息，提高用户节能意识。

∙实行灵活的价格，设置可中断电价，引导用户优化用电方式。

∙为需求侧响应项目提供贷款或给予补贴。

在美国，用户需求管理/响应工作已经形成了完整的产业链，从规划、设计、设备到实施、服务、验证、评估与跟踪等各环节都有成熟的模式，并由专业队伍执行，培养潜在的专业人才。电力供应商、用电服务商以及社区管理者，多方参与，推动新的商业模式和服务理念。

例如，位于德克萨斯州的Austin Energy公司， 和IBM 公司合作，共同建设开发了一套智能家庭能量管理平台。此项目旨在优化居民家居能耗，提供家庭用能服务，减少碳排量。该平台利用IBM 先进的IT技术，使得用户可以直观参与到节能服务中，提高用户节能理念。用户可以查看实时电价，制定家庭的用能策略；还可以通过能源网关控制家庭用能设备，远程管理和监控关键的内部功能,如温度、灯光、空气质量、能耗使用等；网关还可以实时接收电力服务商的信息或根据制定的策略对家庭用能进行控制；并可以随时参看历史用能记录，访问社区用能网站，发布用能理念。智能家庭能量解决方案使得居民用电得到更好的监控和管理，允许用电服务商为用户提供了更广泛的增值服务。

3.2.欧洲电力需求侧响应实践

欧洲自20世纪70年代开始研究推广了电力需求侧管理，采取法律和经济激励等手段，实施节约用电和削峰填谷措施，在减少和减缓电力建设投资、改善电网运行的经济性和可靠性、控制电价上升幅度、减少电力用户电费开支、降低能源消耗、改善环境质量等方面取得了显著成效。目前需求管理已成为欧盟国家先进的能源管理活动和可持续发展战略的重要手段，在英国、法国、德国、瑞典等欧洲国家得到了成功实施，并越来越受到关注。法国通过应用电力负荷监控等需求管理措施，日负荷率由73%提高到85%左右，相应减少发电容量 1900万kW。英国筹集1.65亿英镑，投资到500多个提高能效的项目中，实现节能68亿kWh，相当于200万个家庭的年用电量。

欧洲还积极建设需求响应机制，该机制将需求方资源等同于供应侧资源，通过价格机制改变用户用电模式，用户积极响应价格信号，主动参与需求响应项目。任何具有灵活用电需求的用户 都可以参与需求侧响应；在需求侧响应中，用户要安装专门的控制器和监视器来确认并接受需求侧响应；电力公司通过减免用户电费或提供资金支持的方式鼓励用户 参与需求侧响应。在计算负荷削减对电力市场参与者的效益时，一般采取如下办法：建立多方结算系统，计算负荷削减对电力市场各方的效益；对于具有可控负荷 （电热水、空调）的用户，需要取得他们的负荷特性；把负荷削减和可调度负荷作为辅助服务，由系统运营商购买；建立规范的负荷控制协议，参与者可以直接 在市场上进行负荷交易。目前，丹麦电力市场已经建立这种机制。

欧洲国家主要通过以下多个手段实现需求侧响应目标：

∙出台相应法规通过制定能源法、能源税法等，明确规定、行业管理部门、中介及研究机构、电力用户在能效管理和需求侧管理中的作用、权利和义务。

∙制订能效行动计划，能效目标按照多个维度进行分解，如按结构调整、改变习惯、能效投资、新技术应用等项目应用情况进行分解，等等。

∙提供能效项目的补贴和贷款，使国家能源与财政税收及节能机制相结合。建设能效电厂，能效电厂是指通过实施一揽子节电改造计划，减少电力用户的电力消耗并提高能源使用效率，从而达到与新建电厂相同目的的虚拟电厂。

∙建立能源服务竞争机制，多家能源服务商参与竞争，为用户提供最合算的能源服务。

∙大力推广开发新技术，技术进步是提高能效的基础，节能潜力的挖掘也是建立在能效技术开发之上的。新技术、新产品，极大地推进了节能产品的更新周期和市场化步伐。

∙大力发展建筑节能，针对建筑运行管理，实行严格建筑节能监管，提供建筑节能信息服务。

∙热电联产及其他可再生能源，欧盟国家相当重视开发利用水能、太阳能、风能、生物质能、海洋能及地热等可再生能源，以此作为减排温室气体的有效途径，同时积极研究和推广热电 联产技术。

意大利ENEL 公司与IBM公司合作的智能读表项目，从2002 年到2005 年期间共投资21 亿欧元, 已安装3000 万个智能电表, 通过电力载波通信, 每年在电力高峰运行时段具有3GW的高峰负荷削减能力, 相当于电网负荷的5%, 大大提高了电网运行的可靠性、经济性。该项目年节约电网运行费用4 亿欧元~ 5 亿欧元，成本回收期为4 年。

欧盟提出的ADDRESS 项目是一个历时4 年( 2008 - 2012) 的大型研发项目, 其目标是有效地为广大电力用户( 从大工商业用户到小的家庭用户) 提供参与实时电价响应的手段, 充分利用需求侧资源为欧洲电网、电力市场提供高效、灵活、可靠和高质量的解决方案。

3.3.中国需求侧响应的实践

中国在电力需求侧管理方面的研究迄今有二十年的发展，在加强电力需求侧响应方面已经迈出实质性步伐。继1992年引进需求侧管理概念以来，相继在北京、江苏、广东和辽宁等地取得了一系列成效。

1998年在江苏成立了国家电网公司电力需求侧指导中心，对工业或商业用电等大电能消耗的用户采取分时供电、分时计价的方式，从而实现电力负荷削峰填谷的作用，保障大发电机组处于高效经济的运行工况。2002年《电力需求侧管理办法》在江苏出台，在管理性方面起到优化作用，对于用户积极参与的优化电能结构、完善供配电方式、提高终端用电效率等电力需求侧管理提出性办法。

尤其是在国家电网公司提出建设坚强智能电网建设目标之后，在智能电网建设推进这一新形势、新背景、新目标下看待电力需求侧响应，具有十分重要的现实意义，对于电力需求侧理论在实践中的运用研究，具有积极的探索意义。建立智能电力需求侧响应系统需要、电网公司以及用户积极参与，保证电网建设功能需求与电能用户间有较好的信息交互、实施分时电价，通过相关监测系统对用户用电信息进行全面监控预测，达到合理分配、节能降耗的目的。

目前我国建设需求侧管理的内容和指导思想主要集中于制定，技术研发和宣传推广等几个方面。

∙法规制定，和电网公司加快推出智能电网体系下需求侧响应的法规，保障需求管理、需求响应的顺利推广。

∙科学合理电价体系，按照尖、峰、平、谷四时段形成供电能用户选择的综合性电价。并根据季节性负荷要求，制定节能降耗的电价奖励措施。

∙积极开发新技术新手段，从技术手段上加强用电监管、节能服务以及智能用电的实施。提高智能电网水平，运用先进的信息技术、通讯、传感器技术全面提升需求侧响应方式。

∙电网公司积极加强与用户的实时互动，开展节能用电宣传，提高社会参与度。

4.延庆新能源微电网需求侧响应建设思路

根据《北京市延庆县新能源微电网规划研究》内容，延庆新能源微电网将建设总量3000MW新能源微电网基地。其中，光伏发电1400MW，风力发电600MW，燃气热电联供1000MW，储能电站150MW*4H。并且建设分层分布式新能源微电网，403个分布式新能源微电网，20个中级微电网乡镇级，3个区域新能源微电网，1个县级新能源微电网调度中心，2个新能源集中外送通道。综上可见，延庆新能源微电网将会是一个新能源构成复杂，规模体量较大的智能电网系统。

传统电力系统中的需求侧集成措施主要目的在于将负荷需求曲线平滑化、尽量减少启停大型火力发电设备的频率，因此其表现形式可大致归纳为削峰和填谷这两类。然而在一个微网中，可控的分布式发电设备在调度时面临的需求曲线并不只取决于本地的负荷水平，而是由负荷与间歇式可再生能源的需求/供给净差值决定。

因此微网中的需求侧响应应用方案与传统的“峰”、“谷”两段式响应相比，在每天的运营周期中具有更高的不确定性、并对负荷与可再生能源的预测精确度有更高的依赖性。举例来说：一个传统的需求侧响应方案会告诉某一消费者他在晚12点而不是下午6点使用洗衣机会省下一笔电费，而该用户在某微网中所得到的需求侧响应方案会告诉他今天上午2点洗衣服最便宜而明天下午2点洗衣服最便宜（由于新能源发电的不确定性）。很明显，微网所提出的需求侧措施对普通市民而言更难以理解和操作，因此往往需要先进IT手段支撑的智能控制系统来实现其功能。因此我们提出，延庆新能源微网中需求侧响应方案的一个基本要求是全面的智能表计和智能控制系统在家庭、工商业、和农业负荷内的广泛使用。

4.1.需求侧响应运营策略建议

从微电网运营策略角度出发，延庆微电网需求侧响应建设可根据目标负荷的重要程度，将微网内需求侧响应的负荷对象可以分为两类。

可推延负载，一般指一个在一天内可灵活进行时间安排的任务（即投切后其能量需求要在同一天内更晚的时间得以满足）。典型的应用包括水泵、电热水炉等设备。

可中断负荷，一般指重要性相对不高或常年存在的恒定负载，因此可以在紧急情况下减少/供应其功率或直接切断其电力供应。典型的应用包括备用设备 （没有近期使用计划）和日间照明等。

微电网中的可推延/可中断负载的可以通过自愿或经济补偿的形式来履行其需求侧响应的目标，而在后一种情况下其补偿费用可以作为电费的一部分减免项目、或直接在本地电力平衡市场作为一个服务项目进行交易。

未来的配电网负荷将可以根据其特性与重要程度分为正常（不参与需求侧响应）、可推延、可中断这三个类别。因此微电网中的“智能家庭”、“智能办公室”和“智能农场”等用户侧供电方案将需要能提供这三种不同等级负荷的本地区分与管理控制方案，从而最大化需求侧响应所能带来的好处。

这样，微电网将面对多台多种可控的分布式发电设备和多台储能设备，以及多组参与到需求侧响应方案中来的不同等级可控负荷，从而形成微电网体系的资源一体化优化。同时如果该微电网中一部分可控发电设备还长期运作在热电联产模式下的话，该资源优化问题还需要同时优化电系统和冷热系统两方面的运营状态。需求侧响应方案会涉及到整个微电网多种能源的控制、运行、以及管理等多个层面。

4.2.需求侧响应技术实现建议

与传统的输电网相比，在微电网的系统框架之下位于微电网内的分布式能源运营商可以向微电网用户提供全面技术服务和增值服务，与用户之间的联系更加紧密，所有这些都讲基于微电网中各电力环节的信息采集和分析。在延庆新能源微电网建设过程中，可以考虑如下建议。

实现微电网各个电力环节电能信息一体化采集、监控、集成和综合应用。通过智能表计、一体化实时远程监控、在线能效评估和优化决策, 能够随时了解用户用电详情, 并通过经济、技术手段指导用户合理用电。

针对大工业和商业用户开展智能用电管理与服务, 并将此项业务逐步推进到居民用户。通过可中断负荷管理和直接负荷控制等简单方式开展系统紧急状态的需求侧响应方案, 吸引能够改善系统可靠性的负荷响应资源参与到系统的可靠性管理。同时分布式能源运营商可依托用电信息系统优势，为工商业用户用电信息提供一系列能效增值服务。例如能效评估，行业对标，合同能源管理等。在提高微电网用能效率的同时，为园区用户实现节能减排的目标。

通过需求侧响应项目推动家庭智能管理系统、智能楼宇、智能家电、智能交通等领域的技术创新, 支持用户使用分布式电源, 改变终端用户用能模式, 使用户不仅具有充分的选择权进行供电服务商的选择, 而且可以以需求侧报价的方式从电网中买入或向电网出售电能, 提高能源利用的市场性、性和安全性。智能楼宇作为微电网园区建设的子系统，在需求侧响应项目中起到重要作用。通过楼宇能效管控，结合分布式能源和储能设备，对平滑电网峰谷负荷具有重大意义。

构建能量一体化优化平台，综合优化发、输、用电及储能环节。结合多种类型分布式能源特性，包括多类型储能装置的互补机制和协制，考虑经济效益对比，提供微电网系统可靠性，促进可再生能源利用和消纳。

此外，更多的信息技术和通讯技术可以应用到需求侧响应项目中，例如云计算、物联网和大数据分析技术等。这些先进的IT技术为需求侧响应项目的数据采集，分析和挖掘提供必要的技术支撑，也为延庆新能源微电网探索智能电网发展，创建微电网商业运营生态环境给出思路。下载本文