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        北京物流信息聯盟

        構建需求響應機制,挖掘儲能參與價值

        集邦新能源網 2021-10-07 14:38:33

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        2013年到2015年間,我國推動電力需求側管理城市綜合試點,轉變以往僅利用行政手段落實電力運行管理的工作模式,建立了需求響應資源庫和長效機制,儲(蓄)能技術手段參與其中,響應所實現的臨時性轉移負荷量顯著。以北京為例,利用儲(蓄)能方式參與響應的累計響應量占整個公建樓宇總響應量的61%。在全球各開放電力市場中,儲能技術已被允許參與響應為電網提供服務,并獲取額外收益。在此我們將對比國內外需求響應機制異同,并探討為促進儲能技術特別是電儲能技術廣泛參與需求響應可做出的機制調整方向。


        國內外需求響應機制差異


        目前,我國以試點為出發的需求響應獎勵支付資金來源為財政撥款,并由政府定價依響應實際效果付費,所獲獎勵多少取決于負荷集成商或用戶當次實際響應負荷量與協議承諾響應負荷量之間的差異。由于電力市場開放程度有限,需求響應所實現的調峰價值還不能針對性指向電網所需,為調動用戶參與積極性和簡化項目參與流程,試點期間尚未實現定價機制向競價機制的過度。


        我國與國外需求響應機制差異


        差異點

        我國需求響應試點機制

        國外需求響應市場機制

        價格

        定價機制,平均100元/kW/年。

        競價機制,獎勵范圍為215美元/kW/年—988美元/kW/年。

        啟動點

        97%高峰負荷以上;

        35攝氏度以上;

        空氣污染黃色預警;

        其他安全及可靠性受到影響的情況下。

        上午93%高峰負荷以上;

        下午97%高峰負荷以上。

        提前通知時間

        提前30分鐘時、4小時、24小時。

        提前21小時。

        次數

        不超過10次/年。

        每類產品3-6次/年。

        時長

        全年不超過20小時,單次持續1-2小時。

        單次持續4小時。

        時間點

        11:00-13:00和16:00-17:00。

        16:00-20:00和20:00-24:00。

        是否懲罰

        否。

        是。

        獎勵支付

        根據小時負荷完成率,即實際響應量與承諾響應量比值,按平均每小時負荷容量獎勵標準計算獎勵費用;

        實際未達承諾60%,單次無法享受獎勵;

        實際超過承諾150%的部分不再獎勵。

        容量付費基于年度表現和市場出清價格;

        額外獎勵基于100%的年度績效,并給予額外20%容量付費獎勵;

        響應量付費基于每個事件實際響應量,并按5美元/kWh支付;

        低于85%的年度績效將按照承諾響應量和出清價格進行懲罰。

        其他


        尖峰時段最大負荷不得超過基準線。


        備注:以美國BQDM(Brooklyn-Queens Demand Management project)計劃和北京市需求響應試點為例對比機制差異,BQDM是布魯克林皇后區需求管理計劃,該計劃2014年由紐約公共服務委員會批準。


        不同于我國試點階段定價模式下的負荷集成商培育和用戶轉移負荷量開發,當市場可供需求響應調峰資源充足時,開放市場采用競價拍賣機制確定年度需求響應價格。在BQDM計劃下,聯合愛迪生公司采用降價拍賣形式確定價格,所有參與主體將以出清價格進行結算。


        在競價拍賣模式下,不同需求響應產品容量被拆分成塊,并“一塊塊”進行競價拍賣,直到容量達到最初設定的年度需求。競價拍賣設定價格上限,所有參與者在此價格范圍內進行降價報價,所報價格不得低于提前設定的價格下限,最終的出清價格是在累計報價容量最后達到該產品實際需求時實現的。


        向競價機制邁進并不是現階段需求響應要解決的重點問題,而需求響應轉移負荷真正反饋電網需求尤為關鍵,特別是要反映某一區域、某條線路、某一設備的實際運行需要,這還需要電網企業的積極參與。競價機制反映了各類資源參與響應的實際價值,但儲能技術特別是電儲能技術參與我國需求響應試點還較難獲得較高價值回報,主要原因在于:


        一是需求響應未直接反應電網即時需求,通過較大范圍負荷情況(如全市高峰負荷)判斷啟動響應的時間點較為固定。


        二是基準線核算相對簡化,并不能反應不同用戶類型的實際需求。


        利用儲能靈活性參與需求響應


        在美國,包括加州電力市場和紐約州電力市場,明確提出除可采用設備關停和降低功率等策略參與需求響應外,電池儲能系統、儲熱(冷)系統均可參與響應并獲得資金支持。儲能系統也參與了我國需求響應試點,但實現高負荷轉移量的用戶多為建設有儲熱(冷)系統的用戶,電儲能系統臨時性轉移負荷量相對較低。


        這主要得益于儲熱(冷)系統配合傳統供冷模式運行過程中,可對各時段放熱(冷)量進行控制,加之在建筑保溫效果良好的情況下,通過停用主要用電設備并增大儲熱(冷)設備供熱(冷)量的方式調節負荷,短時間內(如30min-1h)溫度變化幅度較小且對用戶影響較小,既在不影響用戶體驗的情況下實現了響應執行時段(30min-2h)的負荷削減,該負荷削減是在整套供冷(熱)系統,即儲能系統與傳統供冷(熱)系統的配合下實現的。


        對電儲能系統而言,除停用其他用電設備外,用戶對電能的使用需求難以被替代,僅可通過增加放電量增加自用量來實現響應時段的負荷削減。而決定儲能系統參與響應獲利多少的關鍵則是基準線(baseline)的設定。


        1
        基準線決定儲能收益


        需求響應基準線是在非響應日中對應響應日事件執行時間段,每小時的電力負荷,需求響應削減負荷量是通過響應事件實際負荷和基準線對比得到的。途中紫色曲線為該用戶基準線,藍色曲線為響應日實際負荷曲線,實際負荷與基準負荷之間的差值即為需求響應削減負荷量。


        ◆ ?我國基準線選取原則

        試點階段,我國需求響應基準線是基于需求響應執行日開始前2天至12天的10天歷史負荷數據,剔除周末、節假日,補足10天,再從10天中選擇日用電負荷最大的5天的平均值作為基準。工業、商業和居民用戶均按此基準線執行。


        ◆ ?國外基準線選取原則

        國外成熟電力市場下需求響應基準線有多種類型,以CAISO為例,將響應時間分為工作日響應事件和周末響應事件,工作日響應事件基準線基于響應執行日開始前45天電力負荷數據,剔除周末、節假日,選取距離最近的10個相似日,在從中選出對應響應時段用電量最高的5天創建基準線。而周末響應事件則是排除工作日,選擇距離響應日最近的4個相似日創建基準線。


        基于調整因子的基準線:


        不同的是,國外需求響應基準線還引入了調整因子,以CAISO為例,調整因子由事件發生前4小時負荷決定,即排除離事件開始最近的1小時,計算剩余3小時負荷均值,與基準線對應時段的3小時負荷均值相除,得到調整因子。調整因子乘以基準線中的每小時負荷即為用戶最終基準線。參與主體擁有選擇權,可選擇采用調整后的基準線或常規基準線計算需求響應轉移負荷量。


        2017年7月,CAISO理事會正式批準了一系列市場規則,旨在幫助整合的分布式能源和并網儲能技術參與到CAISO市場中來。其中,美國CAISO需求響應和分布式發電規則修改建議提出了要通過合理化基準線提高評價需求響應貢獻的準確性。之前基于10日的基準線評價方法對很多大型工商業用戶來說是合適的,但并不適于居民等其他用戶類型。在新的建議下,居民側基準線被調整為基于天氣情況的4日測量方法,即在天氣情況相當的情況下,評價響應時段的負荷削減量,并且可找到類似用戶進行對照。而針對商業用戶的基準線則是基于10日的情況進行評價,并且給予20%的調整空間,再加之對照組進行對照。


        基于以上計算方法,要利用儲能系統參與響應獲取收益,關鍵在于增加響應時段的放電速率,降低響應時段負荷;合理安排生產,適當拉高負荷基準線;響應前幾小時內增加供電儲備,適當提高用電負荷,拉高調整因子。通過響應事件日儲能系統充放電調整,實現基準負荷曲線與響應負荷曲線差異,決定了儲能參與響應獲益的多少。


        2
        響應啟動方式影響儲能收益


        通過上述進基準線和轉移負荷計算方法可以看出,若藍色曲線和紫色曲線重疊則未實現負荷轉移量,無法獲取收益。對于非為參與需求響應而建設的儲能系統來說,儲能系統日常運行采用低谷充電和尖高峰發電模式,若需求響應執行時段和持續時間恰巧與固定峰值電價時段一致,將造成需求響應基準線和實際負荷曲線重疊,在不采用其他降負荷方法的情況下難以獲得資金支持。


        試點階段,需求響應往往在全市大負荷或高溫情況下啟動,啟動執行時段且相對固定,如11:00-13:00和16:00-17:00正是北京市夏季尖峰電價執行時間。該啟動執行方式確實可通過需求側負荷臨時性削減緩解省市級電網運行壓力,但缺少電網參與而由政府調動的削峰需求難以真實反映電網即時需求,重點線路、設備重過載運行壓力也難以由其所帶用戶支撐解決。所以,需求響應試點實施還只能反映某一地域的全網運行需要,由面及點的針對性需求響應執行將是未來的發展方向,這都將得益于市場開放下電網的積極參與和主動實施。


        在該啟動方式下,若儲能系統規模較小,僅可維持尖峰時段3小時內放電,將出現上述情況,即先期安裝的儲能系統在日常運行中已經實現了尖峰時段的永久性負荷轉移,基準負荷曲線與實際響應負荷曲線一致,無法通過靈活性運行調整獲取和儲能系統容量相當的資金收益。


        因此,為促進電儲能等分布式能源參與響應并獲取收益,需求響應所削減負荷指向要更加明確和細化,區域、線路和設備的穩定性及可靠性變化雖有規律可尋,但需要的負荷削減發生時間點不盡相同,需根據實際運行需要做出預判,并調動對應用戶負荷參與響應。未來,在一個響應周期內,可通過響應時間段拆分讓用戶擁有選擇參與不同時段響應的權利;針對不同類別用戶(工業、商業、居民)設定不同基準線計算方法,并讓用戶自主選擇調整方案。這將為儲能系統利用其靈活性參與響應并獲取較高價值收益提供支持。


        文章來源:中關村儲能技術產業聯盟


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