多能用户参与区域综合能电力源需求响应成本收益分析方法

沙 洲

摘要：

随着全球经济社会的发展，能源互联网已成为新一轮能源结构调整和能源技术变革的发展趋势。区域综合能源作为能源互联网的区域级应用载体，是未来能源发展的重要方式^【1】，其所辖区域内的多能用户参与区域综合能源协调控制的技术路线和商业模式也成为各种能源企业发展探索的方向。本文从多能用户（储能系统、楼宇系统、充电桩、智能路灯等）参与区域综合能源需求响应成本收益分析角度，并结合项目实践经验，为区域综合能源的需求响应协调控制提供一种新的技术思路。

关键词：能源互联网、区域综合能源、需求响应、成本收益分析

1、引言

近年来，全国用电需求的快速增长给电网安全运行带来很大压力和风险，并且日益增长的可再生能源不断给电力系统带来新的挑战。以江苏为例，近三年全省夏季最大用电负荷峰值均超过1亿千瓦，冬季用电谷值较夏季峰值差将近2000万千瓦，最大峰谷差率达到35%左右，季节性供用电形势严峻，保供压力不断增大。据统计，江苏省近两年全省最大用电负荷的5%尖峰负荷达到了40-50小时；同时，截至2019年末，江苏省新能源装机容量将近2500万千瓦，占全省总装机容量比将近20%。面对江苏省季节性供用电差异显著、新能源装机快速增长等问题，对电网调峰、调差能力提出了更高的要求^【2】。

因此，通过实施基于成本收益分析的区域综合能电力源需求响应协调控制，采用激励措施，引导多能用户有偿参与区域综合能源电力需求响应，可有效保障区域配电网的安全运行，进而为缓解外部大电网运行压力提供辅助支撑。

2、多能用户需求响应成本分析

目前，参与区域综合能源协调控制的多能用户主要包括微电网、分布式电源、用户侧储能系统、智能楼宇柔性负荷、充电桩、增量配电网等，以江苏省苏州同里区域综合能源为例，区域内多能用户主要包括储能系统、楼宇系统、充电桩、智能路灯等。各多能用户的投资成本主要包括初期的投资建设成本及后期的运营维护管理成本。

电池储能系统的建设投资成本主要和电池类型、功率配置、容量大小等因素相关，主要包括电能转换设备（包括PCS、配套变压器、开关柜等）成本和储能电池本体成本（电池组本体及电池组管理系统）。后期的运营维护成本主要包括设备维护成本（与电池寿命、充放电次数、充放电深度等有关）和人员服务成本等。

楼宇系统VRV空调的建设成本主要有空调外机、内机、楼宇管理系统等，维护成本主要是后续人员维护成本。VRV空调的建设与维护主要与空调所使用的环境及区域位置有关，考虑到VRV空调的使用年限，本文以江苏地区常见商业办公大楼为例，设定6-9月为夏季制冷时间，12-2月为冬季制热时间来进行分析。

当前新能源电动汽车的快速发展推动着城市公用充电桩资源的建设管理不断快速前行。常见城市公用充电桩的建设投资成本主要与充电桩本体、配套电气设备、工程建设安装、车位建设等相关，运营成本主要是日常运营、设备维修、车位管理等。本文以常见的城市公用充电桩服务站为例进行分析。

智能路灯又称智能化路灯，采用先进的通信控制技术和节能工艺实现传统路灯的智能化照明控制和信息化运维管理，是未来智慧城市大数据发展时代的先行者。智慧路灯，其功能包含汽车充电、LED显示屏、智能照明、智能除霾、环境监测、无线WIFI等。智能路灯的投资成本包含路灯本体成本、线缆铺设成本及控制系统成本等。

多能的年投资成本：

式中：C_dr—系统投资成本/年；C_p—系统投资单价成本；P_max—系统建设配置容量；C_ems—配套管理系统成本；P_o—配套辅助设施成本；C_sal—系统残值；N—系统工作使用年限；V_P—每次人员维护成本人/天；L_n--每年维护人/天数。

3、多能用户需求响应收益分析

电力需求响应是指电力市场价格明显升高或降低时，电力用户可以自行根据价格信号或激励措施，减少或增加某时段用电负荷，从而促进电力供需平衡。

目前，江苏省实施的电力需求响应主要为邀约型需求响应，邀约型需求响应为省电力公司需求侧在线监测平台响应中心在响应日前日或响应时段前若干小时发出响应邀约，由用户选择是否响应邀约，响应中心按照一定的优先分配规则，向响应邀约的用户分配需求响应量并执行响应的业务过程。区域综合能源控制系统在收到外部需求响应中心的需求响应指令后协调内部可调资源及时做出响应控制并进行响应效果评估，用户获得经济收益的同时，对电网进行错峰、削峰、填谷，降低电网峰谷差。

以邀约型需求响应为例，对参与需求响应（削峰/填谷）的多能用户进行年响应收益分析统计：

式中：E_dr—多能用户参与电力需求响应年收益；k—区域综合能源参与电力需求响应次数/年；t₁，t₂—需求响应起止时间/次；f_dr(t)--为t时刻的响应功率；S

_t—t时刻的响应收益补贴（kWh/元）；P_t—t时刻的用电电价（kWh/元）；C_usr—参与电力需求响应的多能用户年投资成本。

4、结语

在全球综合能源系统大力发展的背景下,需求响应技术因具有协同调度成本低、可参与全时段优化、灵活能源市场等优势正逐渐受到关注^【3】。本文从多能用户参与区域综合能电力源需求响应成本收益分析的角度，提出了各参与电力需求响应互动的多能用户进行需求响应时的一种成本及收益的计算方法，为多能用户在决策是否参与电力邀约需求响应时提供技术支撑。同时，该成本收益分析方法也可以为各能源公司或相关机构组织开展市场化电力需求响应提供参考，以及未来综合能源系统建模及效益评价体系研究提供借鉴^【4】，促进电力需求侧响应的市场化发展。

参考文献

【1】考虑需求侧电热气负荷响应的区域综合能源系统优化运行[J].杨海柱.李梦龙.江昭阳.刘向阳.郭一鸣. 电力系统保护与控制.2020(05)

【2】江苏电力需求响应的探索和实践[J].李作锋,陈振宇.电力需求侧管理.2018(01)

【3】综合能源系统下需求响应模式及关键问题探讨[J].刘凌燕,庄重,孙宇,宋杰,张卫国,陈聪磊.电器与能效管理技术.2019(08)

【4】综合能源系统建模及效益评价体系综述与展望[J].曾鸣,刘英新,周鹏程,王雨晴,侯孟希.电网技术.2018(06)

2