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王志轩:中国电力需求侧管理变革(下篇)

面向新时代的DSM发展——由DR逐步到供需耦合阶段

时间:[2018-08-06 ] 信息来源:中国电力企业管理
作者:王志轩
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 中国电力企业联合会专职副理事长 王志轩

 
  新时代呼唤DSM变革到DR再向供需耦合发展
 
  2017年10月,党的“十九大”召开,中国特色社会主义进入新时代。在新时代,中国社会主要矛盾已经转化为人民日益增长的美好生活需要和不平衡不充分的发展之间的矛盾。“十九大”提出,中国2020年全面建成小康社会,2035年基本实现社会主义现代化,到本世纪中叶建成富强民主文明和谐美丽的社会主义现代化强国。“十九大”明确,中国经济已由高速增长阶段转向高质量发展阶段,正处在转变发展方式、优化经济结构、转换增长动力的攻关期,建设现代化经济体系是跨越关口的迫切要求和中国发展的战略目标。提出要加快生态文明体制改革,建设美丽中国,形成节约资源和保护环境的空间格局、产业结构、生产方式、生活方式。在能源发展方面,提出了要推进能源生产和消费革命,构建清洁低碳、安全高效的能源体系的新要求。总之,“十九大”报告指明了中国能源、电力转型的价值、方向、目标、重大措施等。根据“十九大”精神,新时代中国能源电力转型要全面加快、提质,DSM变革到DR的基础上,必然要向供需耦合的方向的发展。
 
  中国能源电力发展存在三个不平衡和三个不充分,电力供给侧和需求侧都需深化改革
 
  经过改革开放几十年的建设,中国电力工业已是一个崭新的、先进电力系统,不论是规模、技术水平都位居世界前列。但是,一方面,电力工业当前还存在着很多问题和困难;另一方面,与“十九大”的要求比更有很大差距。从能源生产和消费中的问题导向看,存在着能源供给的安全性、污染物排放、碳排放、产能不足或过剩、可再生能源“三弃”、电力行业投资效益低以及电力市场化不足等问题。从目标导向看,即站在实现两个一百年奋斗目标对能源安全保障及质量(效益、效率)要求上看,在能源总量、结构、布局、创新方面等还存在不协调问题。从整体性、系统性、协调性来分析,当前中国能源电力发展存在三个不平衡和三个不充分的问题。
 
  三个不平衡。一是从能源生产和消费的形态上看,能源电力结构和布局上不平衡,主要体现在终端能源消费中清洁能源消费比重偏低,在终端能源消费中电能与燃气消费比重之和不到三分之一,散煤在终端能源消费中比重偏高;能源区域资源配置和区域消费不平衡,尤其是城乡能源消费不均衡;不同能源利用方式中污染物控制水平不平衡;能源的增量发展与存量利用不平衡等。二是从能源管理法治化要求看,主要体现在能源法律缺位、不到位、不配套、不协调上。“法”与“规”的作用发挥不平衡,依“规”行政大大多于依“法”行政;能源管理部门重复,且存在职能交叉,权责不对称情况等;在能源规划问题上,各种能源之间规划协调性不够,这既与中国缺乏与规划有关法律层面上的顶层设计有关,也与不能与时俱进改革传统规划内容、方法有关,更与规划和其他政策文件的交叉有关。三是从能源管理机制上看,市场机制作用发挥和政府作用发挥不平衡,政府之手的作用大大多于市场的作用;该市场发挥作用的地方,往往市场手段不够,该政府发挥作用的地方,政府力度不够;同时,财政、税收、价格政策作用发挥也不平衡、不到位。
 
  三个不充分。一是电网在能源资源优化配置方面的作用没有充分发挥,对清洁能源消纳作用未充分发挥,适应电力生产和消费特性的灵活性不够。二是高效煤电机组节能提效作用发挥不充分,高效机组低效利用,一方面煤电产能相对过剩,另一方面大量散煤没能有效地转化为电力。三是在电力产能相对过剩时期,电能替代的范围、强度、总量不够,如电动汽车充电、居民用电、产业替代用电等还存在着技术准备、政策准备不充分的问题。从DR的角度看,这些不平衡、不充分问题,正是制约DR发挥作用的重要原因;而从解决这些问题的角度看,更需要通过DR的作用促进问题加快解决。
 
  电力占终端能源消费比重不断提高,使“3E”平衡发展为“4E”平衡,需求侧变革将进入供需耦合阶段
 
  从未来电力供需平衡趋势来分析DR变革的背景。电力供需平衡略有富余,是电力工业与国民经济发展和人民过上美好生活愿望的要求相一致的,也是电力工业作为基础性公用事业的基本性质决定的。未来,中长期的电力短缺应当成为历史,但长期大面积富余也不会出现。根据电力 “先行官”性质,供需平衡、略有富余是电力供需平衡的理想状态。但这种“富余”是有条件约束的,在市场经济条件下,电力作为商品必然要符合市场经济的基本规律,受供需关系和市场价格的影响,大量、长时间的“富余”是不可持续的。同时不能排除,未来的供需矛盾在经济形势影响下,局部甚至较大范围、短时间(如一年)电力短缺情况。因此,DR的变革将不会退回到以解决短缺为主要问题的DMS阶段,而是向解决低碳化和供需双侧多样化需求平衡的方向发展。
 
  随着电力占终端能源消费比重不断提高,传统的“3E”平衡,将发展为“4E”平衡,即电力(Electric)将作为一个独立因素与能源、经济、环境进行平衡。且由于“4E”的内涵和外延也发生了变化,如传统的经济发展由增长要素扩展到数量与质量要素并重,传统的化石能源主体扩展到新能源主体,传统的以污染控制为主的环保扩展到低碳和“生态文明”,传统的电力工业扩展到用于电力系统平衡及稳定运行的各类型的储电、储能及能、电转换,使得这种平衡不仅由“3维”增加到“4维”,而且增加广度与深度,显然这种平衡关系更为复杂。“十九大”已经提出了解决这些复杂性、系统性问题的框架,那就是市场的决定性作用与更好发挥政府作用以及持续不断的科技术创新。可以预测,未来在“4E”平衡中,电力供给侧和需求侧有以下发展趋势。一是电能在终端能源消费中的比重将持续提高,促进各种能源通过技术创新,形成清洁、低碳、安全、高效、经济、便捷的能源供给体系,这是能源转型的必然要求和实现结果。二是非化石能源发电比重将持续上升,逐步成为供给侧电力、电量的主体(但这需要几十年的过程)。以上两个趋势虽然是互为因果的,但并不意味着是互补关系。要形成互补关系需要第三个趋势支撑,即储能、储电(包括电动汽车)的发展,以及分布式电源与大范围资源配置发展两条腿走路的趋势,这个趋势既是中国能源资源的禀赋决定的,也是“五大”发展理念中“协调”“共享”发展的要求。以上三个趋势就是中国电力转型的基本态势,而支撑这三个趋势的是以智能电网为平台的系统集成技术的发展,以及以智能电网为基础的能源互联网发展。供需耦合的能源电力系统,使广泛、分散、多样化的大量可再生能源、未规模化利用的能源(如农村秸杆的集中规模化清洁利用 ),辅以储能技术,通过分布式供能(电)系统与电力与集中式电力系统(大电网)共同与需求侧分散式冷、热、电、气多样化需求耦合,实现能源的清洁、低碳、安全、高效、经济、便捷利用。由此看来,DR在中国的发展将逐步由当前的人为调节发展到自动调节、电源与负荷侧双向调节、“源—网—荷—储”一体化智能调节,最后进入了电力供需耦合阶段。
 
  总之,在新的电力发展阶段,传统的DSM经由DR之后进一步变为电力供需耦合阶段。供需耦合阶段是否到来,取决于以智能电网为基础、以可再生能源为主体的能源互联网是否进入成熟阶段。可再生能源为主体,并不一定意味着可再生能源在终端能源消费的比重大于50%,而是能源需求的增量部分基本上由可再生能源供给,在经济上可再生能源可以做到与传统化石能源同台竞争,可再生能源替代化石能源的步伐明显加快。与此同时,供给侧改革取得显著成效,经济结构显著改善,现代化经济体系基本形成。供需耦合将成为构建清洁低碳、安全高效的能源体系重要方法。同时,需要高度关注的是,中国能源电力转型有其特殊性,如比起美国老旧的燃煤发电系统,我国是一个年轻、高效的煤电系统,但是在一定程度上形成了30年左右的碳锁定以及投资锁定效应,因而我国电力转型具有了以煤电为支撑的电力转型特点。这些特点,决定了中国DSM变革为DR再变革为供需耦合发展程度的重要条件。
 
  在供需耦合阶段,传统DSM的科学用电、节约用电等“基因”虽然会继续存在并长久延伸,但从内涵上看已经不能称为“电力需求侧管理”了,也就是说作为专用名词的“DSM”将从政策中消失,而DR将是实现供需耦合的桥梁,这是能源电力发展历史的必然。虽然在当前的实际工作中,为了促进可再生能源的消纳,火电机组开始了灵活性改造,一些热电联产机组也实施了“热电解耦”的改造,但现在局部的“解耦”是为了在更大范围的“耦合”。 
 
  因此,电力供需耦合,是指在能源供给侧以清洁能源为主体,在电力供给侧以高比例可再生能源发电以及较大规模的储能、储电为标志,在终端能源消费中以电能消费为主体,电能消费结构中第二产业用电比重较高但与第三产业用电比重、城乡居民用电比重逐步接近的能源电力系统中,通过智能电网技术平台和市场对资源配置的决定性作用以及更好发挥好政府的作用,达到新时期能源电力清洁、低碳、安全、高效、经济、便捷的系统优化、平衡状态。
 
  从以上对供需耦合内涵的描述来看,供需耦合不是一个节点的状态,而是一个不断实现的过程。在供需耦合情况下,电力供给侧可再生能源已经成为电力电量的主体或者是大比例状态,保障电力安全、经济、便捷供应是常态;电力需求侧已经不是在可再生能源发展初期为了尽量消纳可再生能源发电需要做出需求响应,而是使用可再生能源电能成为常态,加之需求侧的用电结构也发生了较大变化。此时,电力供给侧与需求侧是高度耦合的,而不是供需某一方“迁就”另一方。随着能源技术革命和体制革命推进的不断深入,电力供给侧和需求侧将在智能电网和能源互联网平台上逐步扩大供需耦合范围,也可以说供需耦合既是智能电网和能源互联网内在发展的目的和表现形式,也是现代化能源体系构建成功的必然结果。
 
  DSM、DR及电力供需耦合的关系分析
 
  为了进一步简明说明DSM、DR和电力供需耦合之间的关系,从两个方面进一步分析。即从能源侧、电力供给侧、电力需求侧3个维度及相互关系的演变上,分析DSM、DR供需耦合的各种关系。另外,按能源、电力、环境、经济(4E)发展等12个因素,对DSM、DR、供需偶合的影响和发展趋势进行列表比较。两个方面的分析是对同一个问题从不同侧面进行的对比分析。
 
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  图1-1是说明能源侧、电力供给侧、电力需求侧的关系变化与DMS变革的概念模型图。图中“A:能源侧”“B:电力供给侧”“C:电力需求侧”等3个圆形图案。虽然电力的供与需在物理上共同组成一个系统,且电能的发、输、配、供、用在电网内是瞬间平衡的,但各环节的概念是清晰的。圆圈图之外可以看成是体制机制部分,图的左侧示意DSM阶段主要是发挥政府行政管理的作用,而图的右侧示意DSM向DR及供需耦合阶段的变革主要是发挥市场机制的作用,但政府也应更好发挥作用。在图的左侧部分可以看出,DSM第一阶段是在供给短缺、政府管理背景下,A、B、C三个不相交的圆(或者相交极少)所代表的方面,各方按上下游关系和各自规律运转。在这一阶段,DSM主要通过减少电力需求侧的需求(节约),解决供给侧的缺口或者满足调峰需求,达到电网及电力系统安全前提下,技术层面上的供需平衡。显然,此阶段的DSM显然不是为了解决能源电力低碳转型问题。在图的右半部分可以看出,在供需平衡或富余、市场手段为主政府发挥更好作用背景下, A、B、C三个圆相交了,相交后形成了4个新区,即D:分布式微网区;E:新能源发电区;F:储电包括抽水蓄能区;G:供需耦合区。当然,A、B、C三个圆并不是同时相交的,相交的面积重合度也不同。三圆相交时间和重合度大小,决定了SM向DR方向变革的快慢和程度,这也是各国的DR并不是同一个模式的原因。在图上虽然没有显示出来,但A、C两个大圆所包括的所有内容都是智能电网覆盖区,圆与圆相重合的部分是智能电网能够发挥最大作用的部分;G部分是电力供需耦合发挥作用的部分。而A、B、C三个大圆则是能源互联网覆盖区,也说明了,能源互联网的基础和核心是智能电网。我们由前述的未来发展的趋势可知,3大圆相交的部分会越来越大,所以DR发挥作用的范围也越来越大,当3圆相交到很大程度时,电力供需耦合将发挥主导作用。
 
  表1-1  是能源、电力、环境、经济(4E)发展要素与DSM的影响和变革趋势表。从表中不难看出,DSM、DR以及供需耦合,都是以解决电力供需问题为导向的,因此,任何管理手段都必须随着问题的发展和解决问题的需求与时俱进。DSM每个阶段的时间长短并不相同,变革并不因为时间长短而变,而供需特性和低碳(结构)特性变化才是关键点,即电力短缺与富余度以及新能源所占的发电比重大小决定了不同阶段到来的时间点。从电力需求管理手段的内涵上看,三个阶段在时间的连接处和对应的措施上是会有重叠的,且后一阶段的措施是对前一阶段的继承、完善、发展而不是割裂。面向未来,一般意义上的电力需求管理将会一直延续至电力的长远发展,但作为传统或特定意义上的“DSM”的作用将随着电力供需矛盾转化、能源电力清洁低碳转型发展、电力技术和用电技术的进步等而逐步淡化,并终将成为历史。  
 
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