能源互联网环境下的中国电力市场

0 引言

随著我国国民经济各方面的飞速发展，国家对电力的需求也日益旺盛，电力市场作为能源互联网必不可分的一个重要组成部分也成为了学术界和各国电网公司的研究热点。能源互联网强调信息和能量的双向流动，强调能源的高效利用，强调用户的主动参与程度，因此，电价定价作为一个合适的切入口，能够有效地调动用户参与的积极性，并且通过电价的调整可以每个用户的用电行为，从而影响整个电网的负载变化。同时伴随著电力系统生成模式和产业行业的变革，电力行业需求侧管理也从传统的负荷管理与能效的基础设施管理变革为利用需求侧资源，在需求侧形成竞争的需求响应机制（DR），即通过价格信号和激励机制来增加需求侧在市场中的作用，并将供应侧和需求侧的资源进行综合资源规划。

1 需求侧响应

需求侧响应强调的是用户主动改变正常电力消费模式的行为。这就存在用户决策与响应的过程。由于外部环境的不确定性、用户认识和处理信息能力的差异性，用户的决策过程存在认知偏差和偏好；再者，「决策—响应」过程所需的时间成本，会导致响应延迟，使DR失去灵活性。因此，人工参与的DR存在诸多不确定性，呈现出响应速度慢、可靠性低和效率低下等问题，难以达到理想的DR效果。

依赖行政管制的售电侧市场不对称结构一定程度上阻碍了DR的开展，2015年发布的9号文明确指出要有序推进售电侧改革，发展DR新机制，提升供需平衡保障水平。然而售电侧市场的建设并非一蹴而就的，在传统售电主体具有垄断性优势的环境下，需要以管制化与市场化相结合的方式为DR资源的充分利用创造空间。

现阶段，分时电价是主要的DR项目，且已被大范围实施，在售电侧交易尚未开放的情况下，以大范围价格型DR为基础、结合小范围的激励型DR试点项目为手段，确保培育出符合市场发展的分担共享DR机制，将是管制化与市场化结合的典型方式。

相对于传统电网条件下的传统电力调度方式，在能源互联网环境下，依靠用户需求响应机制具有响应速度快、成本低、环境污染小等诸多优势，同时还可以通过调节用户的用电行为，影响用电需求，从而实现电网负载的削峰填谷，缓解了用电紧张的局面，也维持了电网的稳定。能源互联网积极引进可再生能源发电，虽然目前比例比较小，但是有逐步增长的趋势。

1.1 DR划分

根据用户的不同反应方式可以将电力市场中的DR划分为两种类型：基于价格的DR和基于激励的DR。其中，基于价格的DR是指用户根据不同的零售电价的来调整自身的用电需求，包括分时电价、实时电价和尖峰电价等；基于激励的DR是指DR的实施机构通过制定恒定的或者基于时间变化的政策，来刺激用户在电网完全性受到威胁或者电价居于高位时能够控制自身用电行为，削减用电负荷，包括直接负荷控制、可中断负荷控制、需求侧竞价、紧急需求响应和容量、辅助服务计划。

需求响应是由电力需求侧管理发展起来的，其主旨在于通过价格弹性来影响用户的用电消费行为，从而有效地减少用电高峰期整个电网的电力负载，保证电网安全稳定运行，同时也降低了电力系统运营维稳的成本，提高了经济效益。

2 实时电价机制

实时电价机制是一天内24个时段的电价水平实时变动的电价机制，通过价格波动引导用户负荷响应，激励用户将髙峰时段负荷转移到低谷时段消费，提高系统负荷率，增大电网设备的利用率，提高能源利用效率，同时促进低谷时段的风能等新能源消纳，实现节能减排。

实时电价将一天内24个小时等分为24个时段，售电公司根据电力用户的历史用电负荷数据，提前1天或1小时确定销售电价水平，并将预先确定的电价表推送给终端用户，用户根据电价信息提前安排生产计划来对电价进行响应。相对我国的现行的传统的电价机制，实时电价机制在引导用户参与需求侧管理方面的优势得天独厚，使用户享受更低的平均电价，而售电公司获得相对传统电价机制和其他售电主体的竞争优势。实时电价机制不仅可帮电力用户节约购电成本、提高售电公司的竞争优势，还可发挥重要的社会效益。通过实时电价促进用户负荷转移，从而削减高峰负荷的同时增加低谷负荷，供电公司可以更合理安排电力供给资源、提供更多的风能等新能源；社会资源可以得到更好的配置，同时通过新能源比例的提高实现节能减排和用能效率的提高。

售电侧市场放开已经成为新一轮电力市场改革中的重头戏，新成立的售电公司需要分别基于不同用电情景制定合理的销售电价机制，而实时电价机制为售电公司取得竞争优势、发挥社会价值带来了新的契机。

3 售电公司

由于在新一轮售电侧改革的背景下，售电公司应运而生。售电公司作为市场主体具有自主定价权。

根据2015年11月发改委发布的《关于推进售电侧改革的实施意见》，售电公司分为三类，第一类是电网企业的售电公司。第二类是社会资本投资增量配电网，拥有配电网运营权的售电公司。第三类是独立的售电公司，不拥有配电网运营权，不承担保底供电服务。作为一个新成立的市场主体，售电公司既面临著全国数亿度电销售带来的红利，也面临著缺乏市场试水经验和市场机制下成熟的售电手段带来的挑战。作为一家新设立的售电公司，如果只是照搬传统电网公司的营销模式、只与用户签订传统的供用电合同，市场竞争力会很低。由于电力本身的特点，售电公司要想在市场竞争中突出自身的竞争力，需要在供电服务策略和电价策略上做文章，提供更加个性化的供电套餐。

3.1 售电公司盈利模式

由于资本的逐利性，在市场经济中可以持久存在的公司必须要盈利。虽然售电公司的盈利模式包括多种，但对于售电公司，尤其是需要外购电力的售电公司，未来的盈利空间主要来源于购销电价差。售电公司一次性购电量较为可观，会在单价上得到一定折扣，再向用电方以较高单价销售获得中间利润。而可行的实时电价机制也必须为售电公司带来直接或潜在的经济利益，来增加直接或者潜在的售电收入，提高自身相对于其他区域性售电公司的竞争优势。

售电公司的盈利目标可以大致分为三个阶段：短期来看，由于售电侧改革的竞争局面刚刚形成，各家售电公司都在抢占用户、争夺市场，这时候它们对用户量、市场占有率的需求远大于短期的利润，为了实现「拉客户」的目的，即使是盈亏平衡甚至是小幅亏损都是可以的；中期来看，地区范围内的竞争局面已经基本形成，售电公司的用户量已经积累，售电量、购电量都同比例增大，对发电侧厂商的谈判能力进一步加强，可以通过供应链管理手段进一步压缩成本，这时候售电公司需要扭亏为盈；长期来看，地区范围内的竞争局面已经相对稳固，售电公司的经营状况已经相对稳定，规模经济效应已经产生，这时候售电公司必须盈利才能维持公司继续发展。

3.2 高峰高价，低谷低价

历史的实时负荷数据是上一期实时电价引导用户响应以后的结果，一定程度上反映了用户的用电秩序。在制定本期的实时电价时，需要参考上一期的历史负荷曲线：上一期的实时负荷高的时段，当期的实时电价就要高；上一期的实施负荷低的时段，当期的实时电价就要低。这样，通过历史负荷曲线影响当期实时巧价，可使负荷低谷时段的电价低于负荷高峰时段的电价，更好的影响用户的用电负荷使其转移负荷，达到削峰填谷的效果，也使得制定的实时电价不断的适应用户的用电习惯，达到良性循环。

3.3 可平移负荷大多为工业企业

并非所有的用户都适合采用实时电价机制，对于某些电力用户可以发生转移或削减的负荷有限，其需求响应对于系统负荷、企业效益、节能减排等起到作用也非常有限。尤其在售电公司实施实时电价机制的初期，应该选择最合适的潜在用户试运营来降低试水风险。

有负荷转移能力的工业用户，主要分为三类：第一类企业是化工、冶金、钢铁等三班制连续生产型企业，由于连续生产，企业一般只能调整生产过程，但这种工序的改变很受限制；第二种企业是高耗能企业，这种企业的电力成本占企业运营成本的比重很大，对电价在内的能源价格极为敏感，因此为了节约成本送类企业的负荷转移具有很大潜力；第三类企业是生产管理相对灵活的中小企业，这类企业可以更灵活的安排生产计划到低电价时段，来进一步降低成本。

商业发达地区，商用空调的负荷约占总商业负荷的50%。对于这部分负荷，如果采用类似于综合能源系统中电-冷联合调度的冰蓄冷技术，可以很大程度缓解电网系统的高峰压力。这类商业负荷受到时间和季节的影响较大，随著用电设备的节能技术不断提高，商业用户负荷转移的潜力将得到更进一步的开发。

居民用电的电力需求与他们的收入水平存在密切的关联。由于居民用电时间大部分在白天，夜间的用电量明显下降，所以负荷率会较低。这种电力消费模式受到居民的个人喜好和生活习惯影响较大，发生转移的可能性较小。同时，居民的用电量相对于工业用电、商业用电较小，并且负荷相对分散，接受新的电价机制的学习成本较高。居民用电的这些特点给负荷转移和实时电价机制的实施带来一定的障碍。但是从另一个侧面，某些居民用户的节约意识较强，比如电动汽车、手机、家用电器的用电，又可以—定程度上转移到夜间进行。尤其是某些智能化程度较高的电器，可以选择用电时间，这些设备的普及又为实时电价机制的实施创造了有利条件。同时，居民用电相对工业、商业用电，用户数量较大，这样虽然单个用户的可转移负荷有限，但累积的转移总量却十分可观。因此长远来说，可以等待时机更加成熟，例如智能设各得到更大普及、人们的节约意识更加强烈，逐步将居民用电纳入实时电价机制实施的对象中。

3.4 需求的弹性理论

用户的需求价格弹性是经济学上衡量价格变动与需求量变动关系的一个指标，用来表示在一定时期内某种商品的需求量的相对变动对其价格变动的反应程度，是商品需求量的变动率与价格的变动率之比。由于需求价格弹性系数是作为每个用户特点的属性，即每个用户对电价波动的反应程度都不同，这使得在调控每个用户的用电需求的复杂性大大增加。

在开放的电力市场环境中，电力的商品属性决定其必然存在一定需求弹性。按照经济人假设，在其他条件都相同的情况下，电价水平高时，用户的用电负荷会相对较低；定价水平低时，用户的用电负荷会相对较高。电价与用电负荷之间会存在一定的弹性变化关系，这种需求弹性关系是建立实时电价与用电负荷之间联系的重要依据。基于这种弹性关系，可以建立起实时负荷与实时电价的响应模型，在实时电价模型中可以作为重要的等式约束，并且可以根据计算出的实时电价水平得出模拟的实时负荷。

3.5 实时电价机制总结

从售电公司的角度，实时电价机制通过高峰高价、低谷低价的策略，引导用户负荷发生一定程度的转移，将高峰时段的负荷转移到夜间等低谷时段，从而可以一定程度上减少弃风限电的情况，提高新能源电力的消纳，减少购电成本、提高公司利润。

从用户的角度，基于实施实时电价前后总用电量变化不大的假设，可发现高弹性情况下，用户的负荷转移行为更加明显，在高峰高价、低谷低价的价格策略下用户的平均电价有一定涨幅但涨幅不大；而在低弹性情景下，用户的负荷转移行为不够明显，为了这到预期的负荷转移效果，峰谷的价格差将会提高，同时平均电价将会上升，导致用户经济压力增大。但无论高弹性、中弹性、低弹性，实时电价的数值都没有超过预期的上限。从用户角度考虑，高弹性情景下更适合采用实时电价机制。

售电侧市场放开后，市场的参与主体包括售电公司、用户、发电侧、电网公司等。销售电价政策的制定需要紧紧围绕各个主体的利益综合考虑，才会在现实中可行。对于用户，相对于其他电价机制，实时电价机制必须使用户享受更低的平均电价才能打开市场；对于售电公司，实时电价机制带来的销售收入必须大于包括购电成本在内的各项成本支出实现盈利；对于发电侧，售电公司将与发电公司直接对接，通过实时电价的水平波动，引导部分负荷转移到低谷时段，售电公司获得相对高峰时段的低电价，而发电公司减少机组启停成本或减少低谷时段的「弃风」行为；对于电网公司，不拥有配电网运营权，不承担保底供电服务的售电公司需要借助电网公司的智能化来实现实时电价机制。实施方案和推广策略只有综合考虑各方利益的情况才可能减小电价政策的试水风险和阻力，实现多方的互利共赢。

4 能源互联网下的电力需求响应

全球能源互联网情境下，电动汽车、分散式能源、储能电池等新型需求响应资源的引入，使得电力用户能够通过向电网供给电能的方式来响应电网的需求，在电网负荷高峰时段能够起到调峰电厂的作用，通过电动汽车放电、分散式能源发电、储能电池释放电能等方式，将用户侧生产和储存的电能，供应给电网。同时，也可以在电网有调频需求时，通过秒级的需求响应资源来实现响应。以上，可以称之为供给型的需求响应业务，而传统的电力需求响应业务可称之为消纳型的需求响应业务，主要是以用电型设备为DR资源。在具体的业务场景中，消纳型业务与供给型业务，二者的业务形式、业务内容、业务项目是有差异的，需要区别对待，其业务架构在电力用户侧也分为两部分内容，可以同时或分时开展。

4.1 基于合同模式的业务

基于合同模式的需求响应业务，通常需要通过需求响应实施机构与用户事先签订合同来实现，合同中会明确提前通知时间、最大响应频次、响应起止时间、负荷削减量、电能供给量、激励方式和惩罚方式等因素。需求响应实施机构通过制定各类政策，激励用户响应电网需求，并用户给予一定的经济补偿，同时在用户违约时会给予适度的惩罚。目前，基于合同模式的买方响应业务主要包括：直接负荷电能控制项目、可中断负荷项目、可调用电能项目、紧急需求响应项目、容量辅助服务项目等。

4.2 基于电价模式的业务

基于电价模式的需求响应业务，能够引导用户根据电价的变化来调整用电行为，通过人为或者市场自发调整电力价格来反映供电成本的时段差异，将反映真实成本的价格信号传递给用户，增强需求侧对电价的响应能力。目前，基于电价模式的买方响应业务主要包括：分时电价项目、实时电价项目、尖峰电价项目、需求侧竞价项目等。

4.3 电力需求响应业务架构

电网运营商根据电网的运行需求，制定需求响应计划，并将需求响应计划发布给响应聚合商或需求响应资源大用户。响应聚合商在认领需求响应计划后，将计划分解，发布给需求响应资源小微用户，需求响应资源小微用户根据自身意愿和实际情况认领需求响应计划或放弃参与需求响应。成功认领需求响应计划的各类用户根据需求响应计划，执行计划。各类用户执行需求计划后，电网运营商对响应聚合商、需求响应资源大用户的需求响应执行效果进行评估并结算，响应聚合商对需求响应资源小微用户的需求响应执行效果进行评估并结算。

电网在与用户进行需求响应业务交易时，不仅可以与用户个体进行交易，还可以与个体聚合后的聚合单位进行交易，此时，交易对象就可以按需求响应资源的规模来进行划分。按照能够提供稳定的需求响应资源量规模的大小，可分为大用户、小用户及微用户，从而使电网针对不同规模的用户，可以有不同的业务策略。

需求响应资源大用户，由于其响应资源量较大，数目不多，因此可以直接与电网运营商或进行电力需求响应市场交易。需求响应资源量小的用户，由于其响应资源量较小，且该类用户数目繁多，如直接与电网运营商进行电力需求响应市场交易，不仅会使得电网运营商增加运营成本，还不利于小用户自身的利益，因为散乱且微小的力量必然在市场中没有太多的话语权。因此，小用户可以通过将自身的需求响应资源委托给响应聚合商，让其为自己运作，以最小成本获取最大利益。

4.4 小结

在智能电网、特高压输电、可再生能源等技术成熟发展的前提下，能源互联网的概念应运而生，其带来的不仅是电网互联，更带来了能源互享的思维，打破了供需两侧的界限「鸿沟」，使得电力用户同时兼具电能消费者、存储者、供给者的三重角色，为电力需求响应的繁荣提供了巨大的利好条件，使得传统的电力需求响应向新型的电力需求响应跨越。