河南省主要用户电力需求侧响应削峰潜力评估研究

电力需求侧响应是指电力市场价格明显升高（降低）或系统安全可靠性存在风险时，电力用户根据价格信号或激励措施，改变固有用电模式，减少（增加）用电。实施电力需求侧响应可有效增加电力系统用户侧调节能力，通过平抑尖峰负荷以减缓电网投资，保障电力系统供需平衡，促进电力系统运行效率提升和可再生能源合理消纳。

一 河南电网负荷特性基本情况

近年来，河南电网用电负荷快速增长，峰谷差逐年拉大，尖峰负荷持续时间逐年缩短，单纯通过增加电网、电源投资增供负荷存在投入成本高、效率低等问题，实施电力需求侧响应可以引导电力用户在用电高峰时期削减尖峰负荷，可有效增强电力系统用户侧调节能力，通过平抑尖峰负荷以减缓电网投资，保障电力系统供需平衡，促进电力系统运行效率提升和可再生能源合理消纳。

用电负荷快速增长。随着全省经济结构调整的逐步深入和居民生活水平的提高，近两年全省负荷增速重回中高速增长轨道，增速为2012年以来最高水平。2017年省网最大负荷5785万千瓦，同比增长577万千瓦，增幅11.08%，全省除三门峡以外的17个地区用电负荷均创历史新高。今后一段时间，全省电力需求仍将保持刚性增长态势（见图1）。

图1 2010～2017年省网最大用电负荷及增速变化

年最大负荷一般出现在7～8月。河南电网年负荷曲线存在夏季和冬季两个高峰，夏季高峰负荷一般出现在7月，冬季高峰负荷一般出现在12月或1月。冬季高峰负荷一般为夏季高峰负荷的75%～90%，2017年为75.7%（见图2）。

图2 2010～2017年河南电网年负荷曲线

尖峰负荷持续时间较短。2017年尖峰负荷（大于等于97%最大负荷）仅持续5个小时，较2010年减少了2个小时。较低的尖峰负荷持续时间意味着较低的电网设备利用效率和装机利用小时，通过实施电力需求侧响应引导用户“错峰”用电，平抑尖峰负荷过快增长，提高电网设备利用效率，可适当降低电力系统投资强度（见表1）。

表1 2010～2017年河南省大于等于97%最大负荷持续时间

最大峰谷差率居高不下。2017年河南省网用电负荷最大峰谷差率为38.0%，较2010年上升了7.4个百分点，占比约40.0%的峰谷差给电力系统调峰能力带来困难（见图3）。

图3 2010～2017年最大峰谷差与年最大峰谷差率

降温负荷快速增长。近年来受居民生活水平提高的影响，降温负荷快速发展，已经成为最大用电负荷的重要构成部分，降温负荷占统调最大负荷的比重呈现逐年上升趋势。2017年，受极端高温天气影响，省网降温负荷达到2230万千瓦，占统调最大负荷比重为38.5%，较2010年提高10.4个百分点。

随着能源转型和电力系统结构不断优化，随机性、波动性较大的可再生能源快速发展，电网调峰仅依靠调峰电源已不能满足需要，不仅需要新增更多灵活性调峰电源，还需要通过需求侧响应构建电力系统用户侧调节能力，释放工业、居民和商业等用户的用电弹性。

二 选择评估用户的基本原则

由于生产工艺和流程的差异，不同用户的负荷特性不同，削峰能力也不同。通过对用户削峰潜力的评估，在实施电力需求侧响应时，可以快速锁定响应能力强、规模大的用户，确保需求响应顺利实施。为快速评估一个地区的需求响应规模，可遵循以下原则。

1.优先评估工业用户

第二产业用电负荷在全省用电负荷中占比最高，约为40%。由于第二产业主要由工业和建筑业构成，工业用户在负荷构成中占比也较高。以2017年夏季大负荷为例，第一产业、第二产业、第三产业、城乡居民生活和厂用及网损的占比为3∶41∶17∶33∶7。工业用户还有一定的调节基础，在不影响工业企业正常生产能力的前提下，具有通过优化生产流程和关停部分非生产性设备转移一定负荷的能力。同时，工业企业对价格敏感度高于其他行业。在适当的电价激励条件下，工业企业基于生产成本的考虑，参与电力需求侧响应的积极性较高。

2.优先评估用电大户

不同地区资源禀赋不同，产业结构也存在一定的差异，用户的用电规模也有较大差异。从用电规模大小的角度考虑，对地区内用电量较大的用户进行削峰潜力评估，可快速掌握一个地区的整体削峰规模，避免了大范围调研和低效率评估状况。

3.评估居民和一般工商业用户

降温负荷具有“规模总量大、短时响应效果好、用户分散”的特点。近年来降温负荷快速发展，降温负荷主要分布在居民和一般工商业用户中，用户规模较小，分布广泛。研究表明，空调停电半小时不会影响人体对温度变化的感知，却能较大降低用电负荷。如果能够合理设计激励机制，吸引广泛的居民和一般工商业用户参与，聚沙成塔，定能发挥巨大的调节效果。

三 主要工业用户削峰潜力评估研究

依据“优先工业用户、优先用电大户”的选择原则，以《河南省2017～2018年秋冬季工业企业错峰生产实施方案》中涉及的有色、化工、非金属等15大行业、1741家企业作为研究对象，对2017年河南省主要工业用户电力需求侧响应削峰潜力进行评估。

（一）实施月份和响应时段

电力需求侧响应的削峰措施一般选择在电网尖峰负荷时段，或供电紧张存在缺口的时段实施。2010～2017年河南省年最大负荷均出现在7～8月午高峰（11∶00～14∶00）期间。2017年全省最大负荷出现在7月24日12时54分，为5785万千瓦。根据历年尖峰负荷出现时段，将削峰实施月份确定为7月，响应时段确定为11∶00～14∶00（见表2和图4）。

表2 2010～2017年河南省统调最大负荷及出现时间

图4 2017年河南省电网夏季典型日负荷曲线

（二）典型日负荷特性分析与响应潜力评估

选取日负荷率与需求侧响应实施月平均日负荷率最接近且负荷曲线无异常畸变的工作日作为典型日。基于2017年7月统调负荷数据，选定典型日为2017年7月18日。

对15大行业典型日负荷特性进行分析，计算出典型日行业i日平均负荷率λ_i，以及需求侧响应时段的最大负荷L_i，max和平均负荷率Γ_i。根据“谁抬峰，谁响应”的原则，如果满足“Γ_i＞λ_i”，表明需求侧响应时段的用电负荷水平高于当日的用电平均水平，此时段负荷构成了当日的峰段负荷，具有削峰参与电力需求侧响应的条件。计算该行业i的需求侧响应潜力R_i，R_i=L_i，max×（1-Γ_i）。

对需求侧响应时段最大负荷L_i，max前5位行业进行介绍。

1.有色金属冶炼及压延加工业

有色金属冶炼及压延加工业是河南省工业重要行业。该行业的典型日负荷曲线基本为一直线，用电量大，负荷起伏波动较小基本无变化。波动主要受生产状况、销售状况等外界因素的影响，生产工艺调节灵活，适宜参与需求侧响应（见图5）。

图5 2017年有色行业典型日负荷曲线

该行业在规定的需求侧响应时段（11：00～14：00）内有明显抬峰趋势。其日负荷率λ为0.973，需求响应时段的平均负荷率Γ为0.987。因为Γ＞λ，所以该行业考虑参与需求侧响应。该行业在响应时段（11：00～14：00）内最大负荷为469.82万千瓦，该行业需求侧响应规模为469.82×（1-0.987）=6.11万千瓦。

2.化学原料及化学制品制造业

化学原料及化学制品制造业的典型日负荷曲线波动较小，基本为一条直线，负荷上升的趋势不明显。

该行业在规定的需求侧响应时段（11：00～14：00）内有抬峰趋势（见图6）。其日负荷率λ为0.968，需求侧响应时段的平均负荷率Γ为0.991。因为Γ＞λ，所以该行业考虑参与需求侧响应。该行业在响应时段（11：00～14：00）内最大负荷为234.99万千瓦，该行业需求侧响应规模为234.99×（1-0.991）=2.11万千瓦。

图6 2017年化工行业典型日负荷曲线

3.非金属矿物制品业

非金属矿物制品业的日负荷曲线波动较大，在需求侧响应时段出现高峰负荷值，在9：00～10：00和19：00～21：00附近出现两个低谷，这也说明该行业生产具有可中断性，适用于以轮休方式参与阶段性错避峰限电。

图7 2017年非金属行业典型日负荷曲线

该行业耗能较大，负荷波动明显，在规定的需求侧响应时段（11：00～14：00）有明显抬峰趋势（见图7）。其日负荷率λ为0.893，需求侧响应时段的平均负荷率Γ为0.944。因为Γ＞λ，所以该行业考虑参与需求侧响应。该行业在响应时段（11：00～14：00）内最大负荷为168.86万千瓦，该行业需求侧响应规模为168.86×（1-0.944）=9.46万千瓦。

4.黑色金属冶炼及压延加工业

黑色金属冶炼及压延加工业的典型日负荷曲线呈振荡波动，并且在需求侧响应时段内负荷呈上升趋势（见图8）。

图8 2017年黑色行业典型日负荷曲线

该行业耗能较大，其日负荷率λ为0.897，需求响应时段的平均负荷率Γ为0.899。因为Γ＞λ，所以该行业考虑参与需求侧响应。该行业在响应时段（11：00～14：00）内最大负荷为209.43万千瓦，该行业需求响应规模为209.43×（1-0.899）=21.15万千瓦。

5.采矿业

采矿业的典型日负荷曲线在需求侧响应时段内有明显抬峰趋势，且负荷较大，在14：00～15：00时出现峰值，之后持续保持较高负荷水平，有较大的需求侧响应潜力（见图9）。

图9 2017年采矿行业典型日负荷曲线

该行业在规定的需求侧响应时段（11：00～14：00）有明显抬峰趋势。其日负荷率λ为0.89，需求响应时段的平均负荷率Γ为0.94。因为Γ＞λ，所以该行业考虑参与需求侧响应。该行业在响应时段（11：00～14：00）内最大负荷为68.97万千瓦，该行业需求侧响应规模为68.97×（1-0.94）=4.14万千瓦。

其他行业以此方法，进行削峰潜力评估，并按照响应规模R_i降序排列，即可得到参与电力需求侧削峰响应的行业优先级排序。在实施响应邀约阶段，可基于削峰目标的大小，按照此优先级顺序发送响应邀约，确保实施迅速可控。

表3 十五大行业削峰潜力和优先级排序

由表3可以看出，通用及专用设备制造业和医药制造业在需求侧响应时段（11：00～14：00）负荷水平较低，无参与抬高需求响应时段（用电高峰）的负荷，此两个行业需求侧响应削峰规模为0（见图10和图11）。

图10 2017年通用及专用设备制造行业典型日负荷曲线

图11 2017年医药制造行业典型日负荷曲线

综上所述，全省15大行业、1741家企业在需求侧响应时段内最大负荷约为1224万千瓦，总的响应潜力为46.85万千瓦，削峰潜力占最大负荷的3.8%。

四 试点区域非工业用户削峰潜力

目前，全省降温负荷总量超过2000万千瓦，降温负荷具有“规模总量大、短时响应效果好、用户分散”的特点。降温负荷主体多为居民、商场和酒店，居民和一般工商业可以通过短时（最长半小时）停用空调负荷来参与电力需求侧响应，原则上，空调负荷可以短时间全部停运避峰。由于首次开展试点，考虑用户参与意愿和实施可行性，针对郑州、驻马店、信阳、兰考四试点地区，试点调研集中在具有大型中央空调的商业、超市、百货、酒店和写字楼等十几家较大型有典型性的用户。2018年在试点地区共实际组织一般工商业用户削峰潜力约5.3万千瓦（见表4）。

表4 四试点地区自愿参与需求侧响应的中央空调情况

五 结论与建议

（一）各行业因生产流程和工艺不同而削峰潜力不同

各行业因受生产流程和工艺影响，在需求响应时段内负荷规模和特性存在差异，削峰潜力存在差异。以有色、化工、非金属等15大行业、1741家企业作为样本，响应能力排名靠前的五个行业依次是：黑色金属冶炼及压延加工业、非金属矿物制品业、有色金属冶炼及压延加工业、采矿业、化学原料及化学制品制造业。2017年1741家企业电力需求侧响应削峰潜力为47万千瓦，削峰潜力为最大负荷的3.8%。

（二）非工业用户降温负荷削峰潜力总量大且实施效果好

目前，全省降温负荷总量超过2000万千瓦，具有“规模总量大、短时响应效果好、用户分散”的特点。降温负荷主体多为居民、商场和酒店，居民和一般工商业可以通过短时（最长半小时）停用空调负荷来参与电力需求侧响应，空调负荷可以短时间全部停运避峰。建议进一步挖掘非工业用户降温负荷参与需求侧响应的潜力。

（三）需求侧响应内涵有待进一步拓展

有色、化工、建材、黑色等重点用电行业既是河南省传统支柱产业，也是高耗能行业。按照国家发改委颁布的《有序用电管理办法》，高耗能行业企业被列入有序用电重点实施范围。为最大限度减少度夏期间执行有序用电措施对重点用电行业生产影响，建议重点行业企业在迎峰度夏高峰时段（7月15日～8月15日，重点是7月15日～7月31日）主动实施工业企业季节性错避峰。工业企业季节性错峰，就是通过合理调整大客户年度检修或停产时间，将大客户年度计划检修或停产尽可能转移至夏季（冬季）负荷高峰，削峰填谷，降低最大负荷需求，增强基础负荷调控能力，最大限度地拉平年度负荷曲线，提高电力资源利用效率，保障广大居民客户可靠用电。建议各行业企业合理调整生产及检修时间，在基本不影响企业生产经营的前提下将年度检修或停产时间安排在夏季用电高峰，最大限度降低度夏高峰时段对企业生产的影响。

（四）建议尽快出台需求侧响应激励机制

加快出台需求侧响应激励机制，进一步发挥工业用户灵活参与需求侧响应负荷潜力，释放居民和一般工商业负荷的用电弹性，鼓励并引导电动汽车、储能等参与电力需求侧响应，培育负荷集成商等新兴市场主体，推动电力需求侧响应规模化发展。建议将工业企业季节性错峰纳入电力需求侧响应，出台工业企业季节性错峰电力需求侧响应补贴政策，对将年度检修或停产时间主动转移至夏季高峰用电时段且连续时间在5天以上的工业企业实施补贴等激励政策。需求侧响应激励机制的形成不仅可实现各类用户主动参与需求侧响应，还可进一步促使用户深度挖掘参与响应的潜力。