典型激励政策对清洁电采暖可时移性负荷激励效应量化研究

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　　[摘要]2017年9月19日，国家发展改革委印发《关于北方地区清洁供暖价格政策的意见》，各地政府纷纷出台各种激励政策，鼓励电采暖等清洁供暖。本研究就着重分析电费补贴政策、分时电价政策以及实时电价政策对于电采暖这种典型的可时移性负荷的各种影响，首先分析可时移性负荷调节能力的影响因素，通过研究各种激励政策对可时移性负荷调节能力的影响，并量化各种激励政策激励特性指标，给出了每一政策特性定量描述和衡量的计算公式。
　　[关键词]需求响应;清洁供暖;激励政策;可时移性负荷
　　1引  言
　　为缓解能源危机和环境恶化的问题，以风力发电为代表的可再生能源并网发电容量快速上升，但其出力的随机波动性已成为电力系统运行面临的巨大挑战。仅靠发电侧的调节能力难以解决大规模波动性新能源发电接入后的实时供需平衡问题，电力高峰负荷持续增长以及间歇式能源的迅猛发展增加了电网调度运行的难度。除了依靠传统的供给侧追踪需求变化的方式以外，电力需求侧的作用也越来越受到人们的重视。
　　智能电网强化了用户和电网的交互能力，有利于挖掘用电侧的调节能力[1]。随着智能电网和需求侧管理技术的深入发展，电力用户可主动通过需求响应（demand response，DR）项目，根据市场的价格信号或激励信息，调整用电方式实现“削峰填谷” [2-4]，使负荷特性呈现“柔性特征”[5-6]。需求响应从根本上改变了单纯依靠增加装机容量来满足需求增长的发展模式[7]，将需求侧可调度的资源作为供应侧的替代资源[8]。
　　虽然以电采暖为代表的可时移性负荷潜在的调节能力巨大，但要想发挥用户这种电网调节作用的积极性需要各种政策扶持，运用行政和经济手段激发用户参与积极性尤为重要。
　　为了鼓励北方地区大力推广清洁供暖，促进清洁能源消纳和节能减排，2017年9月19日，国家发展改革委印发《关于北方地区清洁供暖价格政策的意见》，指出具备资源条件，适宜“煤改电”的地区，要通过完善峰谷分时制度和阶梯价格政策，创新电力交易模式，健全输配电价体系等方式，降低清洁供暖用电成本。鼓励利用谷段低价电供暖，提高电力系统利用效率，降低“煤改电”用电成本。对采暖用电部分，适当延长谷段时间（原则上不超过2小时），优化峰、平、谷价格时段划分。
　　意见要求，各地能源主管部门要进一步优化居民用电阶梯价格政策。合理确定采暖用电量，鼓励叠加峰谷电价，明确村级“煤改电”电价政策，降低居民“煤改电”用电成本。该部分电量按居民第一档电价执行;超出部分计入居民生活用电，执行居民阶梯电价。鼓励省级价格主管部门在现行居民阶梯价格政策基础上，叠加峰谷分时电价政策，并在采暖季适当延长谷段时间。农村地区以村或自然村为单位通过“煤改电”改造使用电采暖或热泵等电辅助加热取暖，与居民家庭“煤改电”取暖执行同样的价格政策。
　　从全国各省区出台的鼓励电采暖政策来看，主要的激励手段是电费补贴和分时电价两种，或者两种政策手段叠加使用。在未来电力市场中，电力实时交易也将在目前试点的基础上大面积推广运用，这一趋势也会对可时移用户参与电网调节起到积极地作用。因此，本研究就着重分析电费补贴政策、分时电价政策以及实时电价政策对于电采暖这种典型的可时移性负荷的各种影响。
　　2可时移性负荷调节能力的影响因素
　　为了分析各种激励政策对电采暖负荷的影响，找到不同政策的特性指标和对用户激励大小的关键指标，首先要弄清楚可时移性负荷调节能力的影响因素。通过理论研究，发现以下四个要素是影响可时移性负荷电网调节能力的主要影响因素。
　　2.1用户舒适度要求
　　不同的用户在电采暖使用过程中，对舒适度的范围有不同的需求。室内温度设定值，即用户个人感知的体感舒适温度及其范围，就将直接影响可时移性负荷的调整范围。如果用户感知到的舒适体感温度范围较宽，则该负荷可提供的电网调节能力就会增加，反之，可时移性负荷能够提供的电网调节能力会变小。因此，通过各种激励政策，扩大用户舒适度范围，就可以在一定程度上提高可时移性负荷对电网的调节能力。在电网用电处于低谷时段，通过提髙室内温度设定值，可以在对用户舒适度影响较小的前提下，实现空调负荷高峰时段负荷的降低，从而达到提高电网调节能力的目的。
　　2.2 环境参数
　　通过实现研究发现，电采暖、空调等可时移性负荷运行的外部温度，也会对其提供给电网的调节能力与调节时间有显著影响。在不同的环境温度下，同一种用户室内温度变化速度和需要的能量各不相同。对气温与最大空调负荷的相关性进行了研究，研究结果表明空调高峰负荷与气温具有强的正相关性。因此，在考虑时移性负荷对电网调节能力影响时，外界环境温度对可时移负荷能够提供的电网调节潜力大小均有影响，有必要将其纳入空调负荷需求响应特性指标。
　　2.3 采暖设备功率
　　在其他调节不变的前提下，电采暖设备的功率对室内温度的身高速度呈正相关关系，即：室内安装电采暖设备的功率越大，室内温度提高速度越快。同样的对于空调、电热水器等可时移性负荷，也有同样的规律存在。因此，增加可时移性负荷的功率，也就可以增加该类设备对电网调节能力的潜力。
　　2.4 建筑物的传热系数
　　建筑物的保温系数、传热特点等会对电采暖、空调等可时移性负荷的电网调节能力有显著影响。在同样条件下，依据传热学原理，保温条件好的建筑物，与室外的热交换速度就慢，这样，建筑物散热速度就慢，维持相对稳定的室温时间久长，这在一定程度上，就为可时移性负荷对电网提供的调节能力成为一个有利的外部条件，如果建筑物保温性能差，则同样条件下，可时移性负荷提供的电网调节能力和调节时间就会降低和缩短。
　　3各种激励政策对可时移性负荷调节能力的影响分析
　　3.1 电费补贴政策对可时移性负荷调节能力的影响
　　电费补贴政策就是针对各类负荷电采暖用户的企事业单位、学校和居民个人，在政府规定的范围内补贴范围内，给予一定的电价优惠的激励政策。政策的优点在于范围的广泛性、措施的直接性、对象的明确性等方面。但这种政策也有一定的局限性，即从总体上激发了参与者的积极性，在时间维度上，对用户没有任何的激励效果。也就是說，该政策只是让使用电采暖的用户在经济上享受到了优惠，但在激发用户错峰用电、消纳清洁能源上没有经济激励，也就无法调动用户在高峰时段减少用电，在低谷时段增加用电。 　　3.2 分时电价政策对可时移性负荷调节能力的影响
　　分时电价政策的意思就是针对不同时间计费的电价也不同，它是电这种商品对时间不同的反应，也是市场发展规律的反应。它使得用户为了获得更大的经济效益积极地调整自己的用电时间和用电量，从而提高了负荷率和用电效率。
　　分时电价的实施可以帮助用户更好地改变用电方式，避免高峰时段用电，提高了电力系统的负荷率和运行的稳定性。分时电价的原理也就是说把一天总共24个小时根据它的负荷情况画成曲线，根据曲线，具体划分为峰、平、谷三种状况，同样对应于三种不同的电价。这样用户会选择在高峰时段电价高的时候少用电，在低谷时段电价低的时候多用电，这样下来也可以削峰填谷，使负荷曲线更加平稳。
　　与电费补贴政策相比，分时电价政策不仅鼓励各类用户积极改变过去的用能方式，而且还通过高峰时段高电价，低谷时段低电价的手段，鼓励用户削峰填谷，真正发挥可时移负荷对电网的调节作用。因此，该政策一般与电费补贴政策配合使用，在消纳清洁能源、提升电网调节能力、减少投资等方面的积极作用。
　　3.3 实时电价政策对可时移性负荷调节能力的影响
　　实时电价也就是用电的实时定价，也就是在完善的电力市场条件下，电力供应商和有资格进入电力市场进行交易的电力用户和用户代理商根据电力的供需情况确定的直接交易价格。它能直接反映短期的生产成本及用电量信息， 能够指导用户优化用电。实时电价是在考虑运行和基本投资的情况下， 在给定时段， 如0.5h 或更短时段向用户提供电能的边际成本。
　　在实时电价这种定价方式当中，有一种叫做峰谷定价，因为在这种定价方式中，高峰时段的电价比较高，低谷时段的电价比较低，用户为了获得更大的经济效益会积极地选择在电价较低的时候用电。也就是说峰谷电价是实时电价的一种特例。因此，从激发用户电采暖错峰避谷的角度来说，这种电价政策更具有灵活性和灵敏性，能够最大限度的调动用户响应电力调度的积极性。
　　4 各种激励政策激励特性指标及量化
　　目前，国家对于电采暖等可时移性负荷提供的各种激励政策，其主要目的就是促进清洁能源的消纳，改善环境质量，在此基础上保障电网的安全可靠运行。因此，政策的目标是多样性。电采暖等可时移性负荷的各种激励政策，在达成上述目标的同时，也在一定程度上鼓励电采暖用户在经济利益的刺激下，在一定程度上改变自己的用能行为，削峰填谷，在不影响正常用电需求和舒适度的前提下，为电网提供一定的调节能力，提高电网的灵活性，降低电力成本。
　　通过深入分析和研究典型的电采暖等可时移性负荷的激励政策，项目组认为，该类政策具有以下三种与提升可时移性负荷电网调节能力特性指标。
　　4.1 激励强度指标
　　政策激励强度指标反映的是各种激励政策对可时移性负荷的用户采用电采暖模式吸引力的大小程度。在某种程度上来说，就是政策提供的优惠程度的大小。政策激励强度越大，使用电采暖的用户参与该种形式供暖所享受到的经济利益就越大，他们的积极性就越高。我们可以用政策实施前后电采暖用户享受到的电价优惠程度来表征激励政策的激励强度。该指标可以用以下公式表示：
　　式（1）中，表示政策激励强度，表示每度电现在的电采暖价格，表示激励政策实施后每度电电采暖的优惠电价。
　　因此，对于价格补贴政策而言，政策的激励强度可以表示为：
　　对于分时电价政策而言，政策的激励强度可以表示为：
　　对于实时电价政策而言，政策的激励强度可以表示为：
　　4.2 时移强度指标
　　政策时移性指标反映的是在政策经济利益的刺激下，电采暖用户主动改变用电时段的参与程度，也就是说一项激励政策对于电采暖用户在时间上主动移峰错谷积极性的激励程度。该指标可以用激励政策实施后，用户移峰错谷的电量来表征不同政策的实施效果。该指标可以用以下公式表示：
　　式（5）中，表示政策时移强度指标，表示政策实施前高峰时段的用电量，表示政策实施后高峰时段的用电量，表示政策实施前低谷时段的用电量，表示政策实施后高峰时段的用电量。
　　因此，对于价格补贴政策而言，在政策实施前后，电采暖用户都没有积极性改变自己的用电时段，因此，政策的激励时移强度可以表示为：
　　对于分时电价政策而言，由于有峰谷电价的差异，电采暖用户为了节省自己的电费支出，在不影响自己用电采暖舒适度的前提下，就有改变自己用电行为的积极性，政策的时移激励强度可以表示为：
　　对于实时电价政策而言，用户为了自己的经济利益，不仅会将高峰时段的用电量转移到低谷时段，而且在高峰时段内，还会从高电价时段项低电价时段转移，在低谷时段内，用户同样会受价格变化的驱使，转移和优化自己的用电行为。因此，该政策下的时移激励强度可以表示为：
　　4.3 拓展性指标
　　政策的拓展性指标反映的是一项政策能够吸引潜在用户改变原来的用能方式，采用电采暖清洁供暖的吸引力大小。在政策的刺激下，当用户采用电采暖方式比其他供暖方式价格便宜的时候，用户会放弃原来的用能方式，选择电采暖方式。相反，如果电采暖所要花费的采暖费用高于其他采暖方式时，用户就没有改变原有采暖方式的积极性，政策对用户就没有激励作用，因此，该项政策就没有拓展性激励特征。决定用户供暖方式最主要的因素就是一个供暖期单位面积的供暖费。因此，表征一项政策拓展性的指标，就可以用不同采暖方式下，供暖费的差值来表示。具体来说，该指标可以用以下公式表示：
　　式（9）中：表示政策的拓展强度，FJ表示一个供暖季中集中供暖模式下单位面积的采暖费，FD表示一个供暖季中，电采暖供热模式下单位面积的采暖费。
　　这样，一项政策对用户的吸引力大小就能够表征出来。
　　5结   论
　　本研究在归纳和总结国家及地方政府目前出台的各种鼓励各类用户采用清洁电采暖相关政策的基础上，将现有政策按照作用模式，分为了电费补贴政策和分时电价政策，考虑到电力市场改革的快速发展，也将实时电价政策作为即将推出的政策模式考虑进来，分别研究这三类政策对电采暖等可时移性负荷的影响，在此基础上，对政策目标、政策特征及实质进行了深入研究。研究发现，能够反映一项政策特性的指标有三种，即：政策的激励强度特性、政策的激励时移强度特性和政策激励的拓展特性。在此基础上，对政策的含义一起作用进行了总结，并分别对三类政策特性进行了量化研究，给出了每一政策特性定量描述和衡量的计算公式。
　　上述研究为进一步研究不同政策对时移性负荷提升电网调节能力的彈性及其在功率维度和时间维度可拓展性奠定了基础，也为研究政策敏感性、政策的优化组合建议提供了研究基础。
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　　[作者简介] 李伟（1968-），男，陕西凤翔人，教授，博士，从事能源政策研究;孙皓（1993-），男，江苏淮安人，东北电力大学经济管理学院研究生，研究方向：会计学。
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