能源互联网中综合需求侧响应的关键问题及展望

能源互联网中综合需求侧响应的关键问题及展望

发表时间：2018-04-18T11:42:43.123Z 来源：《电力设备》2017年第31期作者：杨超马涛李臻王廷旺盛拓

[导读] 摘要：提升可再生能源利用率和能源综合效益是优化未来能源系统的基本目标之一，目前，各国能源结构都处于转型期，资源配置日趋科学，而传统能源网络配置工作已经不能适应未来能源系统的发展要求。

（国网新疆电力公司电力科学研究院）

摘要：提升可再生能源利用率和能源综合效益是优化未来能源系统的基本目标之一，目前，各国能源结构都处于转型期，资源配置日趋科学，而传统能源网络配置工作已经不能适应未来能源系统的发展要求。因此，必须借助互联网平台实现多能源的互联与融合。本文将简析能源互联网中综合需求侧响应的关键问题及展望，并提出个人见解。

关键词：能源互联网；综合需求侧响应；关键问题；展望

工业的发展离不开各种煤炭、石油、天然气等不可再生能源，而能源即将枯竭的窘境也不容忽视，因此，必须调整能源消费结构，构建科学、绿色、良好的现代能源发展体系。当前基于能源互联网平台，分散的能源市场与能源网络结构推动了传统电力需求响应（英文全称demand response，简称DR）逐步升级为综合需求侧响应（英文全称integrated demandresponse，简称IDR）的发展方向。本文将简单介绍综合需求侧响应的基本定义，分析未来能源互联网中综合需求侧响应的关键问题，并综合浅谈能源互联网中综合需求侧响应的展望趋势和相关建议。

一、综合需求侧响应的基本定义

综合需求侧响应的英文全称是integrated demand response，往往被简称作简称IDR，该系统和能源互联网和能源市场的发展密切相关，是整个能源管理系统的重要分支，能够满足电力资源供应、低碳市场发展和天然气需求，可以在交易过程中转变多能源运行机制，调节能源管理手段。从广义的视角来讲，综合需求侧响应（IDR）的主要目标是优化能源互联网的供求关系，解决供需矛盾，通过寻找可替代能源来缓解不可再生能源的危机，加强能源市场管理，降低能源分散化市场所造成的能源浪费指数，完善能源互联网管理系统，维护能源市场的平稳发展，保持能源革命的顺利进展。

国内外专家曾经指出综合需求侧响应（IDR）在能源革命与发展中发挥着三大作用，分别是提高能源的经济性，提升能源互联网的灵活性，加强能源系统的可靠性。简而言之，提高能源的经济性涉及到了两个方面，一方面，综合需求侧响应（IDR）能够自动调节能源系统，确保能量可以在不同系统中运行和切换；另一方面，综合需求侧响应（IDR）能够优化用户能源使用层面，及时了解能源的市场价格，并作出反应，以此降低能源使用成本。提升能源互联网的灵活性也可以概述为综合需求侧响应（IDR）能够增加系统调节的灵活性，提高用户在系统运行和能源市场中的参与程度，充分挖掘用户需求侧的调节潜力，实现未来多能源系统的供需协调优化以及区域能源系统的自平衡，从而提高系统中可再生能源的接入比例以及系统运行调控的灵活性。加强能源系统的可靠性则是指综合需求侧响应（IDR）能够激励用户在不同时段通过不同类型能源转换的方式进行能量补充，提高整个能源系统供能的可靠性。同时，多类型的能源存储设备使得在需求侧能够以较低的成本实现能量存储，平抑高比例可再生能源能源系统中能源供给的波动性。

二、未来能源互联网中综合需求侧响应的关键问题

（一）支持技术问题

在未来能源互联的多能源网络系统中，IDR 需要借助一系列的支持技术才能够实现，主要包括多能流置换技术、多能源智能管理技术以及综合用能预测分析技术。

1、多能流置换技术。

多能流置换是实现用户能源消费具有可选择性的重要途径。能源集线器（energy hub，EH）是实现多能流汇聚输入、置换输出以及多能互补利用的关键设备。国内外已经针对能源集线器展开了比较深入的研究。一方面，是先进电力电子技术在能源集线器中的应用，交直流配网下电力电子变压器、固态变压器作为能源集线器的核心技术之一，能够实现储能/ 电动汽车（EV）、分布式光伏以及其他分布式交流电机的接入，能够提供类似于 USB 的网络接口，保证各类型能量单元的即插即发，实现多类型分布能源的高效利用，日本“数字电网”以及美国 FREEDM 都提出了依托于上述设备的未来能源网络的构想。

另一方面，集中在能源集线器自身架构的设计和基于能源集线器的用能行为优化。但对于能源集线器的基本结构仍没有统一的认识，目前主要包括小型热电联产（combined heat and power，CHP）、电储能、电锅炉等，多能流置换也多集中在气-电置换。由于不同地区不同用户的用能需求都存在差异，应该根据用户实际的用能需求，确定能源集线器中各类型设备的组合方案和容量配比。因此，未来能源集线器应该向模块化的方向发展，具备开放式的体系架构，能够提供即插即用的模块接口，从而提高能源集线器设备利用效率。以能源集线器为节点的区域多能源系统规划是未来区域能源互联网研究的关键点之一。

2、综合用能特性预测分析技术。

在能源互联网背景下，用户的角色将逐步从单向的能源消费者向双向的生产消费者转变，用户的综合用能特性是其能量生产与消费单元自平衡后的外部表现特征。因此，对于用户综合用能特性的分析，应主要包括两个方面，一方面是各类型分布式能量单元出力预测，另一方面是用户基本用能需求以及可调控潜力分析。

（二）IDR 资源的协同运行机制问题

IDR 资源是能源互联网运行调控过程中的重要可控资源，是实现能源系统“源-网-荷-

储”协同的关键。能源互联网相关概念提出后，关于IDR资源协同优化机制的研究就已经展开，目前主要集中在用户层面和系统层面。在用户层面，相关研究主要集中在多能源市场条件下能源市场价格对各市场主体行为的影响分析。通过多主体效益建模，构建涵盖售电主体，售气主体和用户的三方博弈模型，通过模型的纳什均衡结果分析各参与主体的行为策略。部分研究还引入了碳交易市场，进一步分析碳排放约束对用户综合用能行为以及用户用能效益的影响。但对于用户用能需求的建模基本没有考虑用户不同能源需求之间的可替代性，没有对不同类型能源需求的关联性进行分析。在系统层面，相关研究主要集中在 IDR 资源对

系统整体运行成本或者综合能源利用效率的影响分析，多以系统运行成本最小为目标对多能源网络的运行控制策略进行建模分析，但在 IDR 资源建模过程中考虑的影响因素较少，并且多数仍是从电力系统的角度出发，只是分析了其他形式的能源供给对电力负荷的优化结