论文《支撑新能源电力系统灵活性需求的用户侧资源应用与关键技术》发表于“电网技术”期刊。论文主要研究背景、内容和结论如下：伴随着传统电力系统向以新能源为主体的新型电力系统转型升级，高比例新能源的接入和传统机组占比下降导致电力系统灵活性产生缺额。电动汽车、数据中心、P2X(power-to-X)等需求侧资源可以在多时间尺度为电力系统提供灵活性，是新型电力系统灵活性的重要组成部分。该文首先描述高比例新能源背景下输电网和配电网在不同时间尺度的灵活性需求，然后对比总结了典型需求侧资源的调节特性与应用实践，研究了需求侧资源在支撑高比例新能源输电网和配电网中运行、规划2个层面多时间尺度灵活性需求的应用场景。最后针对未来需求侧资源的研究重点，从聚合技术、电碳协同优化调控策略、可信调节能力量化和通信与信息交换标准等角度，对支撑新型电力系统需求侧资源应用的关键技术进行了总结与展望。
小编解读
2021年3月中央财经委员会第九次会议强调了将碳达峰、碳中和目标融入生态文明建设的整体布局，旨在推动能源系统的清洁化、低碳化和可持续转型，构建以新能源为核心的新型电力系统，并深化电力体制改革，推广电能和清洁能源的应用。截至2021年底，全球新能源发电装机容量已达到3146吉瓦（GW），其中光伏和风力发电新增装机量显著，分别超过了130GW和70GW。在中国，2021年的光伏和风电新增装机量分别达到了5488万kW和4757万kW，使中国成为了世界上首个可再生能源新增装机量突破1亿kW的国家。
随着可再生能源比例的增加，新型电力系统的电源结构、用电模式和系统生态正经历深刻变革，尤其是高比例新能源带来的不确定性增加了系统灵活性的需求。然而，灵活发电机组的建设和传统燃煤电厂的灵活性改造面临较高的成本，加之部分燃煤机组被可再生能源取代，导致系统灵活性资源相对减少，加剧了系统灵活性的短缺。相比之下，需求侧资源因其广泛的分布和多样的调控方式，在促进电力系统从传统的“源随荷动”向“源荷互动”转变中发挥着关键作用。
随着分布式电源、电动汽车和智能家电等灵活性资源的不断接入，电力消费模式变得更为多样化，配电网的角色也从单一的电能分配转向集电力生产、运输、储存和分配于一体的多功能平台。电力用户的角色变得更加多元，既可能是电力消费者，也可能是生产者或储能者，这导致配电网的灵活性供需关系更加复杂，系统格局发生重大变化。
不同资源可提供灵活性容量变化
尽管已有研究探讨了需求侧资源的建模与优化调控，但多数研究仍基于传统电力系统背景，而现阶段因分布式资源的量化聚合、调控策略及激励机制等方面的限制，需求侧资源参与电网协同响应的灵活性潜力尚未得到充分开发。因此，针对新型电力系统的灵活性需求，深入研究需求侧资源的应用场景及电碳互动技术显得尤为重要，这对于探索和完善需求侧资源的使用模式具有重大意义。
随着可再生能源在发电结构中的比重日益增加，确保电力系统具备足够的灵活性成为关键挑战。电力系统灵活性资源主要涵盖常规发电厂、储能、互联电网和需求侧资源。其中，需求侧资源的灵活性尤为重要，它不仅包括负荷响应和电动汽车，还涉及更多种类如温控负荷、电制冷、电制热和电制气等P2X设备。这些资源能够根据电价信号或合同约定调整用电行为，帮助平衡电力供需，提高电力系统的经济性和可靠性。特别是电动汽车和P2X设备，因其快速响应能力和广泛的调节范围，对于应对高比例可再生能源接入电网带来的挑战至关重要。
研究表明，充足的灵活性资源是北欧地区成功整合风电的前提之一，而甘肃电网中风电的接入显著增加了系统对爬坡备用容量的需求。传统化石能源发电厂虽能按负荷波动调整出力，但随着电气化进程加快，电力系统越来越依赖于需求侧的灵活调节。欧洲电网的经验显示，利用电动汽车和分布式储能等需求侧资源的灵活性，可以有效解决负荷波动问题，改善电力系统的运行效率。
未来，随着可再生能源占比的持续上升，中国可调度的灵活火电机组数量将减少，对非化石灵活性资源的需求将急剧增长。国际能源署预计，2030年后，需求侧资源有望提供高达50%的系统爬坡灵活性需求，并能在短期内提供近300GW的灵活性容量。至2060年，预计40%的调峰灵活性容量将来自化学储能、抽水蓄能和需求响应，而超过50%的爬坡灵活性容量将由需求响应贡献。
高比例新能源电力系统灵活性需求
为了最大化需求侧资源的灵活性，必须考虑不同资源间的调节特性差异。例如，工业负荷因其电费成本较高，可通过电价激励或签订合同的方式实现灵活调节。随着技术进步，居民用户资源如电动汽车、温控负荷等的规模也在不断扩大，其灵活性潜力正在逐步释放。此外，P2X技术作为连接电力与其它能源形式的桥梁，能够在多个时间尺度上为电力系统提供灵活性支持，对于构建高效、清洁的能源体系具有重要意义。综上所述，需求侧资源的合理利用对于促进电力系统的转型与发展具有不可替代的作用。
随着灵活性资源的接入，电力系统的灵活性供需关系变得更为复杂。需求侧资源因其高度的灵活性潜力，能够弥补输电网和配电网的灵活性不足，显著提升电力系统的经济性、可靠性和灵活性，因此对新型电力系统的灵活性需求进行需求侧资源的应用实践与研究至关重要。需求侧资源整合手段主要分为直接控制（如微电网、虚拟电厂）和间接控制（通过交互平台进行市场交易），以充分挖掘其参与优化调度的潜力。国内外已有许多成功的实践案例，如美国自20世纪60年代提出的负荷侧资源参与电网削峰填谷构想，以及近年来中国上海、江苏等地的需求侧资源用于削峰填谷项目。
配电网调压策略示意图
需求侧资源参与能量和备用市场的 CPSSE 框架
我国需求响应信息交换标准发展历程