主要发达国家电力需求侧管理的实践及启示

黄 韧，张素芳

（华北电力大学 经济与管理学院，北京 102206）

电力需求侧管理（Demand-side Management, DSM)最初由美国电力研究所的 Clark Gellings所提出，它是指电力部门采取行政、经济及技术等综合措施，影响消费者用电行为，实现低成本电力服务所进行的用电管理活动[1]。DSM经历了几十年的发展过程其意义与内涵也在不断深化：1970——1990年DSM在全球主要体现为：紧急需求响应与简单的能效管理；1991——2008年随着各国法律制度与市场模式的不断完善，市场机制逐渐被引入到需求侧管理中来；2009年至今随着分布式电源、智能电表及相关技术规范的成熟，DSM正向电力供需耦合发展过渡[2]。

自1990年代初引入DSM后，由于电力市场与相关制度的不完善，中国DSM发展缓慢，一直处于紧急响应的初级阶段。直到2010年以后，我国生态环境恶化和新能源消纳不足问题的凸显，使得DSM逐渐成为政策焦点，为了提高系统运行效率，促进供需协调优化，我国于2013年开始进行DSM试点建设[3]。但是由于中国DSM的发展较晚，相关体系及技术规范还比较落后，为了少走弯路，需要广泛借鉴国外发展经验。本文研究了美国、英国、德国等三个最具代表性国家DSM的发展动因、政策体系及相关运作模式，以期为我国DSM的发展提供借鉴。

一、DSM在美国的实践

（一） 美国发展DSM的动因

1970年代两次石油危机的爆发导致能源短缺问题成为困扰美国经济发展的一大难题，因此美国首先提出了DSM的概念，即：不再一味追求增加装机容量来满足需求，而是通过削减需求侧负荷来解决电力供需矛盾。随后发生的2001年加州电力危机以及2003年美国东北部大停电等事件更加深了美国对其电网稳定性的思考。伴随新能源发电容量的增长，新能源并网问题日益突出，在环保主义者的推动下，美国越来越认识到，仅从供给侧进行电力改革是不够的，需要从需求侧入手，大力发展DSM[4]。

（二） 美国DSM的法律与政策体系

经过近40年的立法进程，美国逐渐形成了一套相对完备的DSM法律体系，1978——2018年美国颁布的主要DSM法律及其意义如表1所示。

表1 美国 DSM 法令主要内容及其意义

表1显示，1978年美国颁布了第一例DSM法律，但是直到2018年美国DSM体系才比较完善。DSM在美国经过了整40年的发展历程。DSM政策最初是聚焦于能源安全以及电力市场的建设，在电力市场成型后，美国才将DR作为一项国策进而全力推动DR的发展，并为DR进入电力市场不断扫除体制机制障碍。参考美国政策发布规律，可知DSM的发展既需要良好的市场环境也需要政府的补贴支持。

（三） 美国需求响应运作模式

美国需求响应运作模式主要分为：电力公司直接主导的运作模式，电力公司与负荷集成商合作主导的运作模式，以及市场主导的运作模式这三类。在市场主导的运作模式中DR的买方与卖方分别在电力批发市场与零售市场进行DR的竞价与交易。

在电力批发市场中，DR的卖方包括：拥有DR资源的电力公司（公用事业单位）、负荷集成供应商（CSPs）、新型的售电公司以及具备独立提供DR能力的大型工厂（拥有DR资源的消费者）。在电力批发市场中这些卖方可以凭借DR资源与其他能源商以相同竞价方式公平竞价。在零售市场，这些卖方则成为相应的买方，与终端的工业，商业，以及家庭客户签订不同的DR合同，获取容量，具体而言包括价格响应型（分时电价TOU，峰谷电价CPP，等）与奖金激励型两种不同类型的能源购买合同。

DR在电力批发市场上的主要参与形式则主要有以下两类：1.为了维持电网稳定而设计的可靠型产品。2.为应对市场高成本异常事件的经济型产品。可靠性产品又可具体分为：容量市场产品、辅助市场产品以及紧急情况产品三类。容量市场产品：DR可作为容量资源以保障电力系统的最大供给能力，在电网系统运营商有要求时，客户、电力公司或提供需求响应的第三方按具体说明的条件和参数远程、手动断电或周期性运转其电气设备以削减负荷，从而取代传统发电资源。辅助市场产品则是将DR用以提供辅助服务，从而保障电力系统的供需瞬时平衡能力。DR客户直接在ISO/RTO参与竞价，如果他们的竞价被接受，他们承诺处于待命状态。当区域输电组织通知这些备用需要启动需求响应时，DR会根据要求启动。紧急情况产品则是在储备短缺的时刻，用户自发、自愿的进行DR，区域输电组织并不提供任何补助。经济型产品则主要以电力竞价为主，DR集成公司将DR视作电力资源参与电力市场投标，与传统资源竞争从而赚取利润[5]。

在电力零售市场上，DR的参与形式则由出售转变为收购，电力公司、DR集成供应商由DR卖方转为DR买方，采用多种收购策略以向终端用户收购零散的DR资源，并加以整合。主要的收购策略包括：尖峰电价、高峰时段节电补贴、分时电价、系统峰值响应输电费以及实时电价等[6]，由此DR的供需达到了平衡。

（四） 美国能效管理措施

美国DSM体系的完善不仅在于其DR的高度市场化，更体现在对能效管理的重视。美国能效管理措施主要有：购买节能产品的折让激励、免费安装激励、智能电表补助以及节电特别奖励、能源之星等[7]。其中，免费安装激励是指电力公司为了激励电力用户参与节电项目投资为用户提供安装节电设备的价格优惠。数字化与智能化已成为DSM的未来发展趋势，智能电表是美国能效政策的主要聚焦点，美国于2009年便推出了《复苏与再投资法案》以及总额达45亿美元的“智能电表投资补助计划”用以促进 AMI（Advanced Metering Infrastructure）的发展。

除了政府补助之外，为了提升AMI的安装率，美国正实施一项名为Bring Your Own Thermostat（BYOT）的新型商业运作模式，即BYOT DR项目。与以往的免费安装激励相比，该项目给予经销商与用户相对较少补贴，但给予用户更多自主权，不但提高了AMI安装率且大大减少了补贴费用。此外，AMI配套的相关用电软件也有长足的发展。以家庭能源软件公司Opower为例，该公司以智能恒温器控制软件与分析软件为主，通过对公用事业企业的能源数据，以及其他各类第三方数据进行深入分析和挖掘，进而为用户提供一整套适合其生活方式的节能建议，2010——2016年间其服务的用户数已由100万户猛增6,000万户。相关数据显示，2016年美国公用事业单位在能效管理项目上共支出了63亿美元，比2006年增长了4倍，预计美国在能效管理方面的投资将持续增加[8]。

二、DSM在英国的实践

（一） 英国发展DSM的动因

英国自1992年起，为了缓解尖峰需求，保障电力系统的平衡与稳定，削弱发电商对市场的垄断，便开始推动DSM的发展。2008年英国颁布的《气候变化法案》指出，英国要逐步淘汰碳排放密集型发电厂、普及电热，实现交通出行电气化，并加大低碳能源的利用。然而，这些低碳措施会增加电力的尖峰需求，并降低电力供给侧的灵活性与稳定性。为了解决这些问题，DSM已成为英国能源政策的主要聚焦点。

（二） 英国需求响应运作模式

英国自1992年便开始进行电力需求侧的市场改革，1998年后所有用户均可自主选择供电商，且需求侧可与供给侧在同一供电平台竞争，进而DR资源集成商可在零售市场整合用户的DR资源到电力批发市场，通过每天以半小时为周期的交易执行过程，参与英国国家电网的用电平衡机制。在该平衡机制中，由单台机组或者负荷集成体构成的平衡单元，作为参加报价和受调度控制的基本单元，在其最终物理发用电计划的基础上，向系统调度机构提交卖电报价（增加发电出力或降低负荷需求）和买电报价进行交易。

其他非电能量交易的平衡手段则可以纳入辅助服务范畴。这些辅助服务连同平衡机制一起，在英国被称为平衡服务。英国的辅助服务类型具体有22种，常见的有：短期运行备用（STOR）、快速备用（旋转备用）、固定频率响应、频率控制、平衡机制启动、基荷调整、无功服务、强制频率响应和需求侧频率控制等[9]。英国DR参与平衡机制具体过程，如图1所示。

图1 英国 DR 参与平衡的模式

（三） 英国能效管理政策

自1990年代中期至今，为提高居民和小商业用户的能效，英国实施了多种能效政策，按照政策性质又可分为：监管性、市场性、金融性与自愿性四类。其中，绿色交易政策（The Green Deal）与能源公司义务（ECO, Energy Company Obligation）最具代表性。绿色交易政策是英国 2013年推出的一项能效政策。该政策的亮点在于，其以创新的财政机制消除了用户的设备安装费：用户以第三方贷款及相关补贴来支付能效装置的前期安装费用，通过设备节能所得偿还后续费用，且这些费用与能效装置一一对应，消费者不用承担任何费用。此项措施大大提高了用户节能的热情[10]。

除了绿色交易政策，为了提高能效，英国ECO系列政策要求能源公司在居民住宅内安装保温材料，替换破损取暖设施等基础设施建设。该系列措施自1994年起至今已实施了九期，极大地提升了家庭能效，取得了巨大成功。2018年最新颁布的ECO3指出：每年相关公用事业单位至少需为客户家庭安装17,000个保温实心墙体、替换35,000个破损的加热系统等[11]。表2展示了ECO政策的具体发布进程。

表2 英国 ECO 政策发布进程

三、DSM在德国的实践

（一） 德国发展DSM的动因

（二） 德国DSM法律体系

德国能源法已有近40年的发展历史，经过40年的不断的修订，德国能源法律体系已基本成熟。最早涉及DSM的法规要追溯到1974年颁布的《能源供应安全保障法》，其授权联邦政府通过DR与节能来保证基本的能源供应。随后1991年颁布的《可再生能源发电向电网供电法》则强制要求公用电力公司购买可再生能源电力，这些法规为德国可再生能源与DSM发展打下了良好的政策基础。1998年的《新能源经济法》颁布后，德国放开了电力市场。随后德国于2000——2016年陆续颁布了6期《可再生能源优先法》法案，大力改善了可再生能源的收购条件。在现阶段为了推动DSM的数字化发展，德国于2016年颁布了《数字化战略2025》（智能电表运行法案），此后德国一直在进行能源部门计量系统的数字化，目前德国已成为AMI体系最为完善的国家。这些为DSM在德国的发展奠定了良好的法律基础。

（三） 德国需求响应运作模式

德国DR市场也分为批发市场、零售市场与用户侧三部分。电力公司从用户侧整合DR资源在相关电力市场竞价，解决输电网运营商对电力的需求，获取营收。德国电力批发市场上的DR主要应用于：可切断负载市场、电力储备市场、电力现货市场以及配电网拥塞管理。在可切断负载市场上，拥有DR资源的企业可通过招标竞价与输电网运营商签订合同，当输电网运营商出现系统运行安全问题时其可以激活签订的可切断负载以保证电力系统的安全稳定。在电力储备市场上，DR资源则可作为灵活可调负载向输电网运营商提供调频服务以平衡新能源发电导致的预测误差。而在电力现货市场上，DR则多被拥有平衡结算单元的用电大企业用于购电优化以及创造营收。除此之外，DR也可用于配电网拥塞管理，当输电网运行商购买的电力储备不够用时，其可通过有针对性的对需求侧进行控制以减少电网拥塞。[7]

在零售侧方面，德国将分布式电源和可控负荷进行整合。德国的虚拟电厂（VPP，Virtual Power Plant）已成为当前保持电网平衡的重要手段。如图2所示，在德国的零售市场上，主要有实时电价（RTP）、分时电价（TOU）与尖峰电价（CPP）三类价格手段，用户不仅可通过储热加热器、电热水器等储能装置和其他分布式电源，满足自己的电力需求，更可作为“虚拟电厂”参与DR获取利益。

图2 德国零售侧 DR 手段与相应设备

（四） 德国能效管理的实践

德国从1970年代起便开始实行能效管理政策，其计划于2050年前将能源系统全部转为零碳非核能部门。在过去的10到15年间，德国推出了包括建筑规范、终端产品规范在内的能效标准；上网电价结构、能源税、用于建筑翻新贷款及赠款方案在内的金融激励措施。与英国不同的是，德国能效措施仅依靠联邦政府的基金资助，并没有以“能源供应商义务”或“绿色交易政策”的方式实行。但是与其他国家想比，德国更重视面向公众的宣传教育，德国的环保教育从幼儿园延伸到大学，形成了一套完备的教育体系。预计到2020年与2050年，德国的一次能源消耗将比2008年分别减少20%与50%[12]。

四、主要结论与启示

（一） 主要结论

1. DSM 的发展动因

主要发达国家发展DSM的动因主要源于以下几点：（1）为了应对重大自然突发事件，保护能源安全；（2）为了增大可再生电力渗透率，保持电力系统平衡、稳定；（3）为了缓解尖峰需求，增强电力系统的稳定性；（4）为了削弱发电商对电力市场的垄断，从全民经济最优的角度实现电力资源的优化配置。

2. DSM法律与政策体系

发达国家均出台了大量关于DR与能效管理的政策。为了推动DR的发展，三国均把电力市场改革放在首位。待电力市场发展成熟后再试图将DR引入电力市场交易中，并通过政策手段逐步消除DR进入电力及辅助服务市场的障碍。随着大数据与人工智能的发展，DR的自动化已成为发达国家新的政策聚焦点，国外政府已经把自动DR与AMI的标准规范研究作为现阶段的重点课题。在能效管理方面，发达国家的法律法规、补贴、减税政策、技术标准以及政策设计都比较完善。值得借鉴的是发达国家通过出台更多的能效信息型及自愿性政策，使能效管理成为一种责任。英国的能效管理政策的突出表现正是因为其将节能的责任给与能源公司，从而大大提高了执行效率。在经济激励方面，发达国家大多都摆脱了传统的政府补贴方式，而是引入更多的社会资本，出台了多元化的经济激励性能效措施。

3. DSM 运作模式

马克思主义创始人并没有在其经典著作中直接提及“公共服务”，但是，他们在论述国家理论以及生产分配理论过程中，在不同场合对公共服务的范围、来源、供给方式等都做了论述，这些零散的思想观点构成了马克思主义公共服务思想。

美、英、德等国的DR产品种类繁多，电力市场化程度均处于较高水平。在具体运作模式上，各国大致相同：DR集成商在零售市场通过出售DR产品聚合用户的需求侧资源，资源整合完毕后进而在电力批发市场上竞价交易。与美、德两国不同的是，在批发市场交易完成后，英国系统运营商会在平衡市场上购买平衡电量，通过特有的用电平衡机制弥补因信息不对称造成的电量偏差，从而保证每0.5小时的用电平衡。在未来运作模式上，国外正加大对自动DR及VPP的研发与实践，以期进一步建立VPP与DR相结合的新型能源互联网体系。

（二） 启示

自上世纪九十年代初DSM理念引入我国以来，我国DSM工作越来越受到重视，国家、省级及试点城市的DSM激励政策，促进了我国DSM的发展。但是，与上述发达国家相比，我国DSM还处在初级发展阶段。2014年以来，国家推动能源革命，能源互联网兴起，分布式能源发展以及新电改启动等新形势，为我国DSM工作带来了机遇与挑战。新形势下，如何借鉴主要发达国家的经验，推动我国DSM工作，是一个非常值得研究的问题。上述发达国家DSM实践对我国的启示主要有如下五个方面。

1. 高度重视DSM的重要作用

在节能减排需求日益提升、可再生能源并网问题日益凸显的今天，仅从供给侧进行能源革命是缺乏效率的。我国电力系统在积极推动供给侧改革的同时，也应高度重视DSM在提升电网灵活性和稳定性方面的作用。无论是从资源配置、能源安全还是能源转型角度来看，需求侧管理对我国电力系统的发展都是至关重要的。

2. 抓紧完善法律政策体系与设备标准并加大资金支持力度

尽管我国陆续颁布了以《电力需求侧管理办法》、《电力需求侧管理办法（修订版）》、《关于深入推进供给侧结构性改革做好新形势下电力需求侧管理工作的通知》(发改运行规〔2017]1690号)等20余项国家级政策[13]，且在北京、苏州、唐山、佛山实行了DR试点项目，但与上述国家相比无论是法律体系还是支持力度都有不少差距，主要体现在：

（1）我国电力市场化改革仍在路上，法律基础明显缺失。相关发达国家的电力市场化法规体系已基本成型，政府仍在陆续颁布新法规用以构建以DSM为重要组成部分的新型电力系统。以美国为例，为了完成电力市场化改革，其陆续颁布了包括《能源政策法（1992）》、《能源政策法（2005）》、《能源独立与安全法案（2007）》在内的多项法规。在这之后为了进一步推动DSM其又颁布了多项政策用以不断完善DR的价格机制，消除DR进入市场的后续障碍。而我国电力市场还没有完全放开，DR进入电力市场交易还存在较大障碍。

（2）缺乏DSM发展所必须的基础设施与标准。发达国家将DSM视作其未来电力系统不可或缺的组成部分，因此给与了大量资金与政策支持。中国目前则主要将DSM视作临时性的工业节能手段，不管是补贴还是基础设施都与发达国家有较大差距。

（3）DSM缺乏法律地位。中国现今关于DSM的法规大多以部门规章和规范性文件的形式存在，缺乏足够的法律强制力，且内容单一，包容性不足。具体到业务操作层面的法规则少之又少。与之相比上述国家均已出台了专门的法律，从整体发展战略到具体实施程序，制定了缜密的发展计划，个别国家甚至将发展DSM作为其基本国策。

3. 加快电力市场化改革步伐

电力市场化改革即比量齐观的放开电力市场的发电、配电、售电等环节，引入竞争机制，建立电力竞争市场。由于电力市场自然垄断的特性，其准入门槛较高具有较强排外性，供给侧的新兴发电资源进入尚且步履维艰，何况需求侧资源。因此，为了将DSM更好地融入电力系统中降低电力市场的进入壁垒，各国均将电力市场化改革作为首要目标。随着新电改的进行，我国发电商与售电商终于可以直接竞价交易，2019年以广东、山东、江苏、山西为代表的11个省份已进一步着手构建省级电力市场。甘肃、山西的电力现货市场试点已试运行，其余省份的电力现货市场预计也将于2019年全面放开，由此可见我国电力市场化程度正逐步提高。尽管如此但与上述国家相比，目前我国电力市场化程度仍然不足，电力批发市场与零售市场仍未全部放开，政府应有计划地加快电力批发市场与零售市场的放开步伐，争取早日实现电力市场化改革，为DR的进入构建良好的市场环境。

4. 加大对能源效率管理的支持力度

我国虽然也推出了许多与能效管理相关的规制性措施，但与发达国家相比我国能效管理政策仍存在较大缺陷。首先，这些措施普遍处于政策层面并没有达到法律层面，以我国提出的“淘汰落后产能”、“千家企业节能行动”等政策为例，其因与国家政策目标挂钩而初始强度巨大但政策的后期持续性不足；其次，相对而言我国的能效激励措施种类较为单一，主要依赖政府的直接补贴，缺乏在信贷、信息以及技术等方面的能效支持；最后，我国能效政策的实施大多依靠政府强制力保障，缺乏自愿性的能效政策，企业的能效管理缺乏足够的内生动力。为了解决上述问题，首先，应尽快完善相关法律体系，保障能效政策的一贯执行力度，避免一鼓作气、再而衰、三而竭的困境；其次，可以借鉴发达国家的政策经验，推出以税收优惠、贴息贷款、低息贷款、能效咨询服务、专家集群交流等各项政策，摆脱政府在能效政策方面“独木难支”的困境；最后，应加大能效教育力度，并出台相应的自愿性政策，潜移默化的影响个体与企业的行为，逐步将能效管理从企业发展的外生推力转变为内生动力。

5. 创新DSM商业运作模式

在分布式电源、高新储能、自动DR、VPP、互联网技术及其他高新技术飞速发展的今天，将上述成果有机地结合起来形成的全自动、智能能源互联网将成为未来DR发展的主要趋势[14]。我国应加快对上述高新技术的研发。在能效管理方面，借鉴国外具有前瞻性的财政机制，消除交易成本，同时提升居民参与度，走出具有中国特色的DSM商业模式。