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北极星售电网讯:PJM电网需求响应模式及其启示
2PJM需求响应效益分析
图3所示为2006—2014年PJM需求响应资源容量（MW）和装机容量占比（%）变化趋势，可见PJM近10年来需求响应资源容量有了大幅提升，其在可用容量资源中的比例也呈上升趋势。
需求响应资源为PJM创造的效益可以从经济效益、环保价值、市场效率、运行可靠性等几个方面来论述。据统计，仅2008年，需求响应资源就为PJM带来1.06亿美元价值的效益。现分析需求响应在PJM电网中的主要效益如下。
2.1需求响应创造的经济效益
2.1.1主能量市场
PJM主能量市场是以节点边际电价进行结算的，DR资源参与市场意味着系统负荷需求降低，边际成本降低，对于降低电价有重大意义，可以直接影响市场内所有机组的结算价格，有“四两拨千斤”之效。假设用户接受固定的零售电价，对批发电价弹性较小，则可分析其基本机理，如图4所示。
图4中P1AP2C区域为主能量市场中未削减负荷所获得的直接经济效益，ABDE区域为削减负荷用户所获得的经济效益。P1AP2C与ABC区域是发电侧向用户侧转移的效益，而CBDE区域为增加的社会福利。相应测算如式（1）—（3）。
实验结果验证了电力需求响应对PJM主能量经济效益的贡献，并且初步量化了需求响应对PJM电价的影响程度。虽然影响PJM电价的原因很多，但是需求响应降低电价的作用已在PJM形成广泛共识。
2.1.2容量市场
容量市场的作用是保证发电容量以及输配容量充裕度，需要的发电容量是预测最大负荷再加上15%～20%的裕度。而输配容量则按照稳定性准则进行建设。近年的数据表明，依据这一原则获取的发电容量资源利用率约为55%，输配资源利用率则在50%以下，存在较大的资源浪费和过度建设。在容量市场中，随着相对低价的DR资源参与程度的提高，系统尖峰负荷降低，装机容量与输配容量增速相应减缓，容量市场价格有所下降。这为保持发电容量充裕度节约了成本，提高了容量投资效率，同时平衡了近年来PJM老化机组退役造成的系统可靠性风险。容量市场效益测算公式如下。
2.1.3辅助服务市场
DR资源参与辅助服务的成本低于传统发电资源。从图6中DR资源在PJM辅助服务市场（调频市场出清容量与同步备用市场出清容量）中的占比以及PJM辅助服务市场平均价格趋势中可以发现，随着越来越多的DR资源进入到辅助服务市场，PJM辅助服务成本逐渐下降，传统发电资源避免因提供备用而偏离经济运行点，提高运行效率（可提高10%～20%），同时可以在主能量市场中获得更大的利润空间。
另外，DR资源可以有效减少系统的备用容量需求。DR资源能平稳负荷波动，减少调节备用需求；DR资源能减少系统调峰压力，避免机组因调峰而反复开停机，减少机组磨损，延长机组使用寿命，减少系统检修备用需求；紧急负荷响应减少了系统的事故备用需求。
2.2需求响应对市场效率的提升
在高峰时段，部分边际发电机组可以决定系统运行边际成本，具有较大市场力。电力市场负荷侧弹性相对较小，更易造成市场力的形成。相关研究表明，当需求弹性是原有弹性的2倍时，市场集中程度（通常由HHI指数表征）降至原有50%。因此DR资源具有抑制市场力的巨大潜力。另一方面，当DR资源作为一种小型、分布式、价格低廉的主能量与辅助服务供应商参与市场后，可以引入大量新的市场主体，使市场竞争更加充分，原有的边际发电机组行使市场力的空间被压缩，市场力得到一定程度的抑制。
另外，需求响应的积极参与也减少了PJM尖峰电价的出现次数，电价波动性降低。更为稳定的批发市场价格降低了市场成员的风险，从而吸引更多的市场成员（如负荷聚合商），形成良性循环，并有正面的社会意义。
2.3需求响应对运行可靠性的改善
2.3.1改善负荷曲线，提高负荷预测准确度
DR资源较准确地反应了市场需求弹性，降低了负荷的波动性，可以提高负荷预测准确度。同时考虑到DR资源在削峰填谷上的天然作用，DR资源的参与稳定了电力价格，降低了调度计划安排难度，进而保障了系统运行的可靠性。
2.3.2增加可用调度资源，提高调度灵活性
虽然从单一的DR资源来源来看，依照调度指令削减负荷的准确性不高，但CSP可以将调度风险分摊到多个不同特性、分布广泛的DR资源上，从而获得较精确而可靠的响应。具有资源种类多样性、地域分布广泛性、动作精度可靠性的DR资源在应对小概率、高风险的容量事故或输电阻塞问题时，可以作为低成本、高潜力、响应快的实时调度资源与风险管理工具，有效增加调度灵活性，减少事故损失。在PJM近几年的高温、低温运行日分析报告中，DR资源被调用的次数、容量都有所上升，日益成为重要调度资源。
2.4需求响应的环保价值
（1）在电力尖峰时段，主能量市场需要出清高排放低效能机组用于满足电力需求，需求响应鼓励用户削峰填谷，可以减少这部分的排放，加速淘汰低效能污染机组。
（2）风电等新能源大规模接入后，增加了系统运行的不确定性，需要更多调频容量。据相关试运行结果，DR资源响应速度可以达到分钟级甚至秒级，具有快速响应特性，在参与AGC服务时调节速率快，误差小，是优质的调频资源。PJM现在正试点电动汽车、智能家居、冷暖系统等需求侧资源响应可用新能源发电，发展“随风充电”等新模式。需求响应可以平衡新能源的不确定性，促进新能源更大规模的消纳。
原标题:知识百科|国外典型电力市场之美国电力市场专题（十四）