图源摄图网
摘要：尖峰电价(critical peak pricing, CPP)是通过需求侧管理实现发电侧节能减排的重要手段. 现有主流电价优化模型忽略了CPP对发电供给侧的影响, 对尖峰日与非尖峰日时终端用电行为的差异性分析也存在不足. 本文通过研究CPP对供电侧机组运行的影响机制, 挖掘终端用电行为的差异性, 设计了针对不同时期的用电需求响应模型, 综合考虑发电侧供电煤耗和终端用户满意度, 构建CPP多目标优化模型, 采用NSGA-II遗传算法进行求解. 基于3类场景分析用户需求响应模型参数的取值、终端满意度约束、电价费率限制三类指标对CPP定价、负荷改善情况以及机组煤耗减少量的灵敏性, 验证了模型的有效性. 结果显示: 所提电价优化模型效果较好, 并且用户响应斜率、终端满意度、电价费率限制对CPP定价、负荷改善情况以及机组煤耗减少量的影响较大.
关键词：尖峰电价；供电煤耗；电价费率；灵敏度分析
一、研究背景与意义
统计数据表明，随着电力建设和终端负荷需求的增加，中国电力行业对煤炭等一次能源的消耗仍呈现上升趋势。由于中国各省经济发展、技术水平和自然禀赋存在较大差异，各省之间火电工业二氧化碳排放量及其碳减排潜力也存在较大差异。因此衡量电厂的能源利用率和碳减排潜力具有重要学术价值，对探索火电行业的低碳发展道路具有重要意义。电力系统的需求侧管理以及调度机制优化是实现火力发电厂碳减排的重要手段。近年来，各国学者对发电厂的经济负荷分配、系统的安全经济调度等一系列问题展开了持续深入的研究。分时电价作为一种常见的基于价格的需求响应方式，在国内被广泛应用。但由于TOU的静态特征，其单一性硬性特征很难满足电力终端用户数目庞大、消费形式多样性的特点。因此，增强电价的灵活性，衔接性是未来电价改革机制的重要方向。而CPP作为一种动态价格机制，是未来售电侧调控终端负荷需求的主要电力价格手段，对提高电力系统负荷稳定性以及调度安全性具有重要意义。
二、主要内容
本文首先通过供电成本、运行成本、电源投资费用等角度研究了尖峰电价对供电侧机组运行的影响机制；其次，通过构建尖峰窗口模型，确立了尖峰电价执行的尖峰时期以及尖峰时刻；之后，通过挖掘终端用电行为的差异性，基于消费者心理学设计了针对尖峰日与非尖峰日两个不同时期下的终端用电需求响应模型，量化了执行尖峰电价后终端用户用电负荷的变化；另外，从供电侧和需求侧两个角度出发，兼顾用户满意度、平均电价、折扣约束与峰荷约束等因素，构建了尖峰电价多目标优化模型，并采用NSGA-II遗传算法对其进行求解；最后，针对某工业园区8月份的负荷使用情况，对尖峰日与非尖峰日时的电价优化、供电煤耗减少程度以及节约标准煤量进行算例分析，并基于3类场景分析用户需求响应模型参数的取值、终端满意度约束、电价费率限制三类指标对尖峰电价定价、负荷改善情况以及机组煤耗减少量的灵敏性，验证所建优化模型的有效性。
三、主要结论及政策建议
优化后的CPP定价模型，在尖峰日可降低发电侧机组供电煤耗1.568g/KWh，负荷率提高4.48%，节约标准煤0.57吨；在非尖峰日可降低发电侧机组供电煤耗0.462g/KWh，负荷率提高1.32%，节约标准煤0.59吨，实行优化后的CPP，终端用户日负荷率显著提高，供电侧排放CO2量显著减少，对提高供电侧负荷稳定性，减少机组运行成本及相关CO2排放量具有良好的效果。
终端用户满意度、电价费率约束以及电价响应斜率的变化对CPP优化结果影响较大，而用户对电价波动响应的阈值与饱和值的变化对优化结果影响较小，其中，响应斜率是由终端用户的工作特性等因素决定的，不同用户对电价波动响应的阈值与饱和值也不同。
四、边际贡献与未来拓展
本文的边际贡献如下：
1）针对用户对尖峰电价响应差异性的问题，通过梳理尖峰电价对供电的影响机制，建立尖峰日与非尖峰日的用户需求响应模型，丰富了需求响应机制下的CPP理论；
2）针对CPP机制对碳减排效益影响研究不足的问题，通过构建兼顾发电侧供电煤耗和终端费用支出两方利益的多目标CPP优化模型，厘清了终端负荷使用与发电侧机组运行对CPP的反馈机制；
3）针对CPP机制不确定性的问题，通过CPP优化结果和多场景模拟，明确需求响应模型参数、终端满意度约束、价格、费率约束对CPP定价、负荷改善情况以及机组煤耗减少量的敏感性，提出了CPP优化机制的理论建议。
本文的未来拓展如下：
CPP通过需求侧管理改变终端用户的用电行为，对提高电力系统稳定性、降低发电侧机组运行的碳排放具有良好的改善效果。本文的电价优化模型只从发电侧与用电侧两个角度出发，探讨CPP对发电侧机组运行过程中碳排放的改善情况，但在未来CPP的设计实施中，要综合考虑发电侧、电网公司与终端三方面的共同利益，同时根据终端用户的工作特性、对电价的响应积极性等因素，对终端用户进行分类，实行差别化CPP机制，从而保证CPP实施的科学性和可持续性。
五、写作、投稿过程的心得体会
本研究旨在为降低发电机组供电煤耗问题，对CPP的定价机制模型就行了优化设计，为后续电网企业CPP的定价提供了新型方向与借鉴。本研究从前期选题，到后期文献梳理、调研、问题凝练以及模型构建、论文撰写全过程共历经5个月之久，再回首，犹如时光过隙，感谢团队指导老师的辛勤教导，也感谢团队成员这么久以来付出的努力，本研究不仅见证了团队所有成员5个月以来的心血与付出，也证明了团队在中国电力市场领域积极探索的足迹。
本论文自投稿至录用总用时9个多月，在此过程中，领域相关专家与编辑部老师都提出了许多具有专业性、建设性的意见，团队成员深受启发，不仅令本研究更具有可行性，同时也能够为读者留下更深刻的印象。因此，团队成员在此诚挚的感谢审稿专家老师们与编辑部老师提出的宝贵意见，这对本论文质量的提升起到了关键性的作用。我们也将会继续努力在电力市场领域进行深一步探索研究。为中国电力市场的发展贡献自己的力量。
本文摘编自《系统工程理论与实践》2024年,第44卷,第7期论文《计及煤耗率的尖峰电价优化模型及灵敏度分析》（点击题目链接全文）；
作者：喻小宝 , 博士,副教授,研究方向:电力市场,综合能源服务；（通讯作者）董真余 , 硕士研究生,研究方向:尖峰电价；郑丹丹 , 硕士研究生,研究方向:电力市场,综合评估；邓思维，硕士研究生,研究方向:输配电价
1. 上海电力大学 经济与管理学院, 上海 200090;
2. 中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司, 规划研究院, 贵阳 550081