RMI：2023電力需求側靈活性系列：工業靈活性潛力及發展現狀報告（23頁）.pdf

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1、電力需求側靈活性系列：工業靈活性潛力及發展現狀2023.09/落基山研究所：劉雨菁，劉子屹，謝俊中國電力科學研究院有限公司：宮飛翔，李德智落基山研究所：陳梓浩，高碩，李婷，張瀝月，周勤中國電力科學研究院有限公司：陳宋宋劉子屹，謝俊，劉雨菁，宮飛翔等.電力需求側靈活性系列：工業靈活性潛力及發展現狀，落基山研究所，2023電力需求側靈活性系列：工業靈活性潛力及發展現狀版權與引用劉雨菁，yujingliurmi.org本報告作者特別感謝以下來自企業和研究機構的專家對報告撰寫提供的洞見與建議。孫沖 國網河北省電力有限公司營銷服務中心萬達 中鋁科學技術研究院有限公司王順江 國網遼寧省電力有限公司張海靜

2、國網山東省電力公司營銷服務中心特別感謝Climate Imperative Foundation對本報告的支持。本報告所述內容不代表以上專家和所在機構，以及項目支持方的觀點。/電力需求側靈活性系列：工業靈活性潛力及發展現狀前言 4一、工業需求側靈活性含義及其發展歷程 6 1.1 保障新型電力系統安全穩定亟待需求側靈活性發揮重要作用 6 1.2 需求側靈活性的含義及其發展歷程 6 1.2.1 需求側靈活性的含義及相關概念辨析 6 1.2.2 我國需求側管理發展歷程 7 1.3 工業是需求側靈活性的重要潛力來源 8 1.4 本報告研究目的 10二、工業需求側靈活性的主要來源及其潛力 11 2.1

3、工業負荷的基本分類 11 2.2 不同工業進行負荷調節的方式 12 2.3 典型工業需求側靈活性來源及其潛力 13三、全球工業需求側靈活性探索與實踐 15 3.1 全球工業需求側靈活性實踐 15 3.2 中國工業需求側靈活性實踐 17四、需求側靈活性挑戰與工作展望 20 4.1 工業需求側靈活性發展面臨的挑戰 20 4.1.1 技術限制挑戰 20 4.1.2 經濟和市場監管挑戰 20 4.1.3 企業管理挑戰 21 4.2 推動工業需求側靈活性的近期工作展望 21參考文獻 22/電力需求側靈活性系列：工業靈活性潛力及發展現狀前言電力行業占全球二氧化碳排放的約40%，推動電力生產零碳化和終端用能

4、電氣化已成為全球應對氣候變化、加速能源轉型的重要抓手。終端用能電氣化是工業、交通、建筑等領域的關鍵減排手段，這將進一步提高對零碳電力供應的需求。2022年，全球電力供應中仍超過60%來自化石能源，零碳電力系統的構建是各國面臨的共同課題。零碳電力系統會面臨著供給側和需求側的雙重不確定性，這將帶來更高的系統靈活性需求以滿足電力平衡、實現更大規模的新能源消納。在供給側，以風電、光伏、水電為代表的可再生能源發電技術呈現明顯的間歇性或季節性特點；在需求側，電力負荷的波動性也伴隨終端電氣化和極端天氣頻發等多重因素影響而變得愈發強烈。在低碳轉型的背景下，傳統上發揮調節作用的煤電、氣電等電源裝機占比將持續下降

5、，電力系統需要更多的零碳靈活性資源來應對供需波動、實現從分鐘到年度層面的電力電量平衡。2021年，國務院印發的2030年前碳達峰行動方案（下簡稱“方案”）指出，加快構建新能源占比逐漸提高的新型電力系統，從源、網、荷等多方面開發靈活性資源，以推動碳達峰、碳中和目標的實現。方案明確，建設新型電力系統要“大力提升電力系統綜合調節能力”，“加快靈活調節電源建設”，“建設堅強智能電網”，“引導自備電廠、傳統高載能工業負荷、工商業可中斷負荷、電動汽車充電網絡、虛擬電廠等參與系統調節”。伴隨著經濟發展和其他行業的電氣化進程，中國電力需求仍將持續增長，需求側靈活性價值也將愈發顯著。落基山研究所在2022年發布

6、的先立后破，邁向零碳電力探索適合中國國情的新型電力系統實現路徑報告認為，需求側彈性地參與供需平衡是新型電力系統的特性之一，實現需求側的可觀可控是提高系統靈活性的有效手段。近年來，全國電力供需平衡偏緊，加強電力負荷管理、挖掘需求側靈活性資源已成為構建新型電力系統的迫切任務。從宏觀看，2015年至2022年間全社會用電量年復合增長率達6.1%，最大用電負荷增速更高，年復合增長率為7.1%，負荷側呈現出更大的波動性。從局部看，供需矛盾已經在部分地區凸顯：2022年7、8月迎峰度夏期間，全國有21個省級電網用電負荷創新高，華東、華中區域電力保供形勢嚴峻。除了傳統的夏季負荷高峰外，隨著消費結構和產業結構

7、調整升級，華東、華中和南方區域負荷已呈現夏季和冬季雙峰現象：2022年2月迎峰度冬期間，江西、湖南、四川、重慶、上海、貴州等地部分時段電力供需平衡偏緊?？梢?，相比于電量平衡，電力負荷平衡的挑戰更加嚴峻，亟需優化升級需求側管理手段助力緩解供需矛盾。從現狀來看，我國需求側管理仍以有序用電為主，尚未形成完善的市場化運作機制，用戶側負荷調節技術儲備不足、主動響應能力開發程度較低。2023年國家發展改革委組織修訂了電力需求側管理辦法，首次新增需求響應章節，強調按照市場化、常態化、聚合化、可靠化方向推進需求響應工作，到2025 年各省需求響應能力達到最大用電負荷的 3%5%，同時明確有序用電與需求響應的邊

8、界、要求精細化開展有序用電工作。無論是精細化有序用電還是市場化需求響應，摸底用戶負荷調節的技術可行性和建立可調節資源庫都是必須的基礎工作。在各類用戶中，我國工業用戶用電量達到57001億千瓦時，在全社會用電量占比高達65%，而且我國工業體系完整、負荷結構豐富，理論上具備較大的需求側靈活性挖掘潛力。此外，工業用戶由于單體用電量大、溝通成本低等因素是當前有序用電實踐中優先考慮的負荷資源。深入調研不同工業類別、不同企業間的負荷調節能力有助于制定更加合理的電力需求側管理方案。/電力需求側靈活性系列：工業靈活性潛力及發展現狀基于以上背景，落基山研究所需求側靈活性系列報告首先將重點放在工業部門，本篇綜述報

9、告及后續的細分行業子報告將著重探討開發工業需求側靈活性的技術層面核心問題，即各類工業生產環節的負荷可調節潛力。本篇報告將立足中國工業需求側靈活性的發展現狀，結合國內外現有研究和實踐，識別工業需求側靈活性的主要來源和潛力，探討工業需求側靈活性開發的技術、經濟和管理挑戰，從而助力工業需求側靈活性在新型電力系統建設中發揮重要作用。/電力需求側靈活性系列：工業靈活性潛力及發展現狀一、工業需求側靈活性含義及其發展歷程1.1 保障新型電力系統安全穩定亟待需求側靈活性發揮重要作用1.2 需求側靈活性的含義及其發展歷程1.2.1 需求側靈活性的含義及相關概念辨析電力系統靈活性是指在一定經濟成本約束下電力系統快

10、速響應供需兩側大幅度功率與電能波動的能力。在 2030年前實現碳達峰、2060 年前實現碳中和的目標下，中國可再生能源裝機迅速增加、發電比重快速增長。2021 年10月，國務院印發的 2030年前碳達峰行動方案 指出，“構建新能源占比逐漸提高的新型電力系統”，“到2025年，非化石能源消費比重達到 20%左右”，“到 2030 年，非化石能源消費比重達到 25%左右”。截至 2022 年底，我國風電、光伏在電力系統中裝機占比 29.6%，發電量占比 13.7%。2023 年 6 月，國家能源局組織發布的新型電力系統發展藍皮書指出，要在建設新型電力系統的加速轉型期（當前至 2030 年）推動新能

11、源成為發電量增量主體，并達到裝機占比超過 40%、發電量占比超過 20%的目標，還要在總體形成期（2030 年至 2045 年）、鞏固完善期（2045 年至 2060 年）推動非化石能源發電逐步轉變為裝機主體和電量主體 。建設新型電力系統的階段性目標層層推進，意味著未來以風電、光伏為代表的可再生能源電力滲透率將繼續快速提升，加劇電源側出力的波動性和不確定性，再疊加需求側的波動性，電力系統未來將會面臨更為嚴峻的供需平衡挑戰。因此，電力系統的靈活性亟待提升，以保障電網運行的可靠性、穩定性和安全性。電力系統靈活性的提升難以依靠單種技術或單一路徑實現，必須在電力系統的多個環節深挖潛力、共同發揮作用。目

12、前，我國的電力系統靈活性主要來自于靈活性改造后的煤電機組、常規水電、抽水蓄能、電化學儲能、氣電機組等。其中，煤電機組靈活性改造率仍較低，“十三五”煤電靈活性改造實際完成不到 6000 萬千瓦，而且爬坡速度較慢、啟停時間較長、煤耗升高等問題也使得煤電機組無法成為理想的調節手段。常規水電具有明顯的地域限制和季節性限制，其調節能力也受到流域內梯級調度、農業水利等影響。此外，發展氣電受到國內氣源不足的能源安全約束，抽水蓄能地域限制明顯且建設周期較長，電化學儲能也面臨著調節時間較短、成本較高等問題。截至 2022 年底，具備快速調節能力的抽水蓄能、電化學儲能、燃氣發電僅占電力系統總裝機的 6.6%。因此

13、，僅靠發電側靈活性無法滿足電力系統的穩定性和可靠性需求。電網側的靈活性也受到線路輸電能力、區域協調、電力市場等多個因素影響，調整較為復雜。而需求側的靈活性分布廣泛，可快速響應電力供需變化、實現多時間尺度負荷調節，同時調用成本較低，在提高電力系統靈活性方面具有明顯的優勢。因此，開發需求側靈活性成為了保障電網安全穩定運行的迫切需求。需求側靈活性（Demand-side Flexibility,DSF）通常是指電力用戶可以根據電力系統運行的需求而調整自身用電行為的能力，是電力需求側管理的重要組成部分。2023年發布的電力需求側管理辦法（征求意見稿）指出，需求側管理是指加強全社會用電管理，綜合采取合理

14、可行的技術、經濟和管理措施，優化配置電力資源，在用電環節實施需求響應、節約用電、電能替代、綠色用電、智能用電、有序用電，推動電力系統安全降碳、提效降耗 。其中，綠色用電要求需求側提供靈活性以促進可再生能源消納，實現能源綠色轉型；而智能用電則是通過信息通信技術與用電技術的融合，來幫助電力用戶挖掘需求側靈活性資源。1234/電力需求側靈活性系列：工業靈活性潛力及發展現狀圖表1 需求側管理及需求側靈活性的含義及分類1.2.2 我國需求側管理發展歷程自 2011 年電力需求側管理辦法實施以來，我國開始著力推動市場化需求響應、促進節能降耗、擴大綠電消費、保障電力安全等需求側管理實踐。2015 年，中共中

15、央、國務院印發關于進一步深化電力體制改革的若干意見，明確提出積極開展需求側管 理和實施需求響應。2016 年，國家能源生產和消費革命戰略（2016-2030）也明確提出開展工業領域的電力需求側管理專項行 動。工業和信息化部也印發工業領域電力需求側管理專項行動計劃（2016-2020），提出建設電力需求側 管理平臺，通過制定工作指南等重點任務，組織鋼鐵、有色、化工等重點行業開展示范推廣，全面提升工業 領域用能效率和需求響應能力。2017 年，國家發展改革委員會（國家發改委）等六部委聯合印發電力需求側管理辦法（修訂版），強調需求側靈活性潛力主要通過需求響應的方式得以應用。需求響應（Demand-s

16、ide Response，DR）是指用戶根據電力系統運行的需求自愿調整用電行為。通過需求響應可以實現削峰填谷，提高電力系統靈活性，保障電力系統安全穩定運行，促進可再生能源電力消納 。區別于有序用電，用戶需求響應是一種主動參與用電調整的行為，是需求側管理的重要技術手段。需求側管理、需求側靈活性以及需求響應之間的關系如圖表1所示。資料來源：2023年電力需求側管理辦法（征求意見稿），落基山研究所需求側管理需求響應引導電力用戶根據電力系統運行的需求自愿調整用電行為直接釋放需求側活性 為用戶進一步節約用能成本提高需求側靈活性挖掘的電量基數促進可再生能源電力消納先進技術助力需求側靈活性資源開發促進用戶提

17、高能效，實現用電環節電力電量節約需求側靈活性分時電價實時/動態電價尖峰電價等直接負荷控制可中斷/削減負荷緊急需求響應輔助服務容量機制等基于價格的響應基于激勵的響應在終端消費環節實施以電代煤/油等措施，通過市場化、智能化等手段實現綠色用能替代促進綠色電力供需協同互動，提高可再生能源消納利用水平，激發全社會綠電消費潛力通過信息通信技術與用電技術的融合應用，提升電力需求側管理智能化水平節約用電電能替代綠色用電智能用電5/電力需求側靈活性系列：工業靈活性潛力及發展現狀圖表2 需求側管理相關政策時間路線圖 要總結推廣需求響應試點經驗，并提出了“建立需求響應與可再生能源電力消納協調互動”的經濟激勵機制。2

18、021年，由工業領域電力需求側促進中心牽頭組織編制了電力需求側管理通用規范 第1部分：總則電 力需求側管理通用規范 第2部分：術語兩項標準，由全國電力需求側管理標準化技術委員會提出并歸口，進一步規范了電力需求側管理的標準。同年，國家能源局修訂發布了電力并網運行管理規定、電力輔 助服務管理辦法，旨在擴大電力輔助服務新主體，豐富電力輔助服務新品種，完善用戶分擔共享新機制，健全市場形成價格新機制。2022年1月，國家發改委等部門發布的“十四五”現代能源體系規劃確立了工業資源的重要調節地位，文件提出要引導大工業負荷參與輔助服務市場，鼓勵電解鋁、鐵合金、多晶硅等電價敏感型高載能負荷改善 生產工藝和流程，

19、發揮可中斷負荷、可控負荷等功能。2023年5月，發改委等再出臺電力需求側管理辦法（征求意見稿），明確提出到2025年，各省需求響應 能力達到最大用電負荷的3%5%，其中年度最大用電負荷峰谷差率超過40%的省份達到5%或以上；到 2030年，形成規?；膶崟r需求響應能力，結合輔助服務市場、電能量市場交易可實現電網區域內可調節資 源共享互濟。1.3 工業是需求側靈活性的重要潛力來源 工業負荷基數大、調節潛力高，是電力系統需求側靈活性挖掘的重要來源。電力需求側用戶主要包括工業、商業、居民住宅等部門，而可參與需求響應的范圍更為廣泛，包括微電網、分布式智能電網、虛擬電廠、電動汽車充電設施、用戶側源網荷儲

20、一體化聚合等新型負荷側資源。在各類用戶中，作為我國國民經濟的命脈，工業用戶具有最高的電力消費占比，是我國國民經濟的命脈（圖表3）。據中國統計年鑒顯示，2022年，我國全部工業增加值突破40萬億元大關，占GDP比重達到33.2%，工業用電量達到57001億千瓦時，在全社會用電量占比高達66%，遠超過商業及居民用戶。伴隨著工業經濟不斷發展和部分工業通過電氣化實現綠色低碳升級，工業部門用電量將持續增加。除了用電量基數巨大外，我國工業負荷結構豐富，負荷可調節潛力巨大、可操作性高：根據中國電力科學研究院的調研分析，我國削峰潛力、填谷潛力排名前15的行業均屬工業領域，主要集中在水泥、鋼鐵、鐵合金、碳化硅、

21、電解鋁、電解鎂等行業，同時以水泥、電解類、鋼鐵為代表的電價敏感型行業參與電力需資料來源：落基山研究所整理20112016202120222015201720212023發改委等 電力需求側管理辦法中共中央、國務院 關于進一步深化電力體制改革的若干意見發改委等 電力需求側管理辦法（修訂版）國家能源局 電力并網運行管理規定電力輔助服務管理辦法發改委等 電力需求側管理辦法（征求意見稿）工信部 工業領域電力需求側管理專項行動計劃（2016-2020）國家能源局 電力需求側管理通用規范發改委等 “十四五”現代能源體系規劃67/電力需求側靈活性系列：工業靈活性潛力及發展現狀圖表3 我國各類電力用戶的用電量

22、占比因此，開發工業需求側靈活性對于保障我國電力系統穩定可靠具有重要意義。雖然我國從上世紀90年代開始引入電力需求側管理，但之前主要依靠計劃調度模式。目前有序用電的優先級制定較為粗糙，工業企業負荷往往被強制性的拉閘限電，導致停工停產、造成經濟損失，電力系統對工業負荷主動響應能力的挖掘尚不充分。近年來，伴隨著碳達峰碳中和、新型電力系統等目標的提出，實現需求側的可觀可控、彈性地參與電力平衡已成為電力系統的建設重點之一，已有多個省份開始需求響應、虛擬電廠等實踐試點。而且，信息技術發展與電力市場化改革為工業需求側靈活性的新一輪開發提供了重要技術支撐與市場條件。從技術角度而言，隨著能源數字化戰略的實施，工

23、業企業逐步形成“感知-傳輸-計算-控制”一體化的獨特優 勢，全面賦能工業精益生產的同時，也為節能降碳、參與電網互動間接賦能。比如鋼鐵行業提出了“超級自 動化、極致柔性”、“極致能效”等行業發展目標。隨著工業互聯網與能源互聯網建設的深入推進及融合，基于模型和數據聯合驅動的方法將充分考慮生產運行過程中電參數和非電參數的耦合關系，通過實際生產、安全和經濟等約束的等價邊界量化，可實現實際生產工況中柔性負荷的解耦，實現溫控類、電解類、球磨 類、廣義儲能類等可調節負荷資源的時空特性精準挖掘。從市場角度而言，隨著電力市場建設的逐步完善，需求側資源也被賦予更重要的市場主體地位。根據2023年 發布的電力需求側

24、管理辦法（征求意見稿），電網企業將加快構建可用、可控的需求響應資源庫，符合求響應的收益顯著。在組織管理方面，面向工業用戶的單體溝通成本低，通過資源普查、可調節性評估等可以篩選出有限數量、高品質的工業需求響應資源，通過開展定向的、常態化的工業響應業務延伸，完成削峰填谷、新能源消納等典型電網調節場景。各終端部門用電量占比（%）第一產業 第二產業 第三產業 居民生活 全社會用電量全社會用電量（億千瓦時）數據來源：中國統計年鑒2022，落基山研究所100%90%80%70%60%50%40%30%20%10%20182019202020212022 0%900008000070000600005000

25、040000300002000010000014.1%15.8%69.0%14.2%16.4%68.3%14.6%16.1%68.2%14.1%17.1%67.5%15.5%17.2%66.0%/電力需求側靈活性系列：工業靈活性潛力及發展現狀1.4 本報告研究目的基于以上背景，落基山研究所（RMI）需求側靈活性系列報告首先將重點放在工業部門，本篇報告及后續的系列行業報告將著重探討開發工業需求側靈活性的技術層面核心問題，即各類工業生產環節的負荷可調節潛力。只有先明確各環節的負荷可調節特征，才能進一步通過市場機制設計，充分發揮靈活性潛力。因此，本系列報告將基于國內外現有研究和實踐，結合專家訪談和企

26、業調研，總結梳理工業需求側靈活性的發展現狀，識別工業需求側靈活性的主要來源和潛力，探討工業需求側靈活性開發的技術、經濟和管理挑戰，從而助力工業需求側靈活性在保障電力系統可靠性和穩定性、促進電力系統低碳化進程中發揮重要作用。電力市場準入要求的需求響應各類主體可常態化參與電能量和輔助服務市場交易，支持需求響應主體納入容量機制范圍，建立并完善與電力市場銜接的需求響應價格機制。這意味著工業企業不僅可以通過移峰填谷、優化用電行為在電能量市場節約用電成本，還可以直接或間接通過負荷聚合商、售電公司、虛擬電廠運營商、綜合能源服務商等電力需求側管理服務機構主動參與輔助服務市場、容量機制、需求響應機制來維護電力系

27、統穩定運行?，F有的需求響應資金主要是源于財政專項資金、省間可再生能源交易差價盈余、季節性尖峰電價、可再生能源消納補貼、現貨市場平衡資金及輔助服務費用等，未來有望納入到輸配電價的系統運行費用中。電力市場化改革為工業企業開發和利用需求側靈活性提供了更多的經濟激勵手段，有望充分調動企業參與需求側管理的積極性。10/電力需求側靈活性系列：工業靈活性潛力及發展現狀圖表4 工業負荷按功能分類一覽二、工業需求側靈活性的主要來源及其潛力2.1 工業負荷的基本分類首先，需了解工業生產過程中的各類負荷特點，才能進一步挖掘負荷調整空間，進而做出合理的需求響應決策。從生產功能角度而言，工業負荷可分為生產性負荷和非生產

28、性負荷（圖表4）。生產性負荷是指工業生產過 程中，由于生產設備驅動、電加熱或者電化學過程而消耗的電力 。生產性負荷又可分為三類：主要生產負 荷、輔助生產負荷、安全保障負荷。對于生產性負荷而言，其可調節潛力取決于各工業用戶的終端設備功 率、設備使用頻次、保留負荷等因素。而非生產性負荷是指企業用于辦公照明、辦公電器、空調制冷、制熱 等功能的輔助性負荷。由于各類工業的生產工藝不同，主要用電設備及其負荷占比均有較大差異 。通常情 況下，生產性負荷是工業進行負荷調節的最主要來源。資源來源：中國電力科學研究院，落基山研究所工業負荷生產性負荷主要生產負荷輔助生產負荷安全保障負荷辦公照明辦公電器空調制冷/制熱

29、其他類型非生產性負荷非生產性負荷工業負荷最主要的部分，包括工業生產核心環節各類設備的用電負荷用于輔助主要生產設備進行生產活動的相關設備用電負荷保障生產過程安全性的相關設備用電負荷899/電力需求側靈活性系列：工業靈活性潛力及發展現狀圖表5 工業負荷按調節方式分類一覽2.2 不同工業進行負荷調節的方式根據工藝流程特點，工業可分為連續型生產工業和非連續型生產工業，分別對應差異化的需求響應策略 。連續型生產工業，也稱為流程性生產工業，是指物料均勻、連續地按一定工藝順序流動，在流動中不斷改變形態和性能，最后形成產品的生產。典型連續型生產工業包括化工、鋼鐵、鋁生產等。由于其生產工藝的連續性，通常需要相對

30、穩定的負荷供應，同時對供配電的安全性和可靠性要求較高，一般情況下適合于通過負荷轉移和負荷削減來提供靈活性。非連續型工業，也稱為離散型工業，是指單個的、可用特定的單位（如臺、件等，而非重量或體積）計數的產品的生產。這類工藝的特點將產品生產過程分解成多個生產單元，最后組裝成品。這類工業負荷可調節性相對更高，調節方式選擇更為靈活，典型非連續型生產工業包括食品、機械設備生產等。資源來源：中國電力科學研究院，落基山研究所 從需求響應策略角度而言，工業負荷可分為可調節負荷和不可調節負荷，而可調節負荷又包括了可中斷負 荷、可轉移負荷和可削減負荷（圖表5）。不可調節負荷通常對供電的可靠性要求高，一旦改變其用電

31、行 為，會對用戶生產或電網安全造成重大影響，因此不能輕易調節?？芍袛嘭摵墒侵竿ㄟ^簽訂協議，在電網高 峰時段或緊急情況下，工業用戶可以暫時中斷部分負荷需求。這種方式通常具有分鐘級的靈活性，并且能夠 快速響應電力系統的需求?？赊D移負荷是指工業用戶在計劃安排下可以靈活調整用電時間，但總耗能保持不 變；可調整負荷是指工業用戶通過降低部分功率來滿足電力系統降低負荷的要求。負荷轉移和負荷削減兩種 方式需要用戶頻繁進行開關設備的調整，通常適用于小時級和日內時間尺度的調節。工業負荷可調節負荷可中斷負荷可轉移負荷可削減負荷不可調節負荷通過提前簽訂協議，在電網高峰時段或緊急狀況下，電力用戶可中斷的負荷部分供電時間

32、可按照計劃變動的負荷，可通過改變生產周期轉移負荷。這種負荷變化只進行用電轉移，總耗能不變在響應期間通過延長工作時間、降低工作效率、減少產量等方式減少部分功率，以滿足電網降低負荷的需求對供電可靠性要求高，一旦調節會對用戶生產或電網安全穩定造成重大影響10/電力需求側靈活性系列：工業靈活性潛力及發展現狀2.3 典型工業需求側靈活性來源及其潛力不同類型工業的主要負荷調節設備、參與需求響應的時間尺度以及響應潛力（即可調負荷占比）均有明顯差異 。圖表6展示了一些典型工業的相關研究與實踐情況。在政策、技術、補貼等理想條件下，紡織行業最高可實現35%左右的響應潛力，電解鋁最大可調節負荷比例約22%，鋼鐵行業

33、也能實現最高約20%的調節潛力，水泥、玻璃、設備制造等行業的響應潛力也均在20%以上 。不同工業可通過調節生產溫度、生產速度、輸入電流或輸入電壓等運行狀態實現負荷調節。通過溫控方式調節負荷的典型工業是鋼鐵行業：例如在煉鋼過程中，通過調整鋼鐵精煉爐的測溫加料時間、高溫精煉時間、升溫速率、降溫速率等，來實現生產負荷的調節。通過調整電流電壓來調節負荷的典型工業是電解鋁行業：企業通過自動控制系統，在不中斷熔煉爐的情況下，根據外生電力的可用性實時改變功耗；當電力供應不足/過剩時，電解槽中的智能熔煉罐會降低/增加輸入電壓，也可通過對不同電解槽的啟停，在短時間內產生較大的負荷變化來提供靈活性。除了通過自身負

34、荷調節外，一些大型工業可以通過自有發電資源的方式參與需求響應。工業用戶可通過自備電廠供電替代電網輸電來降低電網負荷的需求，或者通過分布式備用電池來參與需求響應，提供需求側靈活性。例如，根據Global Energy Monitor數據，中國在運自備煤電廠裝機共計超過130GW，占所有在運煤電裝機的12.0%，主要集中在鋁（約76GW）、化工（約26GW）、鋼鐵（約10GW）等工業部門?？梢?，自備電廠也是一類不容忽視的提供工業需求側靈活性的重要途徑。工業行業在低碳轉型發展過程中，企業的自備電廠轉型升級也迫在眉睫，除了傳統煤電機組向高效環保升級外，投資可再生能源和儲能可能是更為長遠的路徑，有利于實

35、現電力的清潔化與低碳化，并規避化石燃料價格的波動風險，同時也為電網提供了更多的零碳靈活性來源。911，129電力需求側靈活性系列：工業靈活性潛力及發展現狀圖表6 典型工業需求側靈活性的主要調控設備、響應時間及響應潛力資源來源：國網電力科學研究院程元等，中國電力科學研究院，落基山研究所*恢復投運是指從受一定調節的運行狀態恢復到正常運行的狀態，而非從中斷狀態恢復至運行狀態工業類型電解鋁電解槽、自備電廠2h（鋁電解槽）smin 1h2h4h8h1-2h20%鋼鐵（煉鋼）電弧爐、軋鋼生產線、自備電廠每班次（軋鋼）10-30min（電爐）0.5-1h20%鐵合金礦熱爐、電弧爐、還原爐等0.5-4h水泥回

36、轉窯、立窯等30%24%紡織織布機、加彈機等35%玻璃空壓機、退火窯、玻璃熔窯、冷端玻璃切割機25%設備制造溶化爐、熱處理爐、高頻爐等20%響應時間準備時間響應時長恢復投運時間主要調控設備響應潛力/smin 1h2h4h8h2h（鋁電解槽）smin 1h2h4h8hsmin 1h2h4h8h1-2hsmin 1h2h4h8hsmin 1h2h4h8h每班次（軋鋼）10-30min（電爐）smin 1h2h4h8h0.5-2hsmin 1h2h4h8h0.5-2hsmin 1h2h4h8h0.5-3hsmin 1h2h4h8h0.5-3hsmin 1h2h4h8h0.5-2hsmin 1h2h4

37、h8hsmin 1h2h4h8h0.5-4hsmin 1h2h4h8h0.5-1hsmin 1h2h4h8h0.5-1hsmin 1h2h4h8h1-2hsmin 1h2h4h8h1-2hsmin 1h2h4h8h1-2hsmin 1h2h4h8h1-2hsmin 1h2h4h8h1-2hsmin 1h2h4h8h9*圖表7 2020年部分國家分部門電力消費結構三、全球工業需求側靈活性探索與實踐3.1 全球工業需求側靈活性實踐工業的需求側靈活性潛力挖掘在全球各國均具有重要意義。圖表7展示了中國與其他典型國家的電力終端消費結構。其中，除了中國具有最高的工業電力消費占比（60%）之外，德國的工業終

38、端電力消費占比也達到了44%。為了實現到2030年可再生能源發電比例達到80%的目標，德國已開始大量挖掘需求側靈活性資源，據統計，德國工業需求響應潛力可達10GW，約占全國最大負荷的13%。對于美國而言，盡管其工業用戶電力消費占比僅為19%，但根據美國環境署統計，2021年美國通過需求響應機制實現削峰12GW，其中工業用戶貢獻了45.6%，充分體現出工業用戶挖掘靈活性的優越性。由于產業結構和技術水平的差異，不同國家的工業需求側靈活性潛力及重點行業有所不同。圖表8展示了七個國家典型工業終端用電占比?？梢钥闯?，中國、德國和日本的鋼鐵用電占比較高，鋼鐵行業需求側靈活性潛力的開發需求尤為迫切。而對于澳

39、大利亞而言，有色金屬制造的用電占比更高，其負荷調節的潛力開發更為重要。此外，食品生產制造在法、英、美等發達國家也有明顯占比。數據來源：國際能源署IEA，落基山研究所美國法國英國日本工業交通居民其他商業及公共服務澳大利亞德國中國0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%19%0%39%34%8%26%2%39%31%2%30%2%38%28%1%35%2%29%34%0%36%3%28%32%1%44%2%26%26%1%60%3%17%7%14%電力需求側靈活性系列：工業靈活性潛力及發展現狀/13圖表8 各國不同工業電力消費在總消費占比從實踐來看，歐洲一些發達國家已在工

40、業需求側靈活性挖掘方面有顯著進展。圖表9展示了歐洲6個典型國家工業可參與需求響應的負荷潛力占全社會最大負荷的占比。其中，英國、荷蘭和比利時的工業需求響應潛力占比最高，占比均為17%，而其他國家該占比也都超過10%。從實際參與需求響應的情況來看，目前英國、法國、荷蘭的需求響應實際參與量已開發至潛力的60%左右，而德國和西班牙的開發程度相對較低，僅為30%。數據來源：中國電力統計年鑒，歐洲輸電系統運營商聯盟TenneT ，美國能源信息署，日本電力公司聯盟，澳大利亞氣候變化、能源、環境和水部，落基山研究所數據來源：歐洲輸電系統運營商聯盟TenneT ，落基山研究所圖表9 2020年典型國家工業需求側

41、靈活性潛力及實施情況100%26%80%60%40%20%18%17%17%17%13%13%10%16%70%60%50%40%30%20%10%0%14%12%10%8%6%4%2%0%0%美國法國英國日本澳大利亞德國中國食品飲料煙草制造機械造紙印刷化工及石化有色金屬制造鋼鐵其他需求響應潛力占最高負荷比實際參與需求響應占需求響應潛力比（右軸）7%12%24%10%14%7%38%3%3%17%10%14%14%30%7%11%15%7%11%19%40%17%16%11%2%13%2%比利時西班牙荷蘭英國德國法國39%5%7%23%11%3%12%20%7%13%18%4%27%11%10

42、%58%6%7%7%6%6%參與需求響應的負荷占峰荷比例需求響應實際參與量占總潛力比例電力需求側靈活性系列：工業靈活性潛力及發展現狀14 1414/電力需求側靈活性系列：工業靈活性潛力及發展現狀3.2 中國工業需求側靈活性實踐盡管目前中國工業需求側靈活性的發展仍處于起步階段，但從近期發展趨勢來看，工業生產技術和信息技術的進步、需求響應相關機制和配套政策的完善都為規?；_發工業需求側靈活性潛力創造了條件 。技術層面，近年來部分工業設備和工藝流程的更新換代有助于需求側靈活性實踐，如電解鋁企業更新二極管整 流器為負荷調節范圍更廣的晶閘管整流器，鋼鐵行業推廣電力負荷占比更高的的短流程技術以替代長流程技

43、術 等。而且，近年來大數據、云計算、工業互聯網等信息技術的發展使得工業能更加精準地實施負荷調節，并與 電網實時互動。在市場和政策機制層面，2021年，國家能源局發文提出貫徹落實2030年前碳達峰行動方案有關要求，全 面推動高載能工業負荷、工商業可調節負荷、新型儲能等參與輔助服務市場，激勵需求側主動參與系統調節，減少系統運行峰谷差。近年來全國多個省份陸續出臺了需求響應專項政策并開展了相應的實踐，圖表10總結 了目前各省需求響應政策的參與主體、響應能力目標、響應方式及價格機制等。工業作為主要的電力用戶，在 各省均被納入到需求響應的主要參與主體中，以通過經濟激勵推動工業企業挖掘需求側靈活性潛力。從補

44、貼機 制來看，各省份針對多種響應方式設置了不同的響應價格和補貼標準，以充分激勵各類型用戶參與需求響應。15電力需求側靈活性系列：工業靈活性潛力及發展現狀山東2022.06.07獨立用戶、負荷聚合商、虛擬電廠運營商、儲能運營商力爭全省電力需求響應削峰、填谷資源分別達到600萬千瓦、200萬千瓦以上，實際削峰、填谷能力分別達到200萬千瓦、100萬千瓦以上根據需求響應類型分檔，第一檔每響應1千瓦負荷不超過2元/（千瓦月）緊急型需求響應和經濟型需求響應2022年全省電力可中斷負荷需求響應工作方案河北2023.04.06電力用戶、負荷聚合商兩類（一）當負荷響應率低于80%時，響應無效，不予補貼；（二）

45、當負荷響應率在80%-120%之間時，按有效響應電量乘以出清價格進行補貼；（三）當負荷響應率高于120%時，120%-150%部分按有效響應電量乘以出清價格的0.5倍進行補貼；150%以上部分，不予補貼日前響應、日內響應、實時響應河北省發展和改革委員會關于進一步做好河北南部電網電力需求響應市場運營工作的通知貴州2023.04.07電力用戶、負荷聚合商等力爭電力需求響應交易規模占年度最大用電負荷的5%左右響應價格上限為1.5元/千瓦時。交易中心會同調度中心結合每日需求響應出清結果，做好需求響應分攤費用結算按照對負荷曲線的影響，需求響應包括削峰類、填谷類兩類；按照響應時序，可將其劃分為邀約型、實時

46、型兩類貴州省電力需求響應實施方案（征求意見稿）天津2023.01.11電力用戶、負荷聚合商、虛擬電廠等邀約型填谷需求響應為固定補償模式，價格為1元/千瓦時邀約型填谷需求響應、邀約型削峰需求響應、緊急型削峰需求響應天津市2023年春節期間電力需求響應實施細則江蘇2022.10.24工商業用戶、居民用戶、負荷聚合商等形成最大用電負荷5%以上的需求響應能力約定響應谷時段可再生能源消納補貼為5元/千瓦，平時段補貼為8元/千瓦約定需求響應和實時需求響應江蘇省電力需求響應實施細則(修訂征求意見稿)寧夏2022.06.14電力用戶、負荷聚合商等最大響應能力不超過最大用電負荷的5%1.削峰響應按照2元/千瓦時

47、補貼，補償費用按照有效響應量、補貼系數、補償價格、響應時長計算得出2.填谷響應按照0.35元/千瓦時補貼，補償費用按照有效響應量、補貼系數、補償價格、響應時長計算得出削峰需求響應和填谷需求響應寧夏回族自治區電力需求響應管理辦法圖表10 典型省份現有工商業需求響應政策匯總政策文件發布時間參與主體云南甘肅2023年云南省電力需求響應方案2023.04.272023.04.21響應能力目標響應方式價格機制響應時長工業負荷、工商業可中斷負荷、建筑樓宇負荷、用戶側儲能負荷、電動汽車充電設施、分布式發電、智慧用電設施等電力用戶、負荷聚合商等最大響應能力不低于 100 萬千瓦采用“日清月結”結算模式，補償費

48、用按照代理協議約定條款發放給電力用戶和負荷聚合商（一）實時型響應補貼：全年統一價格2.5 元/千瓦時；（二）邀約型響應補貼：削峰類響應補貼標準的上下限分別為5元/千瓦時和0元/千瓦時；填谷類響應上下限起步階段分別暫定為1 元/千瓦時和0元/千瓦時約定（日前）響應和應急（日內）響應甘肅電力需求響應市場實施方案（試行）四川2023.04.1910千伏及以上工商業電力用戶、負荷聚合商等最大用電負荷5%左右的需求側市場化響應能力單個交易單元只能申報一個響應價格，響應價格的上下限分別為 P1和P2。具體限價標準由省級價格主管部門另行明確2023年四川省電力需求側市場化響應實施方案市場化邀約包括削峰類、填

49、谷類兩類；按照響應時序，可將其劃分為邀約型、實時型兩類/資源來源:落基山研究所整理/電力需求側靈活性系列：工業靈活性潛力及發展現狀福建2022.05.24電力用戶、負荷聚合商、儲能資源用戶、充電樁運營用戶形成占福建電網最大用電負荷5%左右的需求響應能力根據用戶實際響應量占申報響應量的比例，設置補貼價格系數激勵型需求響應：日內實時響應和日前邀約福建省電力需求響應實施方案（試行）重慶2022.04.30電力用戶、負荷聚合商等需求響應補貼標準參考國內其它省市執行情況，并兼顧重慶市負荷特點，在削峰響應方面，工業用戶為10元/千瓦/次，商業、移動通信基站、用戶側備用電源、數據中心、電動汽車充換電站、凍庫

50、等用戶為15元/千瓦/次；填谷響應為1元/千瓦/次約定需求響應和實時需求響應2022年重慶電網需求響應實施方案（試行）廣東2022.04.16高載能工業負荷、工商業可中斷負荷、用戶側儲能、電動汽車充電設施等逐步形成年度最大用電負荷5%的響應能力現階段響應價格為單段報價，具有條件后可啟用多段報價。日前邀約申報價格上限為3500元/MWh；日前邀約虛擬電廠申報可響應容量下限0.3MW，可中斷負荷申報價格上限為5000元/MWh；可中斷負荷虛擬電廠申報可響應容量下限為0.3MW日前邀約需求響應等廣東省市場化需求響應實施細則（試行）政策文件發布時間參與主體響應能力目標響應方式價格機制響應時長圖表10

51、典型省份現有工商業需求響應政策匯總廣西2021.12.28電力用戶、負荷聚合商等暫定響應價格上限為2.5元/kWh，電力用戶月度分攤需求響應市場損益上限為0.01元/kWh邀約型需求響應廣西電力市場化需求響應實施方案（試行）湖北2021.06.18工業用戶、負荷聚合商、儲能資源用戶等形成湖北電網最大用電負荷3%-5%左右的需求響應能力有效響應補貼=有效響應量響應系數實際補貼標準，實際補貼標準按實際有效需求響應用戶中報價最高值確定日前響應邀約、日內響應邀約湖北省電力需求響應實施方案（試行）浙江2021.06.08電力用戶、負荷聚合商等全市儲備用戶側削峰響應能力20萬千瓦以上,具備最高用電負荷5%

52、以上的削峰能力電量補貼最高4元/kWh，容量補貼根據響應類型且僅在旺季予以補貼削峰需求響應：日前、小時級、分鐘級、秒級；填谷需求響應關于開展2021年度電力需求響應工作的通知陜西2021.05.21電力用戶、負荷聚合商等經濟型響應（非居民）、經濟型響應（居民）、緊急型響應三類根據調控時間有不同的需求響應補貼標準緊急型需求響應和經濟型需求響應2021年陜西省電力需求響應工作方案安徽2022.01.19電力用戶、負荷聚合商等逐步形成全省最大用電負荷5%左右的需求響應能力對通過需求響應臨時減少（增加）的用電負荷執行響應補償價格；對納入需求響應資源庫，可供隨時調用的約時和實時備用容量，按月執行容量補償

53、價格，并根據需求淡旺季進行差異化調整約時需求響應、實時需求響應安徽省電力需求響應實施方案（試行）4.1.1 技術限制挑戰工業開發需求側靈活性的最基本條件是明確各環節的可調節負荷量，并且掌握其進行需求響應的速度、持續時間以及恢復速度，進而做出最優的需求響應決策。然而，當前許多工業生產設備的信息化、自動化及智能化程度仍然不足，具備聯網能力的設備信息交互接口不統一，這些技術缺失使得工業的靈活性潛力難以得到準確評估 。進一步，如果智能設備無法捕捉體現生產特性的關鍵參數，或者沒有較好的定量分析及優化模型利用讀取的關鍵數據，則無法有效識別出工業需求側的負荷調節空間，進而限制了靈活性資源的應用，導致無法有效

54、地擴展和調節需求響應資源 。一方面，對于一些連續型生產企業，其生產過程的負荷穩定性尤為重要，如果不能精準把控負荷調整時間和范圍，則會面臨嚴重的安全風險。另一方面，對于一些生產工藝較為復雜的工業，其負荷的調節必須滿足相關生產約束條件，而約束往往表現為非電力變量。因此，需要考慮工業負荷生產階段的其他特征，并將這些特征與工業負荷調節聯系起來，建立符合生產實際的可控特征模型。此外，技術標準的缺失也是導致工業需求側靈活性開發較難的重要原因。許多工業并不熟悉保障生產質量與安全的基線負荷，并且對響應時間并不熟悉，因而導致參與需求響應存在困難。同時，考慮到一些工業工藝和技術的差異，其需求響應的能力及特性也存在

55、異質性，從而使得成功參與需求響應的企業經驗缺乏可轉移性，進一步增加了工業調節負荷的難度。4.1.2 經濟和市場監管挑戰除了技術挑戰之外，不可持續性的商業模式與經濟激勵也是工業需求側靈活性發展較慢的重要原因 。從成本來看，需求側靈活性的挖掘需要大量技術與設備投資，同時增加額外的運營成本。而這些成本通常難以獲得融資，導致需求響應工作推進困難。此外，負荷的頻繁調節可能使主要生產設備性能和效率降低，從而造成額外的能源損失并降低設備使用壽命。從效益來看，部分工業的電力成本在總生產成本中占比較低，僅僅通過移峰填谷、節約用電成本并不能帶來顯著的效益改善，同時還會面臨產量無法交付、產品質量降低等風險。目前較低

56、的需求響應成本收益也反映了相關市場機制的缺位 。從電能量市場層面，目前只有山西、山東、廣東、甘肅、蒙西等少數省份（市、區）現貨市場進入長周期連續試運行，大部分省份的工業用戶并不能直接感受到實時的電價變化，降低了工業用戶開發自身用電靈活性、優化用電行為的積極性。此外，盡管目前已超過十八個省份（市、區）發布了電力需求響應相關實施方案，但多為迎峰度夏期間配套有序用電的應急機制，響應總量和補償標準每年更新，無法對工業企業開發需求側靈活性提供穩定的投資信號。此外，當前工業參與需求側靈活性缺乏統一完善的監管框架，難以實施工業需求側靈活性的評估標準和驗證程序，相關需求響應市場方式（交易品四、需求側靈活性挑戰

57、與工作展望4.1 工業需求側靈活性發展面臨的挑戰盡管工業需求側存在較大的靈活性資源，但其潛力的挖掘依然面臨著來自技術限制、經濟和市場監管、企業管理等多方面的挑戰，這些挑戰共同導致了當前工業需求側靈活性資源開發的不充分 。/電力需求側靈活性系列：工業靈活性潛力及發展現狀16,1718192021/電力需求側靈活性系列：工業靈活性潛力及發展現狀4.1.3 企業管理挑戰除了技術、經濟和市場監管之外，工業實施需求側靈活性還存在企業管理方面的挑戰。一方面，企業管理人員可能因為缺乏對于需求側靈活性的認知，而對開展需求響應實踐產生抗拒心理。另一方面，需求響應實踐需要安排特定人員深入了解相關專業知識，并且對工

58、人的操作程序提出了額外要求，這都易讓員工因需要學習新技術而形成抵觸心理。這些隱形障礙也會給工業需求側靈活性開發帶來困難。種）仍需針對不同工業負荷特征、響應速率、響應可靠性等關鍵參數進行精細化設計?？捎^的是，少數電力市場化改革發展較快的省份已推出了針對需求響應的市場機制并開始常態化運行，如廣東自2022年4月陸續開展日前邀約、可中斷負荷、直控型可調節負荷競爭性配置等市場化需求響應交易品種；甘肅、福建等省份也發布了相關試行政策文件，這為開發工業需求側靈活性帶來了更多機遇。4.2 推動工業需求側靈活性的近期工作展望對我國而言，幫助工業提高對于需求側靈活性的認知，明確參與需求響應的戰略意義和未來經濟潛

59、力，加快推進工業生產過程的信息化、智能化建設并幫助識別工業靈活性潛力，是當前亟需解決的重要課題。因此，本系列報告旨在基于我國發展現狀，總結工業負荷及用電量特征，了解工業需求側靈活性的調節潛力，并進一步明確當前面臨的主要挑戰。隨后，我們還將通過一系列的行業子報告，深入調研需求側靈活性資源較為豐富的主要工業行業（電解鋁、鋼鐵等）的開發潛力及其主要技術手段，各類潛力的響應特征及其潛在影響，以及開發靈活性亟需解決的問題。同時，我們還將展示全球各類工業需求側靈活性發展的優秀案例，總結可供企業參考的實踐經驗。近年來，全國層面及各省發布了一系列推動需求側管理進程的政策，為工業發展需求側靈活性創造了空間 。隨

60、著工業信息技術的發展，信息技術、人工智能技術、工業物聯網技術等與傳統工業控制系統、能源管理系統的融合，為工業開發需求側靈活性潛力提供了必要的數據和技術支撐。此外，隨著電力市場建設的推進，需求響應的市場機制將會逐步完善，這為工業參與需求響應提供了經濟激勵。工業企業精益生產、節能降碳、低碳綠色發展、參與電網互動是一個系統工程，政府層面也應從發改、能源、工信、環保等多部門聯合進行頂層設計，從多個維度促進后工業時代企業各維度的高質量發展。相信在不遠的將來，工業的需求側靈活性將在保障電力系統穩定性、助力電力脫碳中發揮重要作用。22/電力需求側靈活性系列：工業靈活性潛力及發展現狀1.國務院.2030年前碳

61、達峰行動方案.(2021).2.國家能源局等.新型電力系統發展藍皮書.(2023).3.AKRAMI,A.,DOOSTIZADEH,M.&AMINIFAR,F.Power system flexibility:an overview of emergence to evolution.J.Mod.Power Syst.Clean Energy 7,9871007(2019).4.國家發展改革委.電力需求側管理辦法（征求意見稿）.(2023).5.傅質馨,李紫嫣,朱俊澎 袁越.“雙碳”目標下需求側管理機制研究綜述及展望.電力信息與通信技術 21,112 (2023).6.Siddiquee,S.

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