1引言
在全球气候变化问题日益突出的背景下，习近平总书记提出“双碳”目标，是中国向世界做出的庄严承诺。能源领域是我国主要的二氧化碳排放源，占全部二氧化碳排放的88%左右，而电力行业排放约占能源行业排放量的41%，是实现“双碳”目标的主战场。新能源并网发电是减少碳排放的有效措施，随着新能源发电设备的大规模接入，由于新能源发电具有不确定性、不稳定性，电力系统的稳定性和经济性迎来了巨大挑战。仅是通过供给侧的调节已无法有效地应对，需要寻找一个新的调度模式，实施需求侧管理提高了需求侧在电力市场中的影响，综合规划供需两侧的资源关系，促使需求侧、供给侧联动参与电力电量的平衡。需求侧响应作为电力需求侧管理的重要内容，在提高电网可靠性、促进可再生能源消纳、降低能源成本等方面发挥愈发重要的作用（丁一等，2017；罗纯坚等，2017；仉梦林等，2017）。
近年来，需求侧响应受到关注，自2014年以来，我国北京、佛山、上海、浙江等多省市因地制宜地实施了需求侧响应。2019年夏季江苏电网针对大工业用户，同时采取分时定价和尖峰定价策略，首次进行“削峰”，负荷减少达4.02GW。2020年10月1日至3日，江苏累积实施的需求响应填谷1340万千瓦，促进清洁能源消纳8690万千瓦时，一次响应降低电网峰谷差率约3.53个百分点。2021年5月初上海实施了电力需求响应行动，据国网上海电力介绍，通过开展规模化的“削峰”和“填谷”，在不到两天时间内上海累计调节电网负荷56.2万千瓦，消纳了清洁能源123.6万千瓦时。
本文基于“双碳”目标，具体分析了需求侧响应的碳减排路径，并提出了需求响应在减排过程中面临的困境以及发展建议。
2“双碳”目标下的电力需求侧响应
2.1电力需求侧响应的概念与类型分析
需求侧响应是当电力市场中出现明显的价格升高（降低）或者系统安全可靠性存在风险情况时，基于价格或激励措施，用户调整固有的用电习惯，从而减少或者推移用电负荷的一种短期行为。
需求侧响应策略主要分为两种类型，一类是基于价格的需求侧响应措施，价格型需求响应的核心是用户进行自主选择。供电方考虑发电成本与用电需求制定电价，用户因实时电价调整自身的用电行为。价格型需求响应策略鼓励用户跟随动态电价进一步管控自身电能的消耗，从而减少峰值负荷，减轻对电力系统的压力。包括分时电价、尖峰电价和实时电价；另一类是基于激励的需求侧响应措施，激励型需求响应主要是基于奖励机制。用户通过同电网公司签订相关合同，跟随调度中心的指令改变其用电方式，响应结束后将会获取一定的奖励。反之，如果用户没有依据合同进行需求响应，电网公司将会对其采取对应的惩罚措施。激励型需求响应包括直接负荷控制、可中断负荷、需求侧竞价、紧急需求响应等（李锦飚，陈湘萍，2021；易文飞等，2018）。
图1 需求侧响应类型
2.2电力需求侧响应的作用与意义分析
电能无法大规模经济存储，而且供需双方需要保证实时的动态平衡，正是电力系统的这些特点使得电网需要提前规划电量的分配以确保整个系统运行的可靠性，这也决定了电力市场交易不具有完全竞争性（朱寰等，2019）。在传统的电力体制下，用电负荷增长时仅是提高发电机组的出力来应对，用户往往被视为“刚性”资源，不主动参与电网的调度，由于峰段持续时间较短，发电机组的投资利用率较低。现阶段引入的需求侧响应成为全面参与电力市场的新资源，在需求侧响应中，负荷需求具有弹性和时空转移性，用户能够自主决定是否通过增减负荷、负荷转移参与配电网的优化调度，此时用户成为一种“柔性”资源，能够有效调峰，等价于备用容量。需求侧响应主要目的是尽量保证发电量为用电量，使得负荷曲线和发电量曲线尽可能保持一致，促进电力系统的稳定性，最大化利用新能源的出力，减少电力系统对备用容量的需求，降低电力系统的电力生产和使用成本，实现整个电力系统的节能减排。对电力用户而言，需求侧响应为用户节省了一部分电费，还可以培养用户的节约用电意识，实现多方共赢。
2.3“双碳”目标下电力需求侧响应的发展趋势
在“双碳”目标下，能源结构的调整成为电力行业减少碳排放的必然选择。传统电力系统中，主要通过控制火电机组、水电机组出力来平衡负荷波动，具有较强的负荷跟踪能力和调节性能。随着电力系统中新能源比例的持续增加，又因为新能源如风能、太阳能具有“极热无风、夜间无光”特征，新能源发电出力存在明显的间歇性和随机性，新能源发电设备的大规模接入对电力系统稳定供应、实时平衡提出了新要求、新挑战。为了消纳持续增长但出力不稳定的新能源，电力系统需要配备、建设大量的调峰电源以满足发用电的实时平衡，将要付出更高的成本，这对电力系统的经济性也提出了新挑战。此外，为应对新能源出力的不稳定，频繁启停调峰机组或者机组长期处于低负荷运行状态，这可能会消耗更多的化石能源，产生更多的污染物排放，增加了减少碳排放的难度。为此，需要研究新的调度模式，解决新型电力系统中运行管理的问题。以互联网技术为支撑，加强需求侧响应资源的开发利用，电力用户依据调度指令或市场信号，自发调整用电方式，能够提高电力供给侧和需求侧的协同互动，促进新能源供给的消纳，提高电力系统稳定性，推动落实“双碳”目标。
3电力需求侧响应的碳减排路径机理分析
3.1电力需求侧响应促进新能源消纳
在新能源大规模接入电网的背景下，需求侧响应作为虚拟发电机组和常规发电机组协同参与调度，提供了电力系统所需的辅助服务，如调频等，保证了电网的稳定，更好地消纳新能源。不同的需求侧响应项目对新能源消纳的贡献存在差异。价格型需求响应主要根据新能源的出力情况引导用户进行用电，在新能源出力丰富时，采取降低电价措施，用户跟随下降的电价增加用电，从而消纳新能源。激励型需求响应则是用户接收到需调整用电的信号，主动改变用电行为，以灵活应对新能源的间歇性和波动性，显著提高了新能源的消纳能力。需求响应与新能源电力消纳良好的协同模式，能够充分消纳新能源，是减少电力系统碳排放的重要环节，并且提高了新能源的并网能力，支撑了低碳经济下新能源系统的建设，更好地推进电力行业绿色低碳转型。
3.2电力需求侧响应减少火电机组调峰
在用电负荷高峰时段，会出现用电需求急速上升的情况，为满足这部分需求，传统做法是使用火电机组增加发电和输配进行调峰，其存在启动时间较长、发电成本高、污染排放严重等特点，在国家落实“双碳”目标下，这给电力系统的减排带来了很大压力。而且高峰时段持续时间短，增加或减少的火电机组投资利用率低，低负荷运行可能会产生更多的碳排放。在电力市场中引入需求侧响应，如分时电价、尖峰电价和实时电价等各种电价策略为供电商和消费者提供了一系列规避风险、满足各自收益的选择。直接负荷控制、可中断负荷、需求侧竞价、紧急需求响应等电价策略促使用户改变自己的用电行为和用电方式，主动进行负荷调整。需求侧响应减少了用户在峰时的用电，在谷时有序用电，减小电网负荷峰谷差距，平滑负荷曲线，减少了火电机组的启停调峰频率，达到减少碳排放的目的。
3.3电力需求侧响应优化电能资源时空配置
从时空配置来看，受制于新能源发电间歇性、波动性的影响，使得发电高峰与用电高峰存在差异，如夜晚时风力资源更为丰富，利用电力需求侧响应将用电高峰进行转移，调整至能够提供充足清洁电力的时间段，优化配置电能资源和用电需求，从而平滑负荷曲线，提高电力系统的稳定性。比如面对电动汽车这一新用电需求元素的快速增加，有效管理其充电负荷，将电动汽车的充电参与到需求侧响应当中，连接“电动汽车+互联网”（闫志杰等，2018），通过电动汽车充电时间从白天调整至夜晚这一变化，缓解了用电高峰负荷和填补了负荷低谷段，有效减少调峰容量，更好地消纳新能源，进而减少碳排放。
4电力需求侧响应减排面临的困境分析
4.1缺乏对电力需求侧响应碳减排的评估
作为电力用户与电网智能互动的工具，需求侧响应有效抑制了新能源发电并网的波动性和间歇性，解决电力系统备用短缺等问题，增强了机组出力的稳定性，从而降低了发电煤耗，并且提高了供电可靠性。需求响应已成为我国节能减排的有效措施，但是国内研究多是从理论方面进行减排分析，缺乏研究去评估需求侧响应的碳排放量效果。
与未实施需求侧响应相比，需求侧响应的碳减排效果不易评估。由于负荷响应与天气温度、心理状况、时间等多种不确定因素相关（周宇，2020），难以选择一个合理的用于对比的基线负荷来计算电力负荷的变化，并且由于电力难以大规模储存、电流非实质存在以及电网的拓扑结构特点，难以计算出电力用户的具体碳排放因子，进而计算出需求响应实现的碳排放量效果。
4.2缺乏居民参与电力需求侧响应的激励
目前，工商业用户具有用电基数大、电力负荷曲线较为规律等优点，是需求侧响应的主流，居民用户参与负荷调度的积极性不高，关键在于电网仅是引导居民去调节负荷，却几乎没有制定针对他们的激励措施去调动其积极性，居民用户并不能够从响应过程中获得利益，究其原因是考虑到居民用电基数较小、时间不规律等问题，用以调节负荷的不确定性较高。然而，居民用户拥有空调、照明、电动汽车、热水器等较多用电设备，还具备人口数量众多这一优势，具有较大的需求响应潜力。基于激励措施的需求响应项目，有利于激发出居民用户侧的响应潜力，在保证用电影响不大的前提下，他们有选择性地参与到电网推出的需求响应项目中，不仅电网能够在一定程度上减缓高峰负荷，而且用户也能够收获一定的利益。
4.3缺乏有效的政策引导与保障
目前国家层面出台的政策仅是对需求响应发展的指导，如《电力需求管理办法》，政策环境不够完善，仅是通过理念和方法层面的政策指导，使得需求侧响应中的利益主体缺乏制度保证和可操作性。现有政策中存在不可忽视的两个问题，一是总体统领性的电力需求响应支持政策法规有待强化，二是关于需求响应规划、技术标准、交易市场机制等具体内容并未制定详细的要求，使得需求侧响应难以纳入到整体电力规划体系中。有效的政策法规是引导和保障需求侧响应实施的关键，电力需求响应涉及多方主体协同参与，需要政府发挥主导作用，制定相关的法律法规、监管体系和运行机制，协调各个参与者的利益，制定一个良好的需求侧响应实施环境。
5电力需求侧响应减排的发展建议
5.1构建电力需求侧响应碳减排方法学
目前我国处于低碳电力发展的背景下，确定碳减排路径的前提下，需要明确需求侧响应的碳排放效益。建立电力用户需求侧响应碳排放水平的评估方法是实现响应项目长期稳定推进的重要支撑，通过评估碳排放量可以使得社会各方主体了解需求侧响应的具体环境效益，不仅是用户持续响应的一种激励，而且企业基于该环境效益的具体评估能够更加科学地制定发展方针和策略，协调好环境效益和经济效益，增强在市场中的竞争力，同时，呈现出的需求响应碳排放定量估计结果，有助于国家推动“双碳”行动的落实和实现。
5.2构建居民参与需求侧响应的激励机制
需求响应是受不同居民用户心理作用、消费行为、环境因素等大量微小独立因素影响的随机变量，响应结果具有一定的不确定性。居民用户参与需求侧响应的不确定性受到激励水平的影响（郑若楠等，2020；林俐等，2020），如何利用价格机制以提高其负荷调节积极性成为降低不确定性的关键。建立一个合理、公平的补偿机制去激励用户的响应行为，能够引导数量众多的终端用户主动地调整自身用电行为及用电方式，提高各类用电设备的用电经济性，提升用户侧的用电效率，保证电力市场稳定有序地运行。例如，向参与用户直接提供经济性补偿。在负荷高峰期时候，居民用户在接收到响应信息后，采取将空调温度适当调高甚至关停等行为，削减了用电负荷，响应结束后能够获取折扣冲抵电费、直接返还现金、赠送相关电力商品等形式的补偿。
6结语
在“双碳”大背景下，面对能源电力的新发展形势，为保障需求侧响应的持续发展，应从顶层设计、标准规范和交易机制等方面建立政法规，明确需求响应的发展要求以及实施路径，将需求响应资源统筹纳入电力调度运行，提高电网调节的灵活性。通过价格补贴机制的激励创新，将受益群体扩大至居民用户层，研究政府、电网企业、工商业用户、居民用户等各方利益主体的共享方式，使用户心理从“要我参与”转变为“我要参与”，积极参与需求响应，进一步提高需求侧碳减排潜力。碳减排的实质是减少人为活动造成的二氧化碳的排放，但是排放量无法直接实地测量，综合调查、测量、模拟、统计等方面，建立实时量化和评估需求侧响应碳排放效果的方法学。
