北理工團隊在電力需求響應方面取得研究成果
發布日期：2023-11-07 供稿：管理學院 攝影：管理學院
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近日，北京理工大學王兆華教授團隊的研究成果“Incentive based emergency demand response effectively reduces peak load during heatwave without harm to vulnerable groups”以研究長文（Research article）的形式發表于《自然》雜志子刊《自然·通訊》（Nature Communications）。北京理工大學管理與經濟學院王兆華教授為第一作者，博士生陸彬、王博教授、張斌教授以及美國馬里蘭大學的邱月明教授是論文的共同通訊作者。北京理工大學為論文第一署名單位。
隨著全球經濟的發展和電氣化進程的推進，家庭用電需求激增，是電力高峰負荷兩位數增長、峰谷差加大、高峰供電不足問題的重要原因，“尖峰時刻”限電現象時有發生。隨著新能源并網裝機規模不斷擴大，電力供需平衡壓力和新能源消納困難將長期并存，引入需求側資源協同構筑新型電力系統已成為必然選擇。研究發現，基于激勵的緊急需求響應（EDR）措施可以通過提供額外補償來減少高峰時段的需求，然而目前尚不清楚居民是否能在極端高溫等情況下犧牲自己的舒適生活來度響應電網的邀約。
為此，王兆華教授團隊在夏季持續極端高溫天氣期間，針對中國南方地區二十余萬戶家庭開展了一系列基于激勵的EDR措施試點實驗。研究對象包括受到EDR激勵覆蓋的實驗組、未確認參與的無回復組和未受任何刺激的對照組，本文提供了一個完整的分析框架以估計EDR隨機分配選擇和EDR激勵覆蓋的影響效果。量化了經濟激勵如何促使家庭在高峰時段轉變其電力消費模式，驗證了EDR在平衡電力峰值需求中的重要價值；異質性分析進一步揭示了不同群體的差異性表現，為制定更精準的策略提供了關鍵數據支撐；政策的可持續性分析結果表明了反復頻繁的政策實施并未削弱其調節效果，該研究可為深入聚合居民側等靈活性資源、定制化開發激勵措施提供參考，如圖1所示。
圖1：基于激勵的EDR措施對異質群體高峰時期用電的影響。（a-d. 描述了不同群體中EDR組和無通知組的電力節約量。縱坐標表示基準日和處理日之間的用電量（以千瓦時為單位）的差異。a.整體效果； b.城市和農村家庭；c.有兒童的家庭；d.有老人家庭）
研究發現，基于激勵的緊急需求響應措施有效降低高峰時段的電力消耗。被隨機挑選的居民用戶在高峰時段的用電量平均減少了1.02%，實際參與EDR計劃的居民用戶減少了7.32%。其中，城市高收入家庭在減少高峰時段用電方面表現最佳，有老人的家庭對EDR計劃反應積極，而有孩子的家庭響應并不明顯。同時，政策的反復實施并未導致調節效果的減弱，并且參與次數越多，高峰時段節省的電量越大。從成本效益上來看，EDR在減緩夏季高峰期新建電廠的需求和降低工業部門的電量損失方面表現突出，其成本遠低于電廠建設和企業稅收損失。與基于分時電價的需求響應措施不同，基于激勵的EDR通過額外激勵手段，引導用戶自愿減少用電量，而不增加弱勢群體的財務負擔，并且有效地將用電需求從熱浪期間的高峰時段轉移出來。EDR措施的重復實施提高了效率，證明了其在應對季節性電力供需矛盾、減少碳排放方面的實用性和靈活性，對電力市場受到監管的國家尤為有益，如表1所示。
表1：評估EDR激勵覆蓋的影響效果
該研究工作是國家自然科學基金創新研究群體項目、國家自然科學基金重點專項項目和教育部哲學社會科學重大研究項目等的階段性工作成果。
原文信息及鏈接：
Zhaohua Wang, BinLu*, Bo Wang *,Yueming (Lucy) Qiu*,Han Shi, Bin Zhang*, Jingyun Li, Hao Li, Wenhui Zhao. Incentive based emergency demand response effectively reduces peak load during heatwave without harm to vulnerable groups. Nature Communications (2023).
DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-023-41970-8
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-41970-8
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