简介

    关于智能电网，您肯定不会感到陌生，在美国，这种互联的基础架构，正将数字智能化嵌入整个生产、分配、定价、电能消耗的流程中。

    之前的白皮书“自动化和智能电网：今日的能耗管理”，已经向您介绍过美国电力电网，提出了实用的方法，中小型工商企业无需等待未来的技术研发即可减少能耗成本。

    该白皮书介绍了需求响应（DR），它是一个超越了降低能耗成本的概念。需求响应能够从固定成本中，改变电力能耗，而这一部分也通常是企业未来的收入来源。需求响应为您量身定制，犹如自动化专家一般，显著为您提高公司的底线。

    首先，让我们了解下电力能源如何抵达您的企业。然后，我们讨论四个步骤，您便可从需求响应工程中获得利益。

 

 

企业能源

产品集成和分布式系统

北美的电力电网覆盖美国和加拿大。系统顶部是三个独立的同步电网，如右图所示：东部电网分布图、西部电网分布图、德州电力可靠性委员会（ERCOT）电网分布图。而对于美国，这些电网是在联邦能源监管委员会（FERC）的管控下运行的。

这三块电网区域中，一部分美洲区域---- New England, mid-Atlantic, Florida, Texas, California已经组织了批发市场，称为独立系统机构（ISO）或地域性传输机构（RTO）。查看下图，显示这些批发市场位置分布。

 

 

其他区域----东南部、西南部、太平洋西北部，有更多传统的垂直整合市场，将电力直接从发电传送到客户，或其他联邦、市政、协作机构直接为客户提供能源。因此，生产、传输、分配，根据企业所处区域，变化很大。

 

 

但是还有另外一面：被称为权利平衡组织的另外107家组织，负责对特定区域，实时平衡供需，有一些大区域，另一些则非常小。

所建立的批发能源市场覆盖美国大约三分之二人口，以及三分之二的总需求。在这些区域，价格变化是基于长期合同及短期投标的基础上，类似于其它商品市场。短期投标实际是同步多方位运行的：生产者的喊价或多或少满足能源的需求；客户的喊价以更少的能源，减少总需求，或（不太频繁）喊价以更多能源满足供应。

 

平衡电网供需

该集成、重叠陈列运行，以保持电网供需平衡，配套服务是主要工具。下面的表格为您显示这些配套服务----管控、连网储备、补充储备、可替换储备。确定足够的能源，以防额外的需求或电网扰乱。请注意配套服务是由运行速度快慢而指定的，管控最多1分钟，连网储备最多10分钟。

 

 

 

 

需求是如何改变的

美国同样在十年间留下了大量电力基础设施，然而，需求数量和本质，在不断改变。

今后的重点是满足需求。在过去超过50年中，民用空调装置，以及其他家用电力设备的增长，已经改变了消耗的平衡。一条研究指出：“从1950年到1959年，工业客户占电力能源总需求的一半；从2000年到2009年，只占总需求的28%。”

工业需求趋于平稳。工厂持续运行设备，白天夜晚多重转换。

但是民用需求是波动的。在一段时间趋于峰值，特别是当下午回家后，打开交流电源，做晚餐这个时间段。

随着民用比率的增高，整体需求无法趋于平稳。因此，一定是仍在使用从前的、低效率的发电来源，另外，电厂一定得适应高峰时刻用电量。

 

未来电网的压力

电网的未来压力来自于新型发电方式的增长，例如风能和太阳能。在2010年，美国大约只有10%的电能是由可持续能源生产的。当这些产电能源占很大比例时，电网就需要改变来适应现状：

l         风能和太阳能，依靠风力改变方向和力度，而太阳会消失在云朵背后。因此，它的输出是变化，并且是不可预计的，不像煤电厂，以稳定的频率产生能源。电网需要更多的灵活性，以适应这些资源的变化。

l         风能和太阳能适用于远程发电，人口稀疏且能源紧需的地方。距离和管辖权问题的监管机构之间复杂的传输。

l         分布式发电----例如来自当地建筑的太阳能电池，是合适的选择，但是有可能在电网内造成问题。电流分布式系统用于处理从上游到下游的能量流动消耗，而不是以其他方向流动。如果广泛采用分布式发电，发电量便可能超过需求量，能源流动的危险性从变电站转移到输电网。

 

如果我们能降低白天和季节性的需求，缓解尖峰时刻，设计出智能电网，弹性应对新型发电资源，我们便能保持供需平衡。

 

智能电网的双面性

大多数关于智能电网的讨论，都聚焦于供应方，而不是需求方。这些讨论倾向于围绕公共政策、政府规划、改变传输和分配基础架构等等。

现在让我们更近距离了解一下需求方，电网的终端能源客户。作为一个自动化专家----工程师、控制技术人员、设备经理，需要扮演重要角色。

对于需求方来说，您需要必要的技巧，以及对于智能电网的兴趣，以确保智能电网的研发，这对于工商业客户意义非凡。而如今，尽管能电网依旧在研发中，您仍可以将电力能耗转变为企业真正的收入来源。

 

下面几页将为您展示如何实现，有以下四个步骤。

1.      学习相关术语，并了解整个电网架构的成员。

2.      找出关于本地需求方的规划，应用于您的公司。

3.      获取公司能耗详细数据，分析数据，了解使用情况。

4.      启动该项目，为公司谋福利。

 

1. 了解专业术语和成员

让我们先了解一下，向智能电网迈进中一些成员。

简单来说，我们已经划分为三种类型：能源生产商、能源零售商和能源消耗者。（实际上，生产商和零售商之间有相当大一部分互相重合，未来这种现象将更加明显。）

能源生产商负责在电网中生产和传输能源。公共事业公司（公开或私人拥有）、独立系统机构（ISOs）、区域传输机构（RTOs），相关生产电能，及传输高压电能的集团。

能源零售商负责电网的分配工作。需求响应提供商（DRPs）、变送服务供应商（CSPs）、能源服务公司（ESCOs），都属于零售组织。如在之前页面的图片显示，许多零售业为能源客户提供定价和需求响应规划。

能源消耗者是指商业、工业和居民用户，使用电网生产的电能。

 

 

您使用的电能来自哪里？

我们已经知道供应电能是一个复杂的过程，在不同的区域情况又都不同。您的首要工作是找出企业使用的电能，是由谁生产并进行分配能源的，是否可自行选择能源供应商。

 

 

2. 找出当地DSM规划

下一步，您需要找出需求方管理（DSM）项目，包括：

l         存储----便于减少能耗。

l         能源效率----使用和从前同样的能源，但更充分利用。

l         需求响应----一天内不同时间，暂时卸下负载或转换负载在，以便减少尖峰时刻的需求。

存储能源效率，意味着总能源使用减少了。能源供应商提供例如补偿、酬金、培训，来鼓励高效使用和存储能源。装置标准和建立代码也促进高效使用能源。存储和高效使用能源，不必要求客户改变您的操作，它们不是根据时间而改变。

相比之下，需求响应项目，则需要改变操作，与时间紧密联系。范围从分时定价---电力成本在一天之中固定时间内更高，到有突发事件发生时摆脱负担。DR（需求响应）由能源价格的改变、额外的需求、电网可靠性的改变而引起。当发生突发时间，DR规划立即回应，短时间内缩减能耗。

 

 

这些都是您项目中需要解决的，也是您公司利益所在。

您有两条获益途径：

l         无论是否发生突发情况，您的能源零售商支付您每个月所达成的协议，帮助您摆脱负担。

l         如果有突发情况，您的能源零售商便会支付您费用，摆脱负担。

 

在一些需求响应项目中，遇到突发事件会提前24小时通报；而另一些情况，您会被通知，且必须在规定时间内做出回应：10分钟，30分钟。总的来说，回应速度越快，你需要支付的就越多。

 

DR项目样例

DR项目像什么？举个例子，南加州爱迪生电力公司（SCE），基于洛杉矶建立的公用事业公司，可提供许多规划，包括以下五点：

l         需求投标----当减少需求以应对突发事件时， 预先为您的账单提供信用。只为客户提供200kW或更高的账单服务。

l         重点峰值定价----为您提供动态定价率时间表。费率更高的是在高峰时间段，在夏天，基于每天的时间段提供折扣率。

l         电容量投标-----对于电容量降低，以及实际能源减少，为您提供月度激励支付；投标必须提前一个月。如果不参与进去，将会获得相应的处罚。无论是否发生突发事件，信用额度都会支付。

l         需求响应合同----该项目合同由第三方联系人提供；SCE与第三方签合同，之后由第三方和客户签合同。

l         实时定价----根据每日洛杉矶市区高峰时刻的温度提供定价率。该项目可以全年应用，而不仅仅是夏天。

 

另外，对于这些项目，SCE或多或少以需求响应审计的形式提供技术援助， 对于重大突发事件需要自动安装的，给与资金返还。

由于电网运行各区域改变是如此之快，各项目也宽泛改变，但是你还是能找到相类似的项目。在一些地方，当地的公用事业公司只是形象工程；其他地方，第三方联络人和其他能源服务公司可以提供大量的选择。

如果您现在还未体会到，请再等待六个月。能源鸿图正在快速改变，越快加入需求响应的行列，便越快能体会到它带来的益处。

 

 

3.    获取能耗详细数据

除非准确测定数值，否则您无法想象。因此，在您确定这块区域的需求方项目之前，必须确定能耗的形式。

 

工商业客户经常发现他们需要的比一台智能仪表更多。由所有设备的能耗数据开始，是 朝着正确方向的一步迈进，但是迟早，您将可能需要汇聚更多琐碎数据，如子仪表盘、独立冷冻机、压缩机、生产线，或其他设备和靠电力运营的工程。

同样，启动后在每小时最初的时间段，数据都是足够的，但无法最大化潜在存储，并获得收益，除非每间隔一分钟或更短的时间获取数据。特别对于需求响应的项目，一定得从仪器和设备上，获得详细的、接近实时的数据。

作为一名自动化专家，您将成为建立能源监控和处理数据的关键。

智能楼宇技术研讨会2011年9月报导“公用设施、财产经理、BAS（楼宇自动化系统）OEM不会习惯于管理由智能电网和智能楼宇产生的大量数据。”

然而，自动化专家知道如何获取数据，并在过程控制和商务判断中使用它，一些自动化制造厂商提供适当的产品生产能源。

例如，自动化制造商Opto 22生产了工业级别高可靠性能耗监控设备（the OptoEMU Sensor），可用于监控脉冲仪表、电子仪表盘、各种设备。Sensor监控实时能耗，记录数据，并向在线能耗监控服务器、企业数据库、控制系统，发送实时和历史数据，使用开放协议，包括Ethernet、TCP/IP、Modbus。另一个产品，OptoEMU Sensor DR，监控能耗并响应DR，或通过预先设置阈值实现设备的自动开关。

3.    开始启动项目，为您服务

由于您已经安装了能耗监控系统，并了解详细的能耗，便准备好了启动DR项目，为您的企业谋福利。

 

三个步骤向前推进

1.      开展能源削减计划

基于现有的详细能耗数据，制定一个合理的能耗削减计划。

您可能已经采取步骤，提高效率，减少总能耗，特别是在高峰时刻。如果还没这么做，请立即行动起来。考虑变频驱动控制器，检查并维护冷冻机、压缩机。寻找高能耗进程，并在一天内另一个时段运行。思考下，在夏天凉爽的清晨空气中，预制冷楼宇，整个晚上制冷，更节能，或多采用高效率设备。

而对于需求响应，您也需要查看临时性缩减。找出日常消耗形式的灵活性，准确计划地点、时间、事件，以及多快能削减能耗。

记得之前提到的附属服务吗？提到了需求高峰时如何快速储备用以支付？对于DR项目，最佳响应时间在十分钟内，更快的响应时间可以赚到更多利益。

因此，哪种响应是在你的削减计划中？

l         临时性关闭用电量大的设备或流程

l         提升或降低设定温度，用于加热或制冷

l         减少照明亮度

l         在一次任务中，切换到备用发电机

 

选择合理的改变，影响电能消耗，但不妨碍必要运营。这不是破坏计划，而是智能的、暂时减少使用。

也需要考虑削减计划的成本，如果您打算切换到现场的柴油发电机，会花费您额外的燃油费和维护费吗？或在正常的周期性测试阶段运行吗？

 

 

如果您打算关闭流程或系统，重新启动的成本和时间是多少？例如，许多HVAC系统遇到突发事件后用电量升高，这是因为使用了额外的能量回复到正常状态。您可以尽量通过系统逐渐恢复正常，减小或避免可能的需求费用。

您的削减计划一定得适合您公司的实际情况和特有的优先权。临时性暂停一个工程，可能会对一家制造商有利，但会对另一家制造商造成大麻烦。例如，一家配备缓冲罐的材料过程控制厂，可以临时关闭输送泵，保持缓冲罐内的材料直到DR结束。而另一家工厂可能就没有如此的灵活性。

分析详细的能耗数据，了解流程和业务，将帮助您更好执行能源削减计划。您的CSP也会提供给您想要的合并建议。

开始您可能手动响应，当手机响了，或者其他通知传来，您公司的员工通过关闭设备，或其他卸掉负载的方式来做响应。手动响应可能是启动的好方法，只要您能够及时并完成响应。如果某一项目发出呼叫，您未能在特定时间内响应，或者卸载掉所需负载，就通常会受到惩罚。

 

2.      测试和验证

您一定测试过详细能耗数据，以便验证DR响应。最少获取数据需要间隔一分钟。监控能耗同样的监控元件和软件，需要记录历史数据以验证响应。

无需公用事业公司或服务供应商验证；确定您拥有历史数据，这样就可以精确多快能响应，以及存储了多少能源。该数据将帮助您精确削减计划，如果有质疑，便可验证响应。

这一步，测试和验证，当首次

启动DR项目时是尤其重要的，因此，您可以调整最初的能量削减计划。但是持续测量和验证也是非常重要的。定价、规划、进程、需求将随时间改变。如果您拥有数据，您可以立即调整。

 

3. 自动化响应

一旦您对削减计划满意了，并且验证了实时响应，您就会想要自动完成响应。自动增速、精确DR便很容易实现。

可采取多种自动化形式，从您已使用的控制系统和协议，到新协议，特别是专门为DR设计的协议。最有前景的协议是OpenADR，这条协议用于发送通知的服务器（在您的CSP），和自动响应的客户端（您这一端），之间信息的交换。

从许多方面来说，自动响应DR，是另一种自动化的应用。使用开放式协议控制，例如Ethernet、Modbus或OpenADR,将给您改变未来的灵活性。而对于能源，改变是必然的。

 

 

结论

我们生产和使用电力能源的方式、我们保持电网供需平衡的方式，都在快速改变。需求响应为企业提供了有利的改变，并提升了底线。

作为自动化专家，您正处于有利位置，帮助您的公司主动解决能源需求和成本。现在是该行动的时候了。

l         开始监控能耗汇聚详细、实时数据，并分析形式。

l         开展削减计划将对您公司大有益处。

l         找到本地DR计划并追踪结果。考虑自动响应。

 

您会发现能耗监控和需求响应，不仅会减少能源成本，还能显著提升公司收益。

 

 

关于Opto 22

Opto 22公司于1974年，由固态继电器的发明者之一创建，他发现了使固态继电器拥有更高可靠性的方法。Opto 22始终以开放式协议研发产品，而不是依靠私有的技术。该公司创立了红-白-黄-黑I/O模块色块系统，开放式Optomux协议，以及先进的基于Ethernet的I/O。

Opto 22公司以高品质固态继电器和I/O闻名世界，所有产品都是由美国制造并提供技术支持的。由于公司建立并测试所有产品，Opto 22能对所有固态继电器和SNAP I/O模块终身保用。

该公司尤其吸引人的地方在于它持续的良好政策，能为客户提供免费技术支持、免费培训、免费文档，以及免费售前工程援助。

关于OptoEMU Sensor

特别为能耗监控和需求响应设计的OptoEMU Sensor以及OptoEMU Sensor DR，价格低廉，如今，用简单的工具便可获取您的能耗数据，自动需求响应。

Sensor与脉冲仪表、电子仪表盘、子仪表盘、电子设备相连接，可发送能耗数据到在线能源监控服务器，例如Pulse Energy（www.pulseenergy.com）或eSight（www.esightenergy.com），因此，您可以在任何授权的计算机或移动设备上，浏览并分析数据，OptoEMU Sensor也能发送数据，用以控制系统和计算机数据库，因此，您可以直接使用数据，管理能耗和成本。

Sensor DR与脉冲仪表连接，获取能耗数据，响应DR，或通过设备开关，预设初值。Sensor DR也能将数据发送到在线服务器，控制系统，也发送到公司数据库，用于今后的数据分析和运作。

通过工业协议，OptoEMU Sensor和OptoEMU Sensor DR很容易使用和配置。产品技术支持是免费提供的。

预知更多信息，请访问http://www.opto22.com.cn。美国OPTO 22公司上海代表处，电话：021-58358249，邮箱：optochina@opto22.com。