簡介
關于智能電網,您肯定不會感到陌生,在美國,這種互聯的基礎架構,正將數字智能化嵌入整個生產、分配、定價、電能消耗的流程中。
之前的白皮書“自動化和智能電網:今日的能耗管理”,已經向您介紹過美國電力電網,提出了實用的方法,中小型工商企業無需等待未來的技術研發即可減少能耗成本。
該白皮書介紹了需求響應(DR),它是一個超越了降低能耗成本的概念。需求響應能夠從固定成本中,改變電力能耗,而這一部分也通常是企業未來的收入來源。需求響應為您量身定制,猶如自動化專家一般,顯著為您提高公司的底線。
首先,讓我們了解下電力能源如何抵達您的企業。然后,我們討論四個步驟,您便可從需求響應工程中獲得利益。
企業能源
北美的電力電網覆蓋美國和加拿大。系統頂部是三個獨立的同步電網,如右圖所示:東部電網分布圖、西部電網分布圖、德州電力可靠性委員會(ERCOT)電網分布圖。而對于美國,這些電網是在聯邦能源監管委員會(FERC)的管控下運行的。
這三塊電網區域中,一部分美洲區域---- New England, mid-Atlantic, Florida, Texas, California已經組織了批發市場,稱為獨立系統機構(ISO)或地域性傳輸機構(RTO)。查看下圖,顯示這些批發市場位置分布。
但是還有另外一面:被稱為權利平衡組織的另外107家組織,負責對特定區域,實時平衡供需,有一些大區域,另一些則非常小。
所建立的批發能源市場覆蓋美國大約三分之二人口,以及三分之二的總需求。在這些區域,價格變化是基于長期合同及短期投標的基礎上,類似于其它商品市場。短期投標實際是同步多方位運行的:生產者的喊價或多或少滿足能源的需求;客戶的喊價以更少的能源,減少總需求,或(不太頻繁)喊價以更多能源滿足供應。
平衡電網供需
該集成、重疊陳列運行,以保持電網供需平衡,配套服務是主要工具。下面的表格為您顯示這些配套服務----管控、連網儲備、補充儲備、可替換儲備。確定足夠的能源,以防額外的需求或電網擾亂。請注意配套服務是由運行速度快慢而指定的,管控最多1分鐘,連網儲備最多10分鐘。
需求是如何改變的
美國同樣在十年間留下了大量電力基礎設施,然而,需求數量和本質,在不斷改變。
今后的重點是滿足需求。在過去超過50年中,民用空調裝置,以及其他家用電力設備的增長,已經改變了消耗的平衡。一條研究指出:“從1950年到1959年,工業客戶占電力能源總需求的一半;從2000年到2009年,只占總需求的28%。”
工業需求趨于平穩。工廠持續運行設備,白天夜晚多重轉換。
但是民用需求是波動的。在一段時間趨于峰值,特別是當下午回家后,打開交流電源,做晚餐這個時間段。
隨著民用比率的增高,整體需求無法趨于平穩。因此,一定是仍在使用從前的、低效率的發電來源,另外,電廠一定得適應高峰時刻用電量。
未來電網的壓力
電網的未來壓力來自于新型發電方式的增長,例如風能和太陽能。在2010年,美國大約只有10%的電能是由可持續能源生產的。當這些產電能源占很大比例時,電網就需要改變來適應現狀:
l 風能和太陽能,依靠風力改變方向和力度,而太陽會消失在云朵背后。因此,它的輸出是變化,并且是不可預計的,不像煤電廠,以穩定的頻率產生能源。電網需要更多的靈活性,以適應這些資源的變化。
l 風能和太陽能適用于遠程發電,人口稀疏且能源緊需的地方。距離和管轄權問題的監管機構之間復雜的傳輸。
l 分布式發電----例如來自當地建筑的太陽能電池,是合適的選擇,但是有可能在電網內造成問題。電流分布式系統用于處理從上游到下游的能量流動消耗,而不是以其他方向流動。如果廣泛采用分布式發電,發電量便可能超過需求量,能源流動的危險性從變電站轉移到輸電網。
如果我們能降低白天和季節性的需求,緩解尖峰時刻,設計出智能電網,彈性應對新型發電資源,我們便能保持供需平衡。
大多數關于智能電網的討論,都聚焦于供應方,而不是需求方。這些討論傾向于圍繞公共政策、政府規劃、改變傳輸和分配基礎架構等等。
現在讓我們更近距離了解一下需求方,電網的終端能源客戶。作為一個自動化專家----工程師、控制技術人員、設備經理,需要扮演重要角色。
對于需求方來說,您需要必要的技巧,以及對于智能電網的興趣,以確保智能電網的研發,這對于工商業客戶意義非凡。而如今,盡管能電網依舊在研發中,您仍可以將電力能耗轉變為企業真正的收入來源。
下面幾頁將為您展示如何實現,有以下四個步驟。
1. 學習相關術語,并了解整個電網架構的成員。
2. 找出關于本地需求方的規劃,應用于您的公司。
3. 獲取公司能耗詳細數據,分析數據,了解使用情況。
4. 啟動該項目,為公司謀福利。
1. 了解專業術語和成員
讓我們先了解一下,向智能電網邁進中一些成員。
簡單來說,我們已經劃分為三種類型:能源生產商、能源零售商和能源消耗者。(實際上,生產商和零售商之間有相當大一部分互相重合,未來這種現象將更加明顯。)
能源生產商負責在電網中生產和傳輸能源。公共事業公司(公開或私人擁有)、獨立系統機構(ISOs)、區域傳輸機構(RTOs),相關生產電能,及傳輸高壓電能的集團。
能源零售商負責電網的分配工作。需求響應提供商(DRPs)、變送服務供應商(CSPs)、能源服務公司(ESCOs),都屬于零售組織。如在之前頁面的圖片顯示,許多零售業為能源客戶提供定價和需求響應規劃。
能源消耗者是指商業、工業和居民用戶,使用電網生產的電能。
我們已經知道供應電能是一個復雜的過程,在不同的區域情況又都不同。您的首要工作是找出企業使用的電能,是由誰生產并進行分配能源的,是否可自行選擇能源供應商。
2. 找出當地DSM規劃
下一步,您需要找出需求方管理(DSM)項目,包括:
l 存儲----便于減少能耗。
l 能源效率----使用和從前同樣的能源,但更充分利用。
l 需求響應----一天內不同時間,暫時卸下負載或轉換負載在,以便減少尖峰時刻的需求。
存儲能源效率,意味著總能源使用減少了。能源供應商提供例如補償、酬金、培訓,來鼓勵高效使用和存儲能源。裝置標準和建立代碼也促進高效使用能源。存儲和高效使用能源,不必要求客戶改變您的操作,它們不是根據時間而改變。
相比之下,需求響應項目,則需要改變操作,與時間緊密聯系。范圍從分時定價---電力成本在一天之中固定時間內更高,到有突發事件發生時擺脫負擔。DR(需求響應)由能源價格的改變、額外的需求、電網可靠性的改變而引起。當發生突發時間,DR規劃立即回應,短時間內縮減能耗。
您有兩條獲益途徑:
l 無論是否發生突發情況,您的能源零售商支付您每個月所達成的協議,幫助您擺脫負擔。
l 如果有突發情況,您的能源零售商便會支付您費用,擺脫負擔。
在一些需求響應項目中,遇到突發事件會提前24小時通報;而另一些情況,您會被通知,且必須在規定時間內做出回應:10分鐘,30分鐘。總的來說,回應速度越快,你需要支付的就越多。
DR項目樣例
DR項目像什么?舉個例子,南加州愛迪生電力公司(SCE),基于洛杉磯建立的公用事業公司,可提供許多規劃,包括以下五點:
l 需求投標----當減少需求以應對突發事件時, 預先為您的賬單提供信用。只為客戶提供200kW或更高的賬單服務。
l 重點峰值定價----為您提供動態定價率時間表。費率更高的是在高峰時間段,在夏天,基于每天的時間段提供折扣率。
l 電容量投標-----對于電容量降低,以及實際能源減少,為您提供月度激勵支付;投標必須提前一個月。如果不參與進去,將會獲得相應的處罰。無論是否發生突發事件,信用額度都會支付。
l 需求響應合同----該項目合同由第三方聯系人提供;SCE與第三方簽合同,之后由第三方和客戶簽合同。
l 實時定價----根據每日洛杉磯市區高峰時刻的溫度提供定價率。該項目可以全年應用,而不僅僅是夏天。
另外,對于這些項目,SCE或多或少以需求響應審計的形式提供技術援助, 對于重大突發事件需要自動安裝的,給與資金返還。
由于電網運行各區域改變是如此之快,各項目也寬泛改變,但是你還是能找到相類似的項目。在一些地方,當地的公用事業公司只是形象工程;其他地方,第三方聯絡人和其他能源服務公司可以提供大量的選擇。
如果您現在還未體會到,請再等待六個月。能源鴻圖正在快速改變,越快加入需求響應的行列,便越快能體會到它帶來的益處。
3. 獲取能耗詳細數據
除非準確測定數值,否則您無法想象。因此,在您確定這塊區域的需求方項目之前,必須確定能耗的形式。
同樣,啟動后在每小時最初的時間段,數據都是足夠的,但無法最大化潛在存儲,并獲得收益,除非每間隔一分鐘或更短的時間獲取數據。特別對于需求響應的項目,一定得從儀器和設備上,獲得詳細的、接近實時的數據。
作為一名自動化專家,您將成為建立能源監控和處理數據的關鍵。
智能樓宇技術研討會2011年9月報導“公用設施、財產經理、BAS(樓宇自動化系統)OEM不會習慣于管理由智能電網和智能樓宇產生的大量數據。”
然而,自動化專家知道如何獲取數據,并在過程控制和商務判斷中使用它,一些自動化制造廠商提供適當的產品生產能源。
例如,自動化制造商Opto 22生產了工業級別高可靠性能耗監控設備(the OptoEMU Sensor),可用于監控脈沖儀表、電子儀表盤、各種設備。Sensor監控實時能耗,記錄數據,并向在線能耗監控服務器、企業數據庫、控制系統,發送實時和歷史數據,使用開放協議,包括Ethernet、TCP/IP、Modbus。另一個產品,OptoEMU Sensor DR,監控能耗并響應DR,或通過預先設置閾值實現設備的自動開關。
3. 開始啟動項目,為您服務
由于您已經安裝了能耗監控系統,并了解詳細的能耗,便準備好了啟動DR項目,為您的企業謀福利。
三個步驟向前推進
1. 開展能源削減計劃
基于現有的詳細能耗數據,制定一個合理的能耗削減計劃。
您可能已經采取步驟,提高效率,減少總能耗,特別是在高峰時刻。如果還沒這么做,請立即行動起來。考慮變頻驅動控制器,檢查并維護冷凍機、壓縮機。尋找高能耗進程,并在一天內另一個時段運行。思考下,在夏天涼爽的清晨空氣中,預制冷樓宇,整個晚上制冷,更節能,或多采用高效率設備。
而對于需求響應,您也需要查看臨時性縮減。找出日常消耗形式的靈活性,準確計劃地點、時間、事件,以及多快能削減能耗。
記得之前提到的附屬服務嗎?提到了需求高峰時如何快速儲備用以支付?對于DR項目,最佳響應時間在十分鐘內,更快的響應時間可以賺到更多利益。
l 臨時性關閉用電量大的設備或流程
l 提升或降低設定溫度,用于加熱或制冷
l 減少照明亮度
l 在一次任務中,切換到備用發電機
選擇合理的改變,影響電能消耗,但不妨礙必要運營。這不是破壞計劃,而是智能的、暫時減少使用。
也需要考慮削減計劃的成本,如果您打算切換到現場的柴油發電機,會花費您額外的燃油費和維護費嗎?或在正常的周期性測試階段運行嗎?
如果您打算關閉流程或系統,重新啟動的成本和時間是多少?例如,許多HVAC系統遇到突發事件后用電量升高,這是因為使用了額外的能量回復到正常狀態。您可以盡量通過系統逐漸恢復正常,減小或避免可能的需求費用。
您的削減計劃一定得適合您公司的實際情況和特有的優先權。臨時性暫停一個工程,可能會對一家制造商有利,但會對另一家制造商造成大麻煩。例如,一家配備緩沖罐的材料過程控制廠,可以臨時關閉輸送泵,保持緩沖罐內的材料直到DR結束。而另一家工廠可能就沒有如此的靈活性。
分析詳細的能耗數據,了解流程和業務,將幫助您更好執行能源削減計劃。您的CSP也會提供給您想要的合并建議。
開始您可能手動響應,當手機響了,或者其他通知傳來,您公司的員工通過關閉設備,或其他卸掉負載的方式來做響應。手動響應可能是啟動的好方法,只要您能夠及時并完成響應。如果某一項目發出呼叫,您未能在特定時間內響應,或者卸載掉所需負載,就通常會受到懲罰。
2. 測試和驗證
無需公用事業公司或服務供應商驗證;確定您擁有歷史數據,這樣就可以精確多快能響應,以及存儲了多少能源。該數據將幫助您精確削減計劃,如果有質疑,便可驗證響應。
這一步,測試和驗證,當首次
啟動DR項目時是尤其重要的,因此,您可以調整最初的能量削減計劃。但是持續測量和驗證也是非常重要的。定價、規劃、進程、需求將隨時間改變。如果您擁有數據,您可以立即調整。
3. 自動化響應
一旦您對削減計劃滿意了,并且驗證了實時響應,您就會想要自動完成響應。自動增速、精確DR便很容易實現。
可采取多種自動化形式,從您已使用的控制系統和協議,到新協議,特別是專門為DR設計的協議。最有前景的協議是OpenADR,這條協議用于發送通知的服務器(在您的CSP),和自動響應的客戶端(您這一端),之間信息的交換。
從許多方面來說,自動響應DR,是另一種自動化的應用。使用開放式協議控制,例如Ethernet、Modbus或OpenADR,將給您改變未來的靈活性。而對于能源,改變是必然的。
結論
我們生產和使用電力能源的方式、我們保持電網供需平衡的方式,都在快速改變。需求響應為企業提供了有利的改變,并提升了底線。
作為自動化專家,您正處于有利位置,幫助您的公司主動解決能源需求和成本。現在是該行動的時候了。
l 開始監控能耗匯聚詳細、實時數據,并分析形式。
l 開展削減計劃將對您公司大有益處。
l 找到本地DR計劃并追蹤結果。考慮自動響應。
您會發現能耗監控和需求響應,不僅會減少能源成本,還能顯著提升公司收益。
關于Opto 22
Opto 22公司于1974年,由固態繼電器的發明者之一創建,他發現了使固態繼電器擁有更高可靠性的方法。Opto 22始終以開放式協議研發產品,而不是依靠私有的技術。該公司創立了紅-白-黃-黑I/O模塊色塊系統,開放式Optomux協議,以及先進的基于Ethernet的I/O。
Opto 22公司以高品質固態繼電器和I/O聞名世界,所有產品都是由美國制造并提供技術支持的。由于公司建立并測試所有產品,Opto 22能對所有固態繼電器和SNAP I/O模塊終身保用。
該公司尤其吸引人的地方在于它持續的良好政策,能為客戶提供免費技術支持、免費培訓、免費文檔,以及免費售前工程援助。
關于OptoEMU Sensor
Sensor與脈沖儀表、電子儀表盤、子儀表盤、電子設備相連接,可發送能耗數據到在線能源監控服務器,例如Pulse Energy(www.pulseenergy.com)或eSight(www.esightenergy.com),因此,您可以在任何授權的計算機或移動設備上,瀏覽并分析數據,OptoEMU Sensor也能發送數據,用以控制系統和計算機數據庫,因此,您可以直接使用數據,管理能耗和成本。
Sensor DR與脈沖儀表連接,獲取能耗數據,響應DR,或通過設備開關,預設初值。Sensor DR也能將數據發送到在線服務器,控制系統,也發送到公司數據庫,用于今后的數據分析和運作。
通過工業協議,OptoEMU Sensor和OptoEMU Sensor DR很容易使用和配置。產品技術支持是免費提供的。
預知更多信息,請訪問http://www.opto22.com.cn。美國OPTO 22公司上海代表處,電話:021-58358249,郵箱:optochina@opto22.com。