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

產品集成和分布式系統

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。

 

 

其他區域----東南部、西南部、太平洋西北部，有更多傳統的垂直整合市場，將電力直接從發電傳送到客戶，或其他聯邦、市政、協作機構直接為客戶提供能源。因此，生產、傳輸、分配，根據企業所處區域，變化很大。

 

 

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。

 

智能電網的雙面性

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。

 

 

您使用的電能來自哪里？

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。

 

 

這些都是您項目中需要解決的，也是您公司利益所在。

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。

 

工商業客戶經常發現他們需要的比一臺智能儀表更多。由所有設備的能耗數據開始，是 朝著正確方向的一步邁進，但是遲早，您將可能需要匯聚更多瑣碎數據，如子儀表盤、獨立冷凍機、壓縮機、生產線，或其他設備和靠電力運營的工程。

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。

因此，哪種響應是在你的削減計劃中？

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

您一定測試過詳細能耗數據，以便驗證DR響應。最少獲取數據需要間隔一分鐘。監控能耗同樣的監控元件和軟件，需要記錄歷史數據以驗證響應。

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

特別為能耗監控和需求響應設計的OptoEMU Sensor以及OptoEMU Sensor DR，價格低廉，如今，用簡單的工具便可獲取您的能耗數據，自動需求響應。

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。