摘要：電力是企業(yè)賴以生存與發(fā)展的重要資源，但由于企業(yè)高峰產(chǎn)能或高溫氣候的原因，常規(guī)時間只用到總?cè)萘康?0%左右，存在巨大浪費。因此，本文從用電側(cè)著手，通過采用先進(jìn)的電力需求響應(yīng)技術(shù)在用電側(cè)方面進(jìn)行優(yōu)化與調(diào)度管理，能夠減緩電力系統(tǒng)的投資，節(jié)省的高峰負(fù)荷相當(dāng)于新建發(fā)電廠與輸配電設(shè)施，同時也能改善企業(yè)的能源管理，做到以負(fù)荷控制為基礎(chǔ)的實時管控。研究表明，采用需求響應(yīng)技術(shù)能夠在不影響正常生產(chǎn)情況下削減高峰負(fù)荷削減10%以上，也相當(dāng)于企業(yè)獲得10%的電力增容。

關(guān)鍵詞：需求響應(yīng) 區(qū)域性 負(fù)荷交易

1. 引言

電力需求側(cè)管理概念引入我國已有20多年， 它對我國節(jié)能減排和經(jīng)濟(jì)發(fā)展發(fā)揮了重要作用，但需求需求響應(yīng)作為需求側(cè)管理的一個特殊領(lǐng)域在我國尚處于起步階段[1]。需求響應(yīng)是一種以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)、以包括云服務(wù)在內(nèi)的現(xiàn)代信息通信技術(shù)為手段，有巨量用電單位集體參與的用電與供電之間雙向互動的有計劃的項目活動，其目的是實現(xiàn)用電高峰期區(qū)域電力最高負(fù)荷的削減。需求響應(yīng)本質(zhì)上是一種用電負(fù)荷精細(xì)化管理方法，通過對企業(yè)的各種負(fù)荷的使用情況、歷史數(shù)據(jù)或即時數(shù)據(jù)以及企業(yè)用電模式等進(jìn)行精細(xì)分析，在企業(yè)內(nèi)部尋找在用電高峰期被浪費掉的、可以調(diào)控的、可以節(jié)省的的負(fù)荷，把這些負(fù)荷分門別類與調(diào)控模式聯(lián)系起來、儲備起來，在電力高峰時使用。需求響應(yīng)的作用取決于電力用戶參與的規(guī)模。與傳統(tǒng)的有序用電管理相比，需求響應(yīng)是一種自覺自愿的的行動，客戶參與的驅(qū)動力是公開、透明的政府的鼓勵政策與激勵辦法。用戶參與需求響應(yīng)幫助電網(wǎng)削減了電力尖峰，維護(hù)了電網(wǎng)的穩(wěn)定、節(jié)省了投資、節(jié)省了能源、為社會作出了貢獻(xiàn)，因而可以得到相應(yīng)的、各種可能的回報。國際上，美國加州及紐約通過十幾年需求需求響應(yīng)的實施，在不增加發(fā)電機(jī)組的情況下就滿足的電力增長的要求，尤其是當(dāng)遇到極端天氣的情況下，需求響應(yīng)對電網(wǎng)穩(wěn)定性發(fā)揮了巨大的作用[2]。與新建發(fā)電廠、輸配電設(shè)施相比，需求響應(yīng)實施的成本一般只有他們的三分之一。

2. 目的

2.1 完成國家需求響應(yīng)試點任務(wù)

開展需求響應(yīng)是國家發(fā)改委為解決中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展電力需求問題的一個核心戰(zhàn)略之一，2012年底國家發(fā)改委選定北京、唐山、佛山、蘇州市成為國內(nèi)電力需求側(cè)管理綜合試點城市之一，要求完成需求響應(yīng)試點任務(wù)。

2.2 幫助解決佛山的電力短缺及間歇性新能源問題

試點城市在目前夏季高峰用電期就存在電力短缺的問題，許多企業(yè)的生產(chǎn)受到影響，需要擴(kuò)容的企業(yè)很多。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，試點城市需求更多的電力，通過需求響應(yīng)建立虛擬電廠[4]是解決電力短缺的有效途徑之一。

消納新能源的間歇性，促進(jìn)以風(fēng)電與太陽能發(fā)電為代表的新能源的發(fā)展，為大量電動汽車的使用提供彈性的電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力。

2.3 幫助企業(yè)節(jié)能降耗降低成本

試點城市的工業(yè)園區(qū)企業(yè)的電費每年近5個億，電力高峰負(fù)荷在15萬千瓦左右，負(fù)荷管理與節(jié)能潛力巨大，而且工業(yè)園區(qū)在考慮建設(shè)基于大數(shù)據(jù)的能源管理、生產(chǎn)調(diào)度改進(jìn)系統(tǒng)。需求響應(yīng)系統(tǒng)與大數(shù)據(jù)能源管理平臺之許多方面是重合的，完成需求響應(yīng)試點在很大程度上看是工業(yè)園區(qū)能源、運行管理平臺的一部分。采用需求響應(yīng)技術(shù)能夠在不影響正常生產(chǎn)情況下削減高峰負(fù)荷削減10%以上，也就是相當(dāng)于企業(yè)獲得10%的電力增容。

3. 需求響應(yīng)試點實施構(gòu)架及實施過程分析

3.1 系統(tǒng)概述

電力需求響應(yīng)系統(tǒng)是服務(wù)于需求響應(yīng)的自動化信息系統(tǒng)，應(yīng)能夠有效地支持政府部門、電網(wǎng)企業(yè)、電能服務(wù)商、電力用戶共同完成的需求響應(yīng)活動，提供政府、電網(wǎng)、電能服務(wù)商和用戶之間對需求響應(yīng)互操作性的共同理解。需求響應(yīng)系統(tǒng)劃分成業(yè)務(wù)層、功能層、信息層、通信層和組件層5個層面。

電力需求響應(yīng)系統(tǒng)5大特點：

（1）擴(kuò)展性：原有系統(tǒng)及新設(shè)備的功能擴(kuò)展時，應(yīng)能合格運行原有設(shè)備及應(yīng)用程序，盡可能避免設(shè)施及服務(wù)追加成本的大量投入。

（2）可升級性：需求響應(yīng)系統(tǒng)應(yīng)在其進(jìn)行周期性局部系統(tǒng)升級過程中，具有無困難系統(tǒng)功能加強及保持原有運行狀態(tài)的能力。

（3）靈活性：需求響應(yīng)系統(tǒng)應(yīng)按照一貫的政策進(jìn)行持續(xù)設(shè)計和運行，但允許參與者自主選擇需求響應(yīng)項目的類型和順序，且任一項目在實施過程中與原計劃發(fā)生部分偏離時不被懲罰。

（4）可維護(hù)性：系統(tǒng)內(nèi)的各個子系統(tǒng)可在其生命周期內(nèi)實現(xiàn)穩(wěn)定、安全、可靠的系統(tǒng)自維護(hù)，同時支持原有系統(tǒng)的合并和移除。

（5）安全性：需求響應(yīng)系統(tǒng)應(yīng)支持抵制未審核/未經(jīng)授權(quán)入侵、訪問、物理和網(wǎng)絡(luò)資產(chǎn)使用的功能。

3.2 系統(tǒng)參與者

需求響應(yīng)監(jiān)管部門主要進(jìn)行需求響應(yīng)計劃、動態(tài)價格或需求側(cè)競標(biāo)規(guī)則的制定者、費率結(jié)構(gòu)的審批者和實施過程的監(jiān)督者。

電力公司主要提供需求響應(yīng)服務(wù)，同時也負(fù)責(zé)需求響應(yīng)系統(tǒng)與電力營銷、電力調(diào)度和電能服務(wù)等業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的信息交換。主要負(fù)責(zé)發(fā)布動態(tài)電價、分解發(fā)布負(fù)荷需求及發(fā)布DR事件通知。監(jiān)視系統(tǒng)運行、考核需求響應(yīng)結(jié)果。對大量用戶聚合后進(jìn)行需求響應(yīng)服務(wù)，需求響應(yīng)聚合系統(tǒng)連接DR終端與需求響應(yīng)服務(wù)系統(tǒng)，對需求響應(yīng)系統(tǒng)發(fā)布的削減負(fù)荷進(jìn)行再分配。

用戶側(cè)設(shè)施通常由用戶直接管理、也可以委托DR服務(wù)供應(yīng)商管理，用戶側(cè)管理的主要資源有：

（1）能源系統(tǒng)：包括家庭能源管理系統(tǒng)（HEMS）、樓宇能源管理系統(tǒng)（BEMS）、工業(yè)能源管理系統(tǒng)（FEMS）、儲能系統(tǒng)、分布式能源系統(tǒng)等。

（2）用電設(shè)備：電梯、電機(jī)、工業(yè)設(shè)備、空調(diào)、照明燈具、家用電器等。

（3）智能設(shè)備：可編程控制器、智能家電、智能終端等。

（4）網(wǎng)關(guān)設(shè)備：家庭通信網(wǎng)關(guān)、工廠能源網(wǎng)關(guān)等。

（5）局域網(wǎng)：家庭、樓宇、工廠、社區(qū)等本地局域網(wǎng)。

（6）充電樁：電動汽車充電樁等。

3.3 系統(tǒng)架構(gòu)

業(yè)務(wù)層規(guī)定需求響應(yīng)政策、業(yè)務(wù)模式、參與者的分工、業(yè)務(wù)能力和業(yè)務(wù)過程。支持管理者開展需求響應(yīng)業(yè)務(wù)，支持監(jiān)管者定義新的市場模式，支持業(yè)務(wù)細(xì)化，保證各個具體業(yè)務(wù)的實現(xiàn)。

功能層規(guī)定的功能和服務(wù)及其之間的關(guān)系，提供相應(yīng)功能，支撐業(yè)務(wù)流程。功能必須從用例中提取出來的，功能的表示是邏輯的、獨立于參與者和物理實現(xiàn)。

信息層規(guī)定在功能、服務(wù)和組件之間進(jìn)行交互的信息，定義信息對象和數(shù)據(jù)模型的基本規(guī)范，提供了通信互操作的通用語義。信息層主要包括業(yè)務(wù)環(huán)境和語義理解功能。規(guī)范幫助語義理解與業(yè)務(wù)內(nèi)容表達(dá)。

通信層重點規(guī)定了信息交換的協(xié)議和機(jī)制。基于用例、功能服務(wù)、信息對象或數(shù)據(jù)模型。通信層主要包括語法的互操作性功能。提供網(wǎng)絡(luò)交互，主要交互流程應(yīng)包括。

物理層重點規(guī)定了需求響應(yīng)系統(tǒng)的物理分布，包括系統(tǒng)參與者、智能應(yīng)用程序、用戶設(shè)備、電力設(shè)施、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施（有線/無線通信連接，路由器，交換機(jī)，服務(wù)器）和計算機(jī)。物理層主要包括網(wǎng)絡(luò)的互操作性功能，提供基本連接。

4. 需求響應(yīng)負(fù)荷來源分析及響應(yīng)流程

4.1 需求響應(yīng)負(fù)荷來源分析

工業(yè)園區(qū)需求響應(yīng)試點初步的削減負(fù)荷來源初步分析如下：

需求響應(yīng)策略 負(fù)荷總量

（MW） 削減

比例 削減負(fù)荷

（MW） 響應(yīng)類型 實施辦法

A 中央空調(diào)/

照明系統(tǒng) 6 8% 0.48 自動 提前一天

或當(dāng)天

B 試驗室負(fù)荷

管理與優(yōu)化 20 20% 4 半自動 提前30分

鐘或即時

C 企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)

濟(jì)負(fù)荷調(diào)度 10 15% 1.5 半自動 提前30分鐘或即時

D 分布式太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng) 32 5% 2.2 自動 提前30分

鐘或即時

E 變壓器群負(fù)

荷管理優(yōu)化 10 15% 1.5 半自動 提前一天或當(dāng)天

總計： 9.68

4.2 響應(yīng)流程

（1）準(zhǔn)備：發(fā)動企業(yè)自愿參與，并于政府管理部門簽訂自動需求響應(yīng)協(xié)議。

（2）發(fā)布：供電局根據(jù)負(fù)荷預(yù)測提前一天（或者當(dāng)天上午）在需求側(cè)管理平臺發(fā)布需響應(yīng)的負(fù)荷量，并通過需求側(cè)管理平臺發(fā)布至需求響應(yīng)集成服務(wù)商平臺或參與企業(yè)。

（3）負(fù)荷自動分配：需求側(cè)管理平臺根據(jù)模型自動分配響應(yīng)負(fù)荷至需求響應(yīng)集成服務(wù)商平臺或參與企業(yè)，并通知參與企業(yè)。（在高級應(yīng)用階段，參與企業(yè)可以對響應(yīng)負(fù)荷進(jìn)行競價和交易）。

（4）實施與監(jiān)控：參與企業(yè)根據(jù)預(yù)先制定的需求響應(yīng)策略對電力需求做成響應(yīng)，通過需求側(cè)管理平臺客戶終端或負(fù)荷集成商提供的用戶終端監(jiān)測需求響應(yīng)事件過程，并及時對削減負(fù)荷做出調(diào)整。

（5）效果評估：需求響應(yīng)平臺根據(jù)負(fù)荷集成商或參與企業(yè)的實際負(fù)荷與先前計算的基準(zhǔn)負(fù)荷計算企業(yè)的響應(yīng)負(fù)荷，并實施獎勵。對于以負(fù)荷集成商為主體實施的需求響應(yīng)試點結(jié)果，政府的獎勵資金將與負(fù)荷集成商結(jié)算，參與企業(yè)的收益由負(fù)荷集成商根據(jù)雙方協(xié)議結(jié)算。

5. 結(jié)語

需求響應(yīng)是智能電網(wǎng)技術(shù)的關(guān)鍵應(yīng)用，是智能用電中最能體現(xiàn)靈活互動特征的核心業(yè)務(wù)之一，對提高供需動態(tài)優(yōu)化程度、提升電力資源優(yōu)化配置水平，以及構(gòu)建供用電和諧關(guān)系等方面具有重要作用。自動需求響應(yīng)作為需求響應(yīng)的發(fā)展趨勢，主要特征是信息交互標(biāo)準(zhǔn)化、決策智能化和執(zhí)行自動化[5]。本文為開發(fā)自動需求響應(yīng)管理平臺提供了理論研究，提出針對不同參與方（政府，電力公司，用戶），且具備商業(yè)運行的各種激勵方式，并開展試點應(yīng)用，建立國內(nèi)首個電力自動需求響應(yīng)工業(yè)園區(qū)，成為我國電力需求響應(yīng)的重要試驗田。

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作者簡介：

汪振，1983-03，男，漢族，工程師，南方電網(wǎng)綜合能源有限公司，碩士，研究方向：電力需求側(cè)管理。