簡介
關(guān)于智能電網(wǎng)，您肯定不會感到陌生，在美國，這種互聯(lián)的基礎(chǔ)架構(gòu)，正將數(shù)字智能化嵌入整個生產(chǎn)、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(wǎng)：今日的能耗管理”，已經(jīng)向您介紹過美國電力電網(wǎng)，提出了實用的方法，中小型工商企業(yè)無需等待未來的技術(shù)研發(fā)即可減少能耗成本。
該白皮書介紹了需求響應(yīng)（DR），它是一個超越了降低能耗成本的概念。需求響應(yīng)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(yè)未來的收入來源。需求響應(yīng)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(yè)。然后，我們討論四個步驟，您便可從需求響應(yīng)工程中獲得利益。
企業(yè)能源
北美的電力電網(wǎng)覆蓋美國和加拿大。系統(tǒng)頂部是三個獨立的同步電網(wǎng)，如右圖所示：東部電網(wǎng)分布圖、西部電網(wǎng)分布圖、德州電力可靠性委員會（ERCOT）電網(wǎng)分布圖。而對于美國，這些電網(wǎng)是在聯(lián)邦能源監(jiān)管委員會（FERC）的管控下運行的。
這三塊電網(wǎng)區(qū)域中，一部分美洲區(qū)域---- New England, mid-Atlantic, Florida, Texas, California已經(jīng)組織了批發(fā)市場，稱為獨立系統(tǒng)機構(gòu)（ISO）或地域性傳輸機構(gòu)（RTO）。查看下圖，顯示這些批發(fā)市場位置分布。
但是還有另外一面：被稱為權(quán)利平衡組織的另外107家組織，負責對特定區(qū)域，實時平衡供需，有一些大區(qū)域，另一些則非常小。
所建立的批發(fā)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(qū)域，價格變化是基于長期合同及短期投標的基礎(chǔ)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(chǎn)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(yīng)。
平衡電網(wǎng)供需
該集成、重疊陳列運行，以保持電網(wǎng)供需平衡，配套服務(wù)是主要工具。下面的表格為您顯示這些配套服務(wù)----管控、連網(wǎng)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(wǎng)擾亂。請注意配套服務(wù)是由運行速度快慢而指定的，管控最多1分鐘，連網(wǎng)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(chǔ)設(shè)施，然而，需求數(shù)量和本質(zhì)，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(diào)裝置，以及其他家用電力設(shè)備的增長，已經(jīng)改變了消耗的平衡。一條研究指出：“從1950年到1959年，工業(yè)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(yè)需求趨于平穩(wěn)。工廠持續(xù)運行設(shè)備，白天夜晚多重轉(zhuǎn)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(wěn)。因此，一定是仍在使用從前的、低效率的發(fā)電來源，另外，電廠一定得適應(yīng)高峰時刻用電量。
未來電網(wǎng)的壓力
電網(wǎng)的未來壓力來自于新型發(fā)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(xù)能源生產(chǎn)的。當這些產(chǎn)電能源占很大比例時，電網(wǎng)就需要改變來適應(yīng)現(xiàn)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(yù)計的，不像煤電廠，以穩(wěn)定的頻率產(chǎn)生能源。電網(wǎng)需要更多的靈活性，以適應(yīng)這些資源的變化。
l 風能和太陽能適用于遠程發(fā)電，人口稀疏且能源緊需的地方。距離和管轄權(quán)問題的監(jiān)管機構(gòu)之間復(fù)雜的傳輸。
l 分布式發(fā)電----例如來自當?shù)亟ㄖ奶柲茈姵?，是合適的選擇，但是有可能在電網(wǎng)內(nèi)造成問題。電流分布式系統(tǒng)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(fā)電，發(fā)電量便可能超過需求量，能源流動的危險性從變電站轉(zhuǎn)移到輸電網(wǎng)。
如果我們能降低白天和季節(jié)性的需求，緩解尖峰時刻，設(shè)計出智能電網(wǎng)，彈性應(yīng)對新型發(fā)電資源，我們便能保持供需平衡。
大多數(shù)關(guān)于智能電網(wǎng)的討論，都聚焦于供應(yīng)方，而不是需求方。這些討論傾向于圍繞公共政策、政府規(guī)劃、改變傳輸和分配基礎(chǔ)架構(gòu)等等。
現(xiàn)在讓我們更近距離了解一下需求方，電網(wǎng)的終端能源客戶。作為一個自動化專家----工程師、控制技術(shù)人員、設(shè)備經(jīng)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(wǎng)的興趣，以確保智能電網(wǎng)的研發(fā)，這對于工商業(yè)客戶意義非凡。而如今，盡管能電網(wǎng)依舊在研發(fā)中，您仍可以將電力能耗轉(zhuǎn)變?yōu)槠髽I(yè)真正的收入來源。
下面幾頁將為您展示如何實現(xiàn)，有以下四個步驟。
1. 學習相關(guān)術(shù)語，并了解整個電網(wǎng)架構(gòu)的成員。
2. 找出關(guān)于本地需求方的規(guī)劃，應(yīng)用于您的公司。
3. 獲取公司能耗詳細數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)，了解使用情況。
4. 啟動該項目，為公司謀福利。
1. 了解專業(yè)術(shù)語和成員
讓我們先了解一下，向智能電網(wǎng)邁進中一些成員。
簡單來說，我們已經(jīng)劃分為三種類型：能源生產(chǎn)商、能源零售商和能源消耗者。（實際上，生產(chǎn)商和零售商之間有相當大一部分互相重合，未來這種現(xiàn)象將更加明顯。）
能源生產(chǎn)商負責在電網(wǎng)中生產(chǎn)和傳輸能源。公共事業(yè)公司（公開或私人擁有）、獨立系統(tǒng)機構(gòu)（ISOs）、區(qū)域傳輸機構(gòu)（RTOs），相關(guān)生產(chǎn)電能，及傳輸高壓電能的集團。
能源零售商負責電網(wǎng)的分配工作。需求響應(yīng)提供商（DRPs）、變送服務(wù)供應(yīng)商（CSPs）、能源服務(wù)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(yè)為能源客戶提供定價和需求響應(yīng)規(guī)劃。
能源消耗者是指商業(yè)、工業(yè)和居民用戶，使用電網(wǎng)生產(chǎn)的電能。
我們已經(jīng)知道供應(yīng)電能是一個復(fù)雜的過程，在不同的區(qū)域情況又都不同。您的首要工作是找出企業(yè)使用的電能，是由誰生產(chǎn)并進行分配能源的，是否可自行選擇能源供應(yīng)商。
2. 找出當?shù)?/span>DSM規(guī)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(yīng)----一天內(nèi)不同時間，暫時卸下負載或轉(zhuǎn)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(yīng)商提供例如補償、酬金、培訓(xùn)，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(jù)時間而改變。
相比之下，需求響應(yīng)項目，則需要改變操作，與時間緊密聯(lián)系。范圍從分時定價---電力成本在一天之中固定時間內(nèi)更高，到有突發(fā)事件發(fā)生時擺脫負擔。DR（需求響應(yīng)）由能源價格的改變、額外的需求、電網(wǎng)可靠性的改變而引起。當發(fā)生突發(fā)時間，DR規(guī)劃立即回應(yīng)，短時間內(nèi)縮減能耗。
您有兩條獲益途徑：
l 無論是否發(fā)生突發(fā)情況，您的能源零售商支付您每個月所達成的協(xié)議，幫助您擺脫負擔。
l 如果有突發(fā)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(yīng)項目中，遇到突發(fā)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(guī)定時間內(nèi)做出回應(yīng)：10分鐘，30分鐘?？偟膩碚f，回應(yīng)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(yè)公司，可提供許多規(guī)劃，包括以下五點：
l 需求投標----當減少需求以應(yīng)對突發(fā)事件時， 預(yù)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(wù)。
l 重點峰值定價----為您提供動態(tài)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(yīng)的處罰。無論是否發(fā)生突發(fā)事件，信用額度都會支付。
l 需求響應(yīng)合同----該項目合同由第三方聯(lián)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(jù)每日洛杉磯市區(qū)高峰時刻的溫度提供定價率。該項目可以全年應(yīng)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(yīng)審計的形式提供技術(shù)援助， 對于重大突發(fā)事件需要自動安裝的，給與資金返還。
由于電網(wǎng)運行各區(qū)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?shù)氐墓檬聵I(yè)公司只是形象工程；其他地方，第三方聯(lián)絡(luò)人和其他能源服務(wù)公司可以提供大量的選擇。
如果您現(xiàn)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(yīng)的行列，便越快能體會到它帶來的益處。
3. 獲取能耗詳細數(shù)據(jù)
除非準確測定數(shù)值，否則您無法想象。因此，在您確定這塊區(qū)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)。特別對于需求響應(yīng)的項目，一定得從儀器和設(shè)備上，獲得詳細的、接近實時的數(shù)據(jù)。
作為一名自動化專家，您將成為建立能源監(jiān)控和處理數(shù)據(jù)的關(guān)鍵。
智能樓宇技術(shù)研討會2011年9月報導(dǎo)“公用設(shè)施、財產(chǎn)經(jīng)理、BAS（樓宇自動化系統(tǒng)）OEM不會習慣于管理由智能電網(wǎng)和智能樓宇產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)。”
然而，自動化專家知道如何獲取數(shù)據(jù)，并在過程控制和商務(wù)判斷中使用它，一些自動化制造廠商提供適當?shù)漠a(chǎn)品生產(chǎn)能源。
例如，自動化制造商Opto 22生產(chǎn)了工業(yè)級別高可靠性能耗監(jiān)控設(shè)備（the OptoEMU Sensor），可用于監(jiān)控脈沖儀表、電子儀表盤、各種設(shè)備。Sensor監(jiān)控實時能耗，記錄數(shù)據(jù)，并向在線能耗監(jiān)控服務(wù)器、企業(yè)數(shù)據(jù)庫、控制系統(tǒng)，發(fā)送實時和歷史數(shù)據(jù)，使用開放協(xié)議，包括Ethernet、TCP/IP、Modbus。另一個產(chǎn)品，OptoEMU Sensor DR，監(jiān)控能耗并響應(yīng)DR，或通過預(yù)先設(shè)置閾值實現(xiàn)設(shè)備的自動開關(guān)。
3. 開始啟動項目，為您服務(wù)
由于您已經(jīng)安裝了能耗監(jiān)控系統(tǒng)，并了解詳細的能耗，便準備好了啟動DR項目，為您的企業(yè)謀福利。
三個步驟向前推進
1. 開展能源削減計劃
基于現(xiàn)有的詳細能耗數(shù)據(jù)，制定一個合理的能耗削減計劃。
您可能已經(jīng)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?？紤]變頻驅(qū)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(nèi)另一個時段運行。思考下，在夏天涼爽的清晨空氣中，預(yù)制冷樓宇，整個晚上制冷，更節(jié)能，或多采用高效率設(shè)備。
而對于需求響應(yīng)，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(wù)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(yīng)時間在十分鐘內(nèi)，更快的響應(yīng)時間可以賺到更多利益。
l 臨時性關(guān)閉用電量大的設(shè)備或流程
l 提升或降低設(shè)定溫度，用于加熱或制冷
l 減少照明亮度
l 在一次任務(wù)中，切換到備用發(fā)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(xiàn)場的柴油發(fā)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(guān)閉流程或系統(tǒng)，重新啟動的成本和時間是多少？例如，許多HVAC系統(tǒng)遇到突發(fā)事件后用電量升高，這是因為使用了額外的能量回復(fù)到正常狀態(tài)。您可以盡量通過系統(tǒng)逐漸恢復(fù)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(yōu)先權(quán)。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(guān)閉輸送泵，保持緩沖罐內(nèi)的材料直到DR結(jié)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(shù)據(jù)，了解流程和業(yè)務(wù)，將幫助您更好執(zhí)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(yīng)，當手機響了，或者其他通知傳來，您公司的員工通過關(guān)閉設(shè)備，或其他卸掉負載的方式來做響應(yīng)。手動響應(yīng)可能是啟動的好方法，只要您能夠及時并完成響應(yīng)。如果某一項目發(fā)出呼叫，您未能在特定時間內(nèi)響應(yīng)，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(yè)公司或服務(wù)供應(yīng)商驗證；確定您擁有歷史數(shù)據(jù)，這樣就可以精確多快能響應(yīng)，以及存儲了多少能源。該數(shù)據(jù)將幫助您精確削減計劃，如果有質(zhì)疑，便可驗證響應(yīng)。
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(diào)整最初的能量削減計劃。但是持續(xù)測量和驗證也是非常重要的。定價、規(guī)劃、進程、需求將隨時間改變。如果您擁有數(shù)據(jù)，您可以立即調(diào)整。
3. 自動化響應(yīng)
一旦您對削減計劃滿意了，并且驗證了實時響應(yīng)，您就會想要自動完成響應(yīng)。自動增速、精確DR便很容易實現(xiàn)。
可采取多種自動化形式，從您已使用的控制系統(tǒng)和協(xié)議，到新協(xié)議，特別是專門為DR設(shè)計的協(xié)議。最有前景的協(xié)議是OpenADR，這條協(xié)議用于發(fā)送通知的服務(wù)器（在您的CSP），和自動響應(yīng)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(yīng)DR，是另一種自動化的應(yīng)用。使用開放式協(xié)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(jié)論
我們生產(chǎn)和使用電力能源的方式、我們保持電網(wǎng)供需平衡的方式，都在快速改變。需求響應(yīng)為企業(yè)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?，F(xiàn)在是該行動的時候了。
l 開始監(jiān)控能耗匯聚詳細、實時數(shù)據(jù)，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(jié)果?？紤]自動響應(yīng)。
您會發(fā)現(xiàn)能耗監(jiān)控和需求響應(yīng)，不僅會減少能源成本，還能顯著提升公司收益。
關(guān)于Opto 22
Opto 22公司于1974年，由固態(tài)繼電器的發(fā)明者之一創(chuàng)建，他發(fā)現(xiàn)了使固態(tài)繼電器擁有更高可靠性的方法。Opto 22始終以開放式協(xié)議研發(fā)產(chǎn)品，而不是依靠私有的技術(shù)。該公司創(chuàng)立了紅-白-黃-黑I/O模塊色塊系統(tǒng)，開放式Optomux協(xié)議，以及先進的基于Ethernet的I/O。
Opto 22公司以高品質(zhì)固態(tài)繼電器和I/O聞名世界，所有產(chǎn)品都是由美國制造并提供技術(shù)支持的。由于公司建立并測試所有產(chǎn)品，Opto 22能對所有固態(tài)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(xù)的良好政策，能為客戶提供免費技術(shù)支持、免費培訓(xùn)、免費文檔，以及免費售前工程援助。
關(guān)于OptoEMU Sensor
Sensor與脈沖儀表、電子儀表盤、子儀表盤、電子設(shè)備相連接，可發(fā)送能耗數(shù)據(jù)到在線能源監(jiān)控服務(wù)器，例如Pulse Energy（www.pulseenergy.com）或eSight（www.esightenergy.com），因此，您可以在任何授權(quán)的計算機或移動設(shè)備上，瀏覽并分析數(shù)據(jù)，OptoEMU Sensor也能發(fā)送數(shù)據(jù)，用以控制系統(tǒng)和計算機數(shù)據(jù)庫，因此，您可以直接使用數(shù)據(jù)，管理能耗和成本。
Sensor DR與脈沖儀表連接，獲取能耗數(shù)據(jù)，響應(yīng)DR，或通過設(shè)備開關(guān)，預(yù)設(shè)初值。Sensor DR也能將數(shù)據(jù)發(fā)送到在線服務(wù)器，控制系統(tǒng)，也發(fā)送到公司數(shù)據(jù)庫，用于今后的數(shù)據(jù)分析和運作。
通過工業(yè)協(xié)議，OptoEMU Sensor和OptoEMU Sensor DR很容易使用和配置。產(chǎn)品技術(shù)支持是免費提供的。
預(yù)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。
