簡(jiǎn)介

    關(guān)于智能電網(wǎng)，您肯定不會(huì)感到陌生，在美國(guó)，這種互聯(lián)的基礎(chǔ)架構(gòu)，正將數(shù)字智能化嵌入整個(gè)生產(chǎn)、分配、定價(jià)、電能消耗的流程中。

    之前的白皮書(shū)“自動(dòng)化和智能電網(wǎng)：今日的能耗管理”，已經(jīng)向您介紹過(guò)美國(guó)電力電網(wǎng)，提出了實(shí)用的方法，中小型工商企業(yè)無(wú)需等待未來(lái)的技術(shù)研發(fā)即可減少能耗成本。

    該白皮書(shū)介紹了需求響應(yīng)（DR），它是一個(gè)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(lái)的收入來(lái)源。需求響應(yīng)為您量身定制，猶如自動(dòng)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(dá)您的企業(yè)。然后，我們討論四個(gè)步驟，您便可從需求響應(yīng)工程中獲得利益。

企業(yè)能源

產(chǎn)品集成和分布式系統(tǒng)

北美的電力電網(wǎng)覆蓋美國(guó)和加拿大。系統(tǒng)頂部是三個(gè)獨(dú)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(huì)（ERCOT）電網(wǎng)分布圖。而對(duì)于美國(guó)，這些電網(wǎng)是在聯(lián)邦能源監(jiān)管委員會(huì)（FERC）的管控下運(yùn)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(chǎng)，稱為獨(dú)立系統(tǒng)機(jī)構(gòu)（ISO）或地域性傳輸機(jī)構(gòu)（RTO）。查看下圖，顯示這些批發(fā)市場(chǎng)位置分布。

其他區(qū)域----東南部、西南部、太平洋西北部，有更多傳統(tǒng)的垂直整合市場(chǎng)，將電力直接從發(fā)電傳送到客戶，或其他聯(lián)邦、市政、協(xié)作機(jī)構(gòu)直接為客戶提供能源。因此，生產(chǎn)、傳輸、分配，根據(jù)企業(yè)所處區(qū)域，變化很大。

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(fù)責(zé)對(duì)特定區(qū)域，實(shí)時(shí)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(chǎng)覆蓋美國(guó)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(jià)格變化是基于長(zhǎng)期合同及短期投標(biāo)的基礎(chǔ)上，類似于其它商品市場(chǎng)。短期投標(biāo)實(shí)際是同步多方位運(yùn)行的：生產(chǎn)者的喊價(jià)或多或少滿足能源的需求；客戶的喊價(jià)以更少的能源，減少總需求，或（不太頻繁）喊價(jià)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(yùn)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(chǔ)備、補(bǔ)充儲(chǔ)備、可替換儲(chǔ)備。確定足夠的能源，以防額外的需求或電網(wǎng)擾亂。請(qǐng)注意配套服務(wù)是由運(yùn)行速度快慢而指定的，管控最多1分鐘，連網(wǎng)儲(chǔ)備最多10分鐘。

需求是如何改變的

美國(guó)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(diǎn)是滿足需求。在過(guò)去超過(guò)50年中，民用空調(diào)裝置，以及其他家用電力設(shè)備的增長(zhǎng)，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(yùn)行設(shè)備，白天夜晚多重轉(zhuǎn)換。

但是民用需求是波動(dòng)的。在一段時(shí)間趨于峰值，特別是當(dāng)下午回家后，打開(kāi)交流電源，做晚餐這個(gè)時(shí)間段。

隨著民用比率的增高，整體需求無(wú)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(lái)源，另外，電廠一定得適應(yīng)高峰時(shí)刻用電量。

未來(lái)電網(wǎng)的壓力

電網(wǎng)的未來(lái)壓力來(lái)自于新型發(fā)電方式的增長(zhǎng)，例如風(fēng)能和太陽(yáng)能。在2010年，美國(guó)大約只有10%的電能是由可持續(xù)能源生產(chǎn)的。當(dāng)這些產(chǎn)電能源占很大比例時(shí)，電網(wǎng)就需要改變來(lái)適應(yīng)現(xiàn)狀：

l         風(fēng)能和太陽(yáng)能，依靠風(fēng)力改變方向和力度，而太陽(yáng)會(huì)消失在云朵背后。因此，它的輸出是變化，并且是不可預(yù)計(jì)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(fēng)能和太陽(yáng)能適用于遠(yuǎn)程發(fā)電，人口稀疏且能源緊需的地方。距離和管轄權(quán)問(wèn)題的監(jiān)管機(jī)構(gòu)之間復(fù)雜的傳輸。

l         分布式發(fā)電----例如來(lái)自當(dāng)?shù)亟ㄖ奶?yáng)能電池，是合適的選擇，但是有可能在電網(wǎng)內(nèi)造成問(wèn)題。電流分布式系統(tǒng)用于處理從上游到下游的能量流動(dòng)消耗，而不是以其他方向流動(dòng)。如果廣泛采用分布式發(fā)電，發(fā)電量便可能超過(guò)需求量，能源流動(dòng)的危險(xiǎn)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(shí)刻，設(shè)計(jì)出智能電網(wǎng)，彈性應(yīng)對(duì)新型發(fā)電資源，我們便能保持供需平衡。

智能電網(wǎng)的雙面性

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(gè)自動(dòng)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(duì)于需求方來(lái)說(shuō)，您需要必要的技巧，以及對(duì)于智能電網(wǎng)的興趣，以確保智能電網(wǎng)的研發(fā)，這對(duì)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(lái)源。

下面幾頁(yè)將為您展示如何實(shí)現(xiàn)，有以下四個(gè)步驟。

1.      學(xué)習(xí)相關(guān)術(shù)語(yǔ)，并了解整個(gè)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(xì)數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)，了解使用情況。

4.      啟動(dòng)該項(xiàng)目，為公司謀福利。

1. 了解專業(yè)術(shù)語(yǔ)和成員

讓我們先了解一下，向智能電網(wǎng)邁進(jìn)中一些成員。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，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(shí)際上，生產(chǎn)商和零售商之間有相當(dāng)大一部分互相重合，未來(lái)這種現(xiàn)象將更加明顯。）

能源生產(chǎn)商負(fù)責(zé)在電網(wǎng)中生產(chǎn)和傳輸能源。公共事業(yè)公司（公開(kāi)或私人擁有）、獨(dú)立系統(tǒng)機(jī)構(gòu)（ISOs）、區(qū)域傳輸機(jī)構(gòu)（RTOs），相關(guān)生產(chǎn)電能，及傳輸高壓電能的集團(tuán)。

能源零售商負(fù)責(zé)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(yè)面的圖片顯示，許多零售業(yè)為能源客戶提供定價(jià)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。

您使用的電能來(lái)自哪里？

我們已經(jīng)知道供應(yīng)電能是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)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(shuí)生產(chǎn)并進(jìn)行分配能源的，是否可自行選擇能源供應(yīng)商。

2. 找出當(dāng)?shù)?/span>DSM規(guī)劃

下一步，您需要找出需求方管理（DSM）項(xiàng)目，包括：

l         存儲(chǔ)----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(shí)間，暫時(shí)卸下負(fù)載或轉(zhuǎn)換負(fù)載在，以便減少尖峰時(shí)刻的需求。

存儲(chǔ)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(bǔ)償、酬金、培訓(xùn)，來(lái)鼓勵(lì)高效使用和存儲(chǔ)能源。裝置標(biāo)準(zhǔn)和建立代碼也促進(jìn)高效使用能源。存儲(chǔ)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(shí)間而改變。

相比之下，需求響應(yīng)項(xiàng)目，則需要改變操作，與時(shí)間緊密聯(lián)系。范圍從分時(shí)定價(jià)---電力成本在一天之中固定時(shí)間內(nèi)更高，到有突發(fā)事件發(fā)生時(shí)擺脫負(fù)擔(dān)。DR（需求響應(yīng)）由能源價(jià)格的改變、額外的需求、電網(wǎng)可靠性的改變而引起。當(dāng)發(fā)生突發(fā)時(shí)間，DR規(guī)劃立即回應(yīng)，短時(shí)間內(nèi)縮減能耗。

這些都是您項(xiàng)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(wú)論是否發(fā)生突發(fā)情況，您的能源零售商支付您每個(gè)月所達(dá)成的協(xié)議，幫助您擺脫負(fù)擔(dān)。

l         如果有突發(fā)情況，您的能源零售商便會(huì)支付您費(fèi)用，擺脫負(fù)擔(dān)。

在一些需求響應(yīng)項(xiàng)目中，遇到突發(fā)事件會(huì)提前24小時(shí)通報(bào)；而另一些情況，您會(huì)被通知，且必須在規(guī)定時(shí)間內(nèi)做出回應(yīng)：10分鐘，30分鐘?？偟膩?lái)說(shuō)，回應(yīng)速度越快，你需要支付的就越多。

DR項(xiàng)目樣例

DR項(xiàng)目像什么？舉個(gè)例子，南加州愛(ài)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(diǎn)：

l         需求投標(biāo)----當(dāng)減少需求以應(yīng)對(duì)突發(fā)事件時(shí)， 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(diǎn)峰值定價(jià)----為您提供動(dòng)態(tài)定價(jià)率時(shí)間表。費(fèi)率更高的是在高峰時(shí)間段，在夏天，基于每天的時(shí)間段提供折扣率。

l         電容量投標(biāo)-----對(duì)于電容量降低，以及實(shí)際能源減少，為您提供月度激勵(lì)支付；投標(biāo)必須提前一個(gè)月。如果不參與進(jìn)去，將會(huì)獲得相應(yīng)的處罰。無(wú)論是否發(fā)生突發(fā)事件，信用額度都會(huì)支付。

l         需求響應(yīng)合同----該項(xiàng)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(shí)時(shí)定價(jià)----根據(jù)每日洛杉磯市區(qū)高峰時(shí)刻的溫度提供定價(jià)率。該項(xiàng)目可以全年應(yīng)用，而不僅僅是夏天。

另外，對(duì)于這些項(xiàng)目，SCE或多或少以需求響應(yīng)審計(jì)的形式提供技術(shù)援助， 對(duì)于重大突發(fā)事件需要自動(dòng)安裝的，給與資金返還。

由于電網(wǎng)運(yùn)行各區(qū)域改變是如此之快，各項(xiàng)目也寬泛改變，但是你還是能找到相類似的項(xiàng)目。在一些地方，當(dāng)?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(huì)到，請(qǐng)?jiān)俚却鶄€(gè)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(huì)到它帶來(lái)的益處。

3.    獲取能耗詳細(xì)數(shù)據(jù)

除非準(zhǔn)確測(cè)定數(shù)值，否則您無(wú)法想象。因此，在您確定這塊區(qū)域的需求方項(xiàng)目之前，必須確定能耗的形式。

工商業(yè)客戶經(jīng)常發(fā)現(xiàn)他們需要的比一臺(tái)智能儀表更多。由所有設(shè)備的能耗數(shù)據(jù)開(kāi)始，是 朝著正確方向的一步邁進(jìn)，但是遲早，您將可能需要匯聚更多瑣碎數(shù)據(jù)，如子儀表盤(pán)、獨(dú)立冷凍機(jī)、壓縮機(jī)、生產(chǎn)線，或其他設(shè)備和靠電力運(yùn)營(yíng)的工程。

同樣，啟動(dòng)后在每小時(shí)最初的時(shí)間段，數(shù)據(jù)都是足夠的，但無(wú)法最大化潛在存儲(chǔ)，并獲得收益，除非每間隔一分鐘或更短的時(shí)間獲取數(shù)據(jù)。特別對(duì)于需求響應(yīng)的項(xiàng)目，一定得從儀器和設(shè)備上，獲得詳細(xì)的、接近實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)。

作為一名自動(dòng)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(huì)2011年9月報(bào)導(dǎo)“公用設(shè)施、財(cái)產(chǎn)經(jīng)理、BAS（樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)）OEM不會(huì)習(xí)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(dòng)化專家知道如何獲取數(shù)據(jù)，并在過(guò)程控制和商務(wù)判斷中使用它，一些自動(dòng)化制造廠商提供適當(dāng)?shù)漠a(chǎn)品生產(chǎn)能源。

例如，自動(dòng)化制造商Opto 22生產(chǎn)了工業(yè)級(jí)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(pán)、各種設(shè)備。Sensor監(jiān)控實(shí)時(shí)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(kù)、控制系統(tǒng)，發(fā)送實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)，使用開(kāi)放協(xié)議，包括Ethernet、TCP/IP、Modbus。另一個(gè)產(chǎn)品，OptoEMU Sensor DR，監(jiān)控能耗并響應(yīng)DR，或通過(guò)預(yù)先設(shè)置閾值實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)開(kāi)關(guān)。

啟動(dòng)DR項(xiàng)目時(shí)是尤其重要的，因此，您可以調(diào)整最初的能量削減計(jì)劃。但是持續(xù)測(cè)量和驗(yàn)證也是非常重要的。定價(jià)、規(guī)劃、進(jìn)程、需求將隨時(shí)間改變。如果您擁有數(shù)據(jù)，您可以立即調(diào)整。

3. 自動(dòng)化響應(yīng)

一旦您對(duì)削減計(jì)劃滿意了，并且驗(yàn)證了實(shí)時(shí)響應(yīng)，您就會(huì)想要自動(dòng)完成響應(yīng)。自動(dòng)增速、精確DR便很容易實(shí)現(xiàn)。

可采取多種自動(dòng)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(jì)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(dòng)響應(yīng)的客戶端（您這一端），之間信息的交換。

從許多方面來(lái)說(shuō)，自動(dòng)響應(yīng)DR，是另一種自動(dòng)化的應(yīng)用。使用開(kāi)放式協(xié)議控制，例如Ethernet、Modbus或OpenADR,將給您改變未來(lái)的靈活性。而對(duì)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(dòng)化專家，您正處于有利位置，幫助您的公司主動(dòng)解決能源需求和成本。現(xiàn)在是該行動(dòng)的時(shí)候了。

l         開(kāi)始監(jiān)控能耗匯聚詳細(xì)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并分析形式。

l         開(kāi)展削減計(jì)劃將對(duì)您公司大有益處。

l         找到本地DR計(jì)劃并追蹤結(jié)果?？紤]自動(dòng)響應(yīng)。

您會(huì)發(fā)現(xiàn)能耗監(jiān)控和需求響應(yīng)，不僅會(huì)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(kāi)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(kāi)放式Optomux協(xié)議，以及先進(jìn)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(guó)制造并提供技術(shù)支持的。由于公司建立并測(cè)試所有產(chǎn)品，Opto 22能對(duì)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(fèi)技術(shù)支持、免費(fèi)培訓(xùn)、免費(fèi)文檔，以及免費(fèi)售前工程援助。