其他区域----东南部、西南部、太平洋西北部,有更多传统的垂直整合市场,将电力直接从发电传送到客户,或其他联邦、市政、协作机构直接为客户提供能源。因此,生产、传输、分配,根据企业所处区域,变化很大。
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但是还有另外一面:被称为权利平衡组织的另外107家组织,负责对特定区域,实时平衡供需,有一些大区域,另一些则非常小。
所建立的批发能源市场覆盖美国大约三分之二人口,以及三分之二的总需求。在这些区域,价格变化是基于长期合同及短期投标的基础上,类似于其它商品市场。短期投标实际是同步多方位运行的:生产者的喊价或多或少满足能源的需求;客户的喊价以更少的能源,减少总需求,或(不太频繁)喊价以更多能源满足供应。
平衡电网供需
该集成、重叠陈列运行,以保持电网供需平衡,配套服务是主要工具。下面的表格为您显示这些配套服务----管控、连网储备、补充储备、可替换储备。确定足够的能源,以防额外的需求或电网扰乱。请注意配套服务是由运行速度快慢而指定的,管控最多1分钟,连网储备最多10分钟。
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需求是如何改变的
美国同样在十年间留下了大量电力基础设施,然而,需求数量和本质,在不断改变。
今后的重点是满足需求。在过去超过50年中,民用空调装置,以及其他家用电力设备的增长,已经改变了消耗的平衡。一条研究指出:“从1950年到1959年,工业客户占电力能源总需求的一半;从2000年到2009年,只占总需求的28%。”
工业需求趋于平稳。工厂持续运行设备,白天夜晚多重转换。
但是民用需求是波动的。在一段时间趋于峰值,特别是当下午回家后,打开交流电源,做晚餐这个时间段。
随着民用比率的增高,整体需求无法趋于平稳。因此,一定是仍在使用从前的、低效率的发电来源,另外,电厂一定得适应高峰时刻用电量。
未来电网的压力
电网的未来压力来自于新型发电方式的增长,例如风能和太阳能。在2010年,美国大约只有10%的电能是由可持续能源生产的。当这些产电能源占很大比例时,电网就需要改变来适应现状:
l 风能和太阳能,依靠风力改变方向和力度,而太阳会消失在云朵背后。因此,它的输出是变化,并且是不可预计的,不像煤电厂,以稳定的频率产生能源。电网需要更多的灵活性,以适应这些资源的变化。
l 风能和太阳能适用于远程发电,人口稀疏且能源紧需的地方。距离和管辖权问题的监管机构之间复杂的传输。
l 分布式发电----例如来自当地建筑的太阳能电池,是合适的选择,但是有可能在电网内造成问题。电流分布式系统用于处理从上游到下游的能量流动消耗,而不是以其他方向流动。如果广泛采用分布式发电,发电量便可能超过需求量,能源流动的危险性从变电站转移到输电网。
如果我们能降低白天和季节性的需求,缓解尖峰时刻,设计出智能电网,弹性应对新型发电资源,我们便能保持供需平衡。
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智能电网的双面性
大多数关于智能电网的讨论,都聚焦于供应方,而不是需求方。这些讨论倾向于围绕公共政策、政府规划、改变传输和分配基础架构等等。
现在让我们更近距离了解一下需求方,电网的终端能源客户。作为一个自动化专家----工程师、控制技术人员、设备经理,需要扮演重要角色。
对于需求方来说,您需要必要的技巧,以及对于智能电网的兴趣,以确保智能电网的研发,这对于工商业客户意义非凡。而如今,尽管能电网依旧在研发中,您仍可以将电力能耗转变为企业真正的收入来源。
下面几页将为您展示如何实现,有以下四个步骤。
1. 学习相关术语,并了解整个电网架构的成员。
2. 找出关于本地需求方的规划,应用于您的公司。
3. 获取公司能耗详细数据,分析数据,了解使用情况。
4. 启动该项目,为公司谋福利。
1. 了解专业术语和成员
让我们先了解一下,向智能电网迈进中一些成员。
简单来说,我们已经划分为三种类型:能源生产商、能源零售商和能源消耗者。(实际上,生产商和零售商之间有相当大一部分互相重合,未来这种现象将更加明显。)
能源生产商负责在电网中生产和传输能源。公共事业公司(公开或私人拥有)、独立系统机构(ISOs)、区域传输机构(RTOs),相关生产电能,及传输高压电能的集团。
能源零售商负责电网的分配工作。需求响应提供商(DRPs)、变送服务供应商(CSPs)、能源服务公司(ESCOs),都属于零售组织。如在之前页面的图片显示,许多零售业为能源客户提供定价和需求响应规划。
能源消耗者是指商业、工业和居民用户,使用电网生产的电能。
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您使用的电能来自哪里?
我们已经知道供应电能是一个复杂的过程,在不同的区域情况又都不同。您的首要工作是找出企业使用的电能,是由谁生产并进行分配能源的,是否可自行选择能源供应商。
2. 找出当地DSM规划
下一步,您需要找出需求方管理(DSM)项目,包括:
l 存储----便于减少能耗。
l 能源效率----使用和从前同样的能源,但更充分利用。
l 需求响应----一天内不同时间,暂时卸下负载或转换负载在,以便减少尖峰时刻的需求。
存储能源效率,意味着总能源使用减少了。能源供应商提供例如补偿、酬金、培训,来鼓励高效使用和存储能源。装置标准和建立代码也促进高效使用能源。存储和高效使用能源,不必要求客户改变您的操作,它们不是根据时间而改变。
相比之下,需求响应项目,则需要改变操作,与时间紧密联系。范围从分时定价---电力成本在一天之中固定时间内更高,到有突发事件发生时摆脱负担。DR(需求响应)由能源价格的改变、额外的需求、电网可靠性的改变而引起。当发生突发时间,DR规划立即回应,短时间内缩减能耗。
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这些都是您项目中需要解决的,也是您公司利益所在。
您有两条获益途径:
l 无论是否发生突发情况,您的能源零售商支付您每个月所达成的协议,帮助您摆脱负担。
l 如果有突发情况,您的能源零售商便会支付您费用,摆脱负担。
在一些需求响应项目中,遇到突发事件会提前24小时通报;而另一些情况,您会被通知,且必须在规定时间内做出回应:10分钟,30分钟。总的来说,回应速度越快,你需要支付的就越多。
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DR项目样例
DR项目像什么?举个例子,南加州爱迪生电力公司(SCE),基于洛杉矶建立的公用事业公司,可提供许多规划,包括以下五点:
l 需求投标----当减少需求以应对突发事件时, 预先为您的账单提供信用。只为客户提供200kW或更高的账单服务。
l 重点峰值定价----为您提供动态定价率时间表。费率更高的是在高峰时间段,在夏天,基于每天的时间段提供折扣率。
l 电容量投标-----对于电容量降低,以及实际能源减少,为您提供月度激励支付;投标必须提前一个月。如果不参与进去,将会获得相应的处罚。无论是否发生突发事件,信用额度都会支付。
l 需求响应合同----该项目合同由第三方联系人提供;SCE与第三方签合同,之后由第三方和客户签合同。
l 实时定价----根据每日洛杉矶市区高峰时刻的温度提供定价率。该项目可以全年应用,而不仅仅是夏天。
另外,对于这些项目,SCE或多或少以需求响应审计的形式提供技术援助, 对于重大突发事件需要自动安装的,给与资金返还。
由于电网运行各区域改变是如此之快,各项目也宽泛改变,但是你还是能找到相类似的项目。在一些地方,当地的公用事业公司只是形象工程;其他地方,第三方联络人和其他能源服务公司可以提供大量的选择。
如果您现在还未体会到,请再等待六个月。能源鸿图正在快速改变,越快加入需求响应的行列,便越快能体会到它带来的益处。
3. 获取能耗详细数据
除非准确测定数值,否则您无法想象。因此,在您确定这块区域的需求方项目之前,必须确定能耗的形式。
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工商业客户经常发现他们需要的比一台智能仪表更多。由所有设备的能耗数据开始,是 朝着正确方向的一步迈进,但是迟早,您将可能需要汇聚更多琐碎数据,如子仪表盘、独立冷冻机、压缩机、生产线,或其他设备和靠电力运营的工程。
同样,启动后在每小时最初的时间段,数据都是足够的,但无法最大化潜在存储,并获得收益,除非每间隔一分钟或更短的时间获取数据。特别对于需求响应的项目,一定得从仪器和设备上,获得详细的、接近实时的数据。
作为一名自动化专家,您将成为建立能源监控和处理数据的关键。
智能楼宇技术研讨会2011年9月报导“公用设施、财产经理、BAS(楼宇自动化系统)OEM不会习惯于管理由智能电网和智能楼宇产生的大量数据。”
然而,自动化专家知道如何获取数据,并在过程控制和商务判断中使用它,一些自动化制造厂商提供适当的产品生产能源。
例如,自动化制造商Opto 22生产了工业级别高可靠性能耗监控设备(the OptoEMU Sensor),可用于监控脉冲仪表、电子仪表盘、各种设备。Sensor监控实时能耗,记录数据,并向在线能耗监控服务器、企业数据库、控制系统,发送实时和历史数据,使用开放协议,包括Ethernet、TCP/IP、Modbus。另一个产品,OptoEMU Sensor DR,监控能耗并响应DR,或通过预先设置阈值实现设备的自动开关。
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3. 开始启动项目,为您服务
由于您已经安装了能耗监控系统,并了解详细的能耗,便准备好了启动DR项目,为您的企业谋福利。
三个步骤向前推进
1. 开展能源削减计划
基于现有的详细能耗数据,制定一个合理的能耗削减计划。
您可能已经采取步骤,提高效率,减少总能耗,特别是在高峰时刻。如果还没这么做,请立即行动起来。考虑变频驱动控制器,检查并维护冷冻机、压缩机。寻找高能耗进程,并在一天内另一个时段运行。思考下,在夏天凉爽的清晨空气中,预制冷楼宇,整个晚上制冷,更节能,或多采用高效率设备。
而对于需求响应,您也需要查看临时性缩减。找出日常消耗形式的灵活性,准确计划地点、时间、事件,以及多快能削减能耗。
记得之前提到的附属服务吗?提到了需求高峰时如何快速储备用以支付?对于DR项目,最佳响应时间在十分钟内,更快的响应时间可以赚到更多利益。
因此,哪种响应是在你的削减计划中?
l 临时性关闭用电量大的设备或流程
l 提升或降低设定温度,用于加热或制冷
l 减少照明亮度
l 在一次任务中,切换到备用发电机
选择合理的改变,影响电能消耗,但不妨碍必要运营。这不是破坏计划,而是智能的、暂时减少使用。
也需要考虑削减计划的成本,如果您打算切换到现场的柴油发电机,会花费您额外的燃油费和维护费吗?或在正常的周期性测试阶段运行吗?
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如果您打算关闭流程或系统,重新启动的成本和时间是多少?例如,许多HVAC系统遇到突发事件后用电量升高,这是因为使用了额外的能量回复到正常状态。您可以尽量通过系统逐渐恢复正常,减小或避免可能的需求费用。
您的削减计划一定得适合您公司的实际情况和特有的优先权。临时性暂停一个工程,可能会对一家制造商有利,但会对另一家制造商造成大麻烦。例如,一家配备缓冲罐的材料过程控制厂,可以临时关闭输送泵,保持缓冲罐内的材料直到DR结束。而另一家工厂可能就没有如此的灵活性。
分析详细的能耗数据,了解流程和业务,将帮助您更好执行能源削减计划。您的CSP也会提供给您想要的合并建议。
开始您可能手动响应,当手机响了,或者其他通知传来,您公司的员工通过关闭设备,或其他卸掉负载的方式来做响应。手动响应可能是启动的好方法,只要您能够及时并完成响应。如果某一项目发出呼叫,您未能在特定时间内响应,或者卸载掉所需负载,就通常会受到惩罚。
2. 测试和验证
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您一定测试过详细能耗数据,以便验证DR响应。最少获取数据需要间隔一分钟。监控能耗同样的监控元件和软件,需要记录历史数据以验证响应。
无需公用事业公司或服务供应商验证;确定您拥有历史数据,这样就可以精确多快能响应,以及存储了多少能源。该数据将帮助您精确削减计划,如果有质疑,便可验证响应。
这一步,测试和验证,当首次
启动DR项目时是尤其重要的,因此,您可以调整最初的能量削减计划。但是持续测量和验证也是非常重要的。定价、规划、进程、需求将随时间改变。如果您拥有数据,您可以立即调整。
3. 自动化响应
一旦您对削减计划满意了,并且验证了实时响应,您就会想要自动完成响应。自动增速、精确DR便很容易实现。
可采取多种自动化形式,从您已使用的控制系统和协议,到新协议,特别是专门为DR设计的协议。最有前景的协议是OpenADR,这条协议用于发送通知的服务器(在您的CSP),和自动响应的客户端(您这一端),之间信息的交换。
从许多方面来说,自动响应DR,是另一种自动化的应用。使用开放式协议控制,例如Ethernet、Modbus或OpenADR,将给您改变未来的灵活性。而对于能源,改变是必然的。
结论
我们生产和使用电力能源的方式、我们保持电网供需平衡的方式,都在快速改变。需求响应为企业提供了有利的改变,并提升了底线。
作为自动化专家,您正处于有利位置,帮助您的公司主动解决能源需求和成本。现在是该行动的时候了。
l 开始监控能耗汇聚详细、实时数据,并分析形式。
l 开展削减计划将对您公司大有益处。
l 找到本地DR计划并追踪结果。考虑自动响应。
您会发现能耗监控和需求响应,不仅会减少能源成本,还能显著提升公司收益。
关于Opto 22
Opto 22公司于1974年,由固态继电器的发明者之一创建,他发现了使固态继电器拥有更高可靠性的方法。Opto 22始终以开放式协议研发产品,而不是依靠私有的技术。该公司创立了红-白-黄-黑I/O模块色块系统,开放式Optomux协议,以及先进的基于Ethernet的I/O。
Opto 22公司以高品质固态继电器和I/O闻名世界,所有产品都是由美国制造并提供技术支持的。由于公司建立并测试所有产品,Opto 22能对所有固态继电器和SNAP I/O模块终身保用。
该公司尤其吸引人的地方在于它持续的良好政策,能为客户提供免费技术支持、免费培训、免费文档,以及免费售前工程援助。
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关于OptoEMU Sensor
特别为能耗监控和需求响应设计的OptoEMU Sensor以及OptoEMU Sensor DR,价格低廉,如今,用简单的工具便可获取您的能耗数据,自动需求响应。
Sensor与脉冲仪表、电子仪表盘、子仪表盘、电子设备相连接,可发送能耗数据到在线能源监控服务器,例如Pulse Energy(www.pulseenergy.com)或eSight(www.esightenergy.com),因此,您可以在任何授权的计算机或移动设备上,浏览并分析数据,OptoEMU Sensor也能发送数据,用以控制系统和计算机数据库,因此,您可以直接使用数据,管理能耗和成本。
Sensor DR与脉冲仪表连接,获取能耗数据,响应DR,或通过设备开关,预设初值。Sensor DR也能将数据发送到在线服务器,控制系统,也发送到公司数据库,用于今后的数据分析和运作。
通过工业协议,OptoEMU Sensor和OptoEMU Sensor DR很容易使用和配置。产品技术支持是免费提供的。
预知更多信息,请访问http://www.opto22.com.cn。美国OPTO 22公司上海代表处,电话:021-58358249,邮箱:optochina@opto22.com。