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工业园区的综合需求响应特性综述

作者:中国储能网澳门最大的赌场叫什么中心 来源:电力系统自动化 发布时间:2020-03-05 浏览:次
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工业园区是复杂的能源系统,包含多种能源形式,涉及多种能源的生产、传输和利用。工业园区能源的多样性为多能源容量配置提出了更高的要求;同时,由于其负荷需求大、负荷特性复杂、不同能源的耦合与供电可靠性要求高,对需求侧的运行调度带来了新的挑战。综合需求响应(integrated demand response,IDR)不仅可以解决工业园区中能源线路的拥塞问题,而且可以加强供需平衡、提高市场流动性、引导客户改变能源需求,此外,还可以提高效率,减少对单一形式的能源的依赖。随着涉及多种能源整合的智能城市发展,有必要分析工业园区中综合需求响应的特点,这不仅可以支持多能源系统和工业园区的发展,而且可以有效平衡供需。

(来源:微信公众号“电力系统自动化”ID:AEPS-1977)

1、什么是工业园区,IDR概念及特性是怎样的?

与电力系统类似,工业园区客户的需求可以在时间、空间和成本上发生变化。根据多能源供需特点,客户可以改变能源需求的使用,从而影响不同能源的供需平衡。

工业园区是外部能源系统与用户之间的平台,涉及多种能源的生产、传输和利用。IDR适用于工业园区的复杂能源管理。从宏观上看,未来电网的运行在很大程度上依赖于多能源网络的整合。IDR使用户能够更灵活地使用能源,且具备充分利用需求响应调节资源的能力。

图1工业园区和IDR示意图

2、IDR的操作策略是怎样的?

根据工业园区的供需特点,用户具有深度参与系统调度和能源市场的特点。IDR的操作策略从需求抑制、负荷转移、能量转换和园区内协调四个方面进行分析。

1)需求抑制。需求抑制是IDR中最重要的方法之一,可调度在高价格期能以更节能水平运行的照明系统和灵活的制热/冷设备。

2)负荷转移。负荷转移的能力取决于能量的性质。由于能量形式的不同,负荷转移的时间和效果也不同。此外,IDR可以充分利用热力系统和天然气系统的天然储能能力,剩余的能量可以储存在系统中,稍后再使用。

3)能量转换。IDR将多种能源整合到工业园区中,通过灵活利用能源资源,使用户能够适应不同的能源价格信号。在不影响用户舒适度的前提下,消费者可以在使用过程中灵活转换电能、热能、天然气等能源。

4)园区内部协调。智能建筑作为一种典型的能源终端枢纽,可以看作是一个涉及不同能源载体的转换、消耗和存储的单元,但是单个建筑的需求能力和调度能力有限,很难直接参与能源市场,因此在工业园区内的多个建筑物的需求汇集具有了需求调度的可能。

3、IDR如何进行模型分类?

本文主要从基于时间的IDR模型和基于控制的IDR模型两个方面进行讨论。模型分类总结及优劣势分析如表1所示。

1)IDR时间尺度模型

IDR因为整合了多种能源,对多时间尺度的研究更为复杂。根据时间周期,将IDR分为短期及中长期。

图2 IDR的时间尺度

短期(提前48小时)预测对于未来能源系统中负荷控制、市场交易和分布式网络运行的动态在线优化是必要的。

中长期规划的时间尺度包括数月或数年,一般受季节和政策的影响。这对热力系统和天然气系统提出了不同的技术需求。

2)IDR优化模型

IDR优化模型可以分为综合直接负荷控制模型、基于价格激励的模型和博弈优化模型,其中:综合直接负荷控制是操作者对负荷进行直接控制,并通过补偿机制来提高用户满意度;基于价格激励的控制是通过价格激励引导用户的用能行为;博弈优化模型可以为IDR的实现提供最优分配策略。

表1模型分类总结及优劣势分析

4、IDR存在的关键问题及未来展望

1)IDR应用现状及存在的问题

首先,在能源供给侧实施IDR可以延缓或降低能源供给侧的建设成本,提高设备的综合利用率。其次,IDR可以充分发挥多能源替代的效益,提高整体能源效率,稳定多能源供应的波动性,降低系统均衡调节的成本和碳排放水平。但目前在长期规划的经济学分析上研究较少,且很多文献只分析了供给侧的规划,没有将IDR考虑进来,未来可进一步研究考虑IDR的综合能源规划。

IDR的实施使用户能够对多个能源市场的价格信号做出反应,依据价格信号调整自身不同类型能源的使用需求和用能习惯。IDR可以指导用户制定合理的综合能源利用方案,提高用户的能源利用效率,降低用户的能源消耗成本,获得额外的经济效益。有时优化结果将影响用户参与IDR的积极性,这说明用户与能源公司的优化目标不同。目前关于用户与能源公司协调优化的研究很少,如何协调多方利益、达到互利共生的市场机制是未来的研究重点。

2)IDR的市场机制及推广

在工业园区内,IDR不仅整合了多种能源,而且提供了综合的辅助服务。对大型工业用户,IDR可以分析不同种能源之间的耦合特性,优化供能特性,制定优化调整计划表,向投资方或商业用户提供设备投资分析及咨询。对于园区的运营服务,IDR可以辅助市场调整用能曲线,调峰调频,构建工业园区一体化综合市场机制。

对于IDR技术的推广,依据美国的成功经验,需求响应商业运作模式中能源公司销售量与其收益的解绑,以及第三方负荷整形机构(curtailment service providers,CPS)的引入是推进需求响应项目运营的关键因素。目前我国能源公司只是通过行政手段来促进其实施需求侧管理,且参与IDR项目的综合CPS公司在我国尚不多见,还不能成规模地参与需求调度市场,因此我国仍需要从政策、资金等方面发展此类公司,并加快能源公司收益解绑机制的推出,从而加速IDR项目在我国的发展。

关键字:综合能源 需求侧响应

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