智能电网项目：加州自动需求响应最终技术报告

1、智能电网项目：加州自动需求响应 2014.91. 简介根据2009年美国复苏和再投资法案,美国能源部和电力行业共同投资超过79亿美元在99项成本分摊智能电网投资拨款项目，以加强电网现代化建设、加强网络安全,提高互操作性,收集智能电网运行数据。Honeywell资助的智能电网(SGIG)示范项目评估自动需求响应(ADR)硬件/软件平台的实用性能。这个项目不同于其他SGIG项目，它既关注ADR硬件/软件平台的发展，又注重引导ADR用户能积极参与电力公司的节能计划。项目尤其关注大型商业、工业和机构客户(平均需求200kW或更多)而不是普通的居民用户。Honeywell与三个加州的公用事业单位合作太平

2、洋天然气及电力公司(Pacific Gas and Electric Company ，PG&E),圣地亚哥天然气及电力公司(San Diego Gas and Electric Company，SDG&E)和南加州爱迪生公司(Southern California Edison，SCE)合作，目的是发掘目标客户,使项目能顺利开展。Honeywell开发ADR系统帮助客户自动响应电力公司发布的需求响应事件，削减用电设备负荷需求,通过降低负荷高峰时的费用以及获得电力公司激励费用来节省开支。Honeywell的ADR系统一旦安装客户端, 就可以与客户自己的能量管理系统(EMS)实现

3、设备进行通信，并根据用户自己的优先设置实现设备能耗缩减。客户通常选择削减不太重要的照明和电梯组设备,以及中断延迟使用泵、电机、压缩机、制冷系统等设备，这种行为一般不会带来较大的损失。Honeywell发现客户通常没有意识到需求响应程序的效用或成本节约的潜在价值。许多用户也还没有EMS系统来对特定设备做出自动缩减的响应。一旦ADR技术变得更具成效，该项目将帮助宣传广泛采用自动需求响应能力的好处。表1总结了该示范项目的关键性结果。表1：关键性结果节约能源,降低需求和经济效益l 参与客户的节约费用是相当高的。一个食品经销商的月度电费从50000美元减少到35000美元,是其月度能耗25%。l 在加州

4、托兰斯的一个工厂由于在2012和2013年参加了11个需求响应事件，收到超过75000美元的奖励。客户效益和适用性l Honeywell招收了61名客户,涉及282个站点，控制超过49兆瓦可削减的电力需求。l 在河流流域地区经营大型泵站的用户被认为是最适合ADR的用户，其具有灵活的需求转向非高峰时期经验教训和未来的计划l Honeywell ADR网关的成本减少了50%,但还需要进一步的减少来提高成本效益,使更广泛的应用。l 因为每个客户都有独特的特点,定制是一个重要的成本动因。需要努力来规范系统标准和实施要求。2. 介绍图 1Honeywell的这个SGIG项目主要是开发针对大型电力用户(大

5、于200kW)的ADR系统，以促进其参与在加州市场的需求响应。Honeywell与PG&E、SDG&E和SCE在加州共同实现该项目。图1显示了在加州Honeywell的ADR安装图。需求响应能够减少高峰期间需求，并有助于电网运营商保持供需平衡，是提高电能利用效率的重要工具。高峰负荷是一个重要的成本动因,因为它需要公用事业建设电厂满足需求有效使用时间只有10%甚至更少的高峰需求。高峰负荷的减少，能够降低发电成本,提高电网资产利用率,如输电线路、变电站和发电厂。Honeywell的ADR系统基于需求响应自动化服务器(Demand Response Automation Server

6、 ，DRAS),为用户商业化定制负荷控制策略，帮助其响应公用事业公司发布的激励信号或价格信号。ADR组件包括硬件和软件，被设计成与用户能源管理系统的接口，通过ADR网关从公用事业获取价格信号和激励信号。系统还被用于监控建筑和工厂的负载，如照明、加热、冷却、空气处理、动力和制冷等。图2显示了ADR的自动需求响应的完整过程。电力公司发布即将到来的负荷高峰信号，需求响应服务器收到该信号，通过用户当地EMS系统触发安装用户房屋的负荷控制器。需求响应服务器、负荷控制器、用户EMS系统使用开放的行业标准通信协议OpenADR信息通信。一旦EMS接收到信号,EMS根据用户预先确定的优先级列表来缩减能耗。典型

7、的包括关闭不太重要的照明和电梯银行,和中断推迟某些设备,如泵、电机、压缩机、制冷系统,而不会产生不利的后果。图 2 Honeywell发现许多客户没有EMS系统。在这些情况下,Honeywell公司定制了EMS软件，提升负荷管理的灵活性和有效性。例如,喷气推进实验室(JPL),有155个建筑,Honeywell为其定制了空调控制功能,可以缩减喷气推进实验室电力负荷达到10%到50%。3. 节约能源,降低需求和经济利益Honeywell的ADR系统能节省能源,减少用电需求，增加用户经济收益，这取决于客户的特定因素，包括缩减策略,可控负荷量,负荷控制时间以及激励计划等。节能量的计算基本方法是对比负

8、荷高峰等关键事件用户的用电负荷水平和基线水平。Honeywell发现许多客户没有意识到的需求响应项目的收益和相关的成本。例如,客户不知道参与基于时序控制的需求响应项目的好处,步骤，收益包括经济激励,在非高峰时期低电价,和减少电费。许多客户也不知道电力生产和传输的成本,他们不明白减少尖峰负荷需求,还可以降低发电成本。Honeywell的ADR项目成功地帮助客户降低用电成本。沿海太平洋食品分销商(CPFD)能够将其月度能源费用从50000美元减少到35000美元,削减用电量25%以上。在使用期间,CPFD可以减少需求超过110千瓦。同时,EMS向CPFD提供了一个更有效的方式即在不生产的时候通过控

9、制空调温度和照明节约成本。在加州托兰斯的Honeywell公司也参加了项目,在2012年和2013年的11个需求响应事件中，已收到超过75000美元的回报。Honeywell的ADR系统也被证明能有效地降低峰值需求。图3集中反映了2012年冬天参与客户平均每天的峰值用电需求。图中使用了Honeywell的ADR系统的需求量和冬季基线相比，可以看出有数量上的缩减。4. 客户的兴趣和接受Honeywell把额定超过200千瓦的商业和工业客户负荷作为目标。如表2所示,Honeywell公司目前有61个客户和282个站点。可中断负荷总量为49.8兆瓦。随着SGIG资金和电力公司财政激励,Honeywe

10、ll能够用低到几乎没有的成本为大多数客户提供其ADR系统。例如,SCE和PG&E分别为每千瓦可中断负荷支付300美元和200美元来提供部署。截至2014年第二季度, Honeywell可中断负荷的执行成本约每千瓦400美元，SGIG基金补贴其中的100 -200美元，电力公司补贴200-300美元。绝大多数的成本被用于EMS升级。Honeywell正在研究许多不同的技术来进一步降低执行成本。表2 加州参与ADR的客户数字和类型*客户类型 客户数量 站点数量总量 MW 商业 14 23 2.6 教育1 1 0.6 工业 35 39 26.4 市政 9 102 17.5 零售 2 117

11、2.7 合计 61 282 49.8 *自2014年八月六日起客户可以使用Honeywell的ADR系统提高日常能源利用效率。例如,客户可以在不使用时减少不必要的设备来节省能源和成本。客户也可以通过选择从两个级别（高级或中级）来选择自己的能源节约和缩减策略。他们也可以选择退出需求响应事件。Honeywell发现大多数客户开发了自己的能源管理重点和策略。例如,许多商业客户高度重视加热和冷却的品质且对总削减不感兴趣。然而,他们愿意改变设定值,关断一些冷水设备，或者送风设备的速度。图4是一个客户站点中ADR选择屏的照片。图 4供水区域经常参与需求响应事件，并与第三方合作，由负荷聚合商代表参加有经济吸

12、引力的容量投标项目。供水系统可以管理自己的供水和在负荷高峰时段关闭泵长达两个小时，并且不会影响运营和服务。Honeywell发现供水区是在所有ADR候选者中最具吸引力的。5. 经验教训在需求响应招集阶段，Honeywell发现理想的客户分为两类：（1）其操作可以让他们在不影响生产性能的前提下消减负荷和（2）其系统很容易实现自动化的需求响应。供水区域被认为是其中最理想的，因为他们可以改变抽水进度，并能在无显著服务中断的前提下削减需求量。一些已经拥有能源管理系统的商业客户和零售商可以整合到ADR中，但是他们削减需求量的能力有限，因为建设住户并不能在不影响生意的情况下随便减弱他们的灯光或者减少冷暖气

13、供应。制造业和工业客户为ADR提出了一些独特的挑战，因为他们经常面对有关权衡的生产效率和性能复杂的决策，以换取削减需求的激励。例如，一个制造商正在面对一个实时电价对他们的影响，并且当温度超过95时可电价显著增加。该制造商在安装了ADR设备之前，当温度超过95时，将不得不削减所有的需求，基本上关停所有操作，以节省成本。安装了ADR设备之后，Honeywell定制的EMS可以自动显示生产利润和电力成本之间的权衡，以便客户作出是否作出削减和削减多少需求量的实时决策。由于采用Honeywell的ADR系统的结果，该客户现在能够在一天的过程中优化其业务。约10的目标客户安装了EMS系统。对于另外90%没

14、有EMS系统的客户，Honeywell自行花费安装了一个。对于一些拥有EMS系统的客户，Honeywell发现他们需要安装系统升级，使用无线遥控设备来进行控制负荷设备。虽然Honeywell能够帮助客户用EMS扩大参与，这一步使Honeywell的成本显著增加。6. 未来计划图五Honeywell公司的未来计划包括旨在降低系统的开发和控制成本的活动。展望未来，公司计划重点在ADR系统上最有吸引力的客户上加大营销力度，包括抽水设施，大型零售商和大型制造工厂。Honeywell还计划寻找新的方法来降低硬件和软件成本。作为SGIG项目的一部分，Honeywell能够通过减少50的ADR网关（图5）的成本，并相信节省的成本可以用于