瑞典工業(yè)領(lǐng)域電力需求側(cè)管理的潛力分析

王旗

（國網(wǎng)安徽省電力公司，合肥 230022）

◆環(huán)球攬萃◆

瑞典工業(yè)領(lǐng)域電力需求側(cè)管理的潛力分析

王旗

（國網(wǎng)安徽省電力公司，合肥 230022）

風(fēng)能和太陽能等可再生能源的不斷增長突出了需求側(cè)管理的重要性。未來，消費(fèi)者的電能消耗要適應(yīng)現(xiàn)有的發(fā)電能力以維持電網(wǎng)穩(wěn)定和降低電力成本。分析了瑞典、丹麥、美國3個國家實(shí)施需求側(cè)管理為用戶節(jié)約用電成本的潛力，對瑞典工業(yè)領(lǐng)域約11個不同行業(yè)的需求側(cè)管理的潛力和局限性進(jìn)行了研究，給出了一些行業(yè)的生產(chǎn)過程電力消耗的描述，提出了針對不同行業(yè)需求側(cè)管理的可能性和局限性。

需求側(cè)管理；需求響應(yīng)；節(jié)能潛力；可再生能源

1 可再生能源發(fā)展對需求側(cè)管理提出要求

近幾年，可再生能源已經(jīng)有了長足的發(fā)展。在過去5年，全球風(fēng)電裝機(jī)容量的平均增長速度已經(jīng)超過17%，在2015年底達(dá)到了432 419 MW，太陽能光伏發(fā)電裝機(jī)容量的平均增長速度已超過34%。可再生能源成為發(fā)電量增長最快的來源。因此，即使這個令人難以置信的增長放緩一點(diǎn)，也將使發(fā)電方式產(chǎn)生顯著的變化，從穩(wěn)定可控的化石能源和核能向不可控的可再生能源轉(zhuǎn)變。只要可再生能源份額很小并且存在足夠的備用電源和足夠的電網(wǎng)容量，發(fā)電方式的改變不會被消費(fèi)者注意到，但在某些時候還是難以達(dá)到供求平衡。針對不同行業(yè)負(fù)荷特性進(jìn)行研究，實(shí)施電力需求側(cè)管理能夠幫助解決供求矛盾。

一些消費(fèi)者允許電力公司或電網(wǎng)運(yùn)營商安裝一個遠(yuǎn)程控制設(shè)備來打開或關(guān)閉其電氣設(shè)備，作為回報他們將得到經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償。另一種選擇是由電網(wǎng)頻率控制電能消耗，即如果頻率低于設(shè)定點(diǎn)則消耗減少，反之亦然。

因?yàn)榭稍偕Y源使用效率的提高，需求響應(yīng)還提出了綠色價值。提高能源效率、保護(hù)生態(tài)環(huán)境是實(shí)施需求側(cè)管理的主要驅(qū)動因素。一項(xiàng)研究表明，需求響應(yīng)增加了風(fēng)力發(fā)電，降低了電力消費(fèi)的平均價格。

2 瑞典、丹麥和美國電氣節(jié)約成本的潛力

需求側(cè)管理能夠?yàn)橄M(fèi)者減少用電成本。節(jié)能潛力取決于若干因素。

?調(diào)度能力，即可以重新安排總消費(fèi)量中所占的份額。

?生產(chǎn)能力，即盡管是在電價較高時，生產(chǎn)計劃也可以繼續(xù)實(shí)行。

?庫存能力，即緩沖區(qū)足以重新安排一些子流程。

?一天和一年內(nèi)價格變動的大小取決于國家。

重新安排生產(chǎn)可能會導(dǎo)致勞動力的額外費(fèi)用，額外啟動和關(guān)閉會減少設(shè)備的壽命，產(chǎn)品質(zhì)量降低等，這些未在本文中加以考慮。

圖1是2011—2013年瑞典、丹麥和美國的需求側(cè)管理的理論平均每月節(jié)省電能。計算的前提是假設(shè)電源可以在最昂貴的1 h、5 h或10 h中被關(guān)閉，然后為了與設(shè)備24 h恒定正常速度下的生產(chǎn)總量相同，設(shè)備在剩余時間內(nèi)會以一個恒定的更高的生產(chǎn)速率運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖1 需求側(cè)管理平均每月節(jié)省電能情況

美國擁有最大的價格變動，因此擁有最大的節(jié)能潛力。由于丹麥風(fēng)電份額相當(dāng)大，小水電份額能彌補(bǔ)風(fēng)力發(fā)電的變化，丹麥的節(jié)能潛力也較大。相比之下瑞典的節(jié)能潛力最小。

3 瑞典工業(yè)領(lǐng)域需求側(cè)管理的潛力及局限性

以下是瑞典一些不同行業(yè)的需求側(cè)管理潛力和局限性。為了最大化需求側(cè)管理的利潤，優(yōu)化也要考慮到庫存水平、機(jī)械能力、生產(chǎn)單位需求量這些不同的約束。

熱機(jī)械紙漿類造紙業(yè):巨大的電能消費(fèi)，5個磨床，7個前煉油廠和5個后煉油廠使用高達(dá)208 MW，相當(dāng)于工廠消費(fèi)的75%。由于比造紙能力大5%～10%的紙漿和可以存儲的紙漿緩沖器產(chǎn)量，需求響應(yīng)有很好的潛力。局限性在于實(shí)踐過程中，不可能讓任何負(fù)載的改變都適用于造紙機(jī)。

化學(xué)制漿類造紙業(yè):保持質(zhì)量和能量平衡需要考慮到黑白酒精緩沖水平、再苛化、蒸汽生產(chǎn)和集中供熱的制漿和堿回收，這種復(fù)雜性直接導(dǎo)致了需求側(cè)管理的潛力比較小。需求響應(yīng)潛力是在樹皮鍋爐或者在短期剝皮時工廠關(guān)停小機(jī)組的不同發(fā)電需求。

鋼鐵:高爐，鑄造和焦化廠不適合于需求響應(yīng)，因?yàn)檫@些流程需要很長時間來啟動且必須保持穩(wěn)定。熱軋機(jī)（11～33 MW）和連續(xù)熱處理工序（17～30 MW）有一些部分用電加熱，如果存在過剩就存在需求響應(yīng)潛在。

電線線材:電氣化批量退火（4 MW）適用于需求響應(yīng)。另一種可能性是轉(zhuǎn)移部分的工作時間到晚上和周末，而不是只在白天運(yùn)行，但實(shí)際上這是不可能的，由于只在白天運(yùn)行可以獲得比需求響應(yīng)更高的利潤。

壓鑄:有限的需求響應(yīng)可能性，主要的潛力在于將工作時間轉(zhuǎn)移到晚上和周末。

水泥:對于基于熟料來生產(chǎn)水泥的2×4.7 MW和2×2.8 MW水泥磨機(jī)來說，削峰填谷是具有可能性的。在這些工廠的前后有巨大的緩沖區(qū)，而且這些工廠的容量比在燒窯的熟料產(chǎn)量更高。如果在采石場破碎有一個更大的緩沖區(qū)，這將是需求響應(yīng)的另一種可能性。在水泥生產(chǎn)中的主要需求響應(yīng)的限制是，燒窯幾乎一直工作在100%的狀態(tài)，同時還限制了其他設(shè)備。

大氣和可燃?xì)怏w:液體和加壓的產(chǎn)品生產(chǎn)需要最多的消耗（100 MW），占比最大（20%），可能可以進(jìn)行負(fù)荷轉(zhuǎn)移。需求響應(yīng)的限制是，大多數(shù)氣體在客戶不需要能源存儲的情況下生產(chǎn)的。另一個限制是，在寒冷國家，當(dāng)天氣非常冷又恰逢電價非常高的時候，生產(chǎn)是不能停止的。

PVC:需求響應(yīng)的潛力非常有限，因?yàn)樗鼈兛偸窃?00%運(yùn)行。全廠消耗約60 MW，其中75%是用于鹽電解（氯化鈉）生產(chǎn)氯氣。

煉油:需求響應(yīng)的潛力是有限的，因?yàn)樘胤N油廠總是在100%運(yùn)行。其大部分功率是用來加熱管線和運(yùn)行連接到生產(chǎn)單元或裝載或?yàn)楹８垭妱玉R達(dá)放電。

奶粉:牛奶蒸發(fā)至粉末的批量開始時間的形成安排具有最大的需求響應(yīng)潛力，但每一批都具有約20小時的持續(xù)時間并且不能被暫停。另一個需求響應(yīng)可能性是優(yōu)化用于蒸發(fā)器產(chǎn)生蒸汽的鍋爐燃料的選擇，一般奶粉生產(chǎn)需要沼氣（43%），油狀物（10%）和電力（47%）。約2～2.5 MW的電力和1.5～2 MW的沼氣用于奶粉生產(chǎn)。

肉類生產(chǎn):最大的需求響應(yīng)潛力在于把屠宰階段和香腸生產(chǎn)階段的12個工作小時移到電價較低的時段。而切割階段是一天24 h都在運(yùn)作。冷凍機(jī)和冰箱的使用大約是1.1 MW，對應(yīng)于總消費(fèi)量的60%。

4 結(jié)束語

對需求側(cè)管理的需求隨著可再生能源的份額增加而不斷增加。通過對瑞典工業(yè)領(lǐng)域不同行業(yè)需求側(cè)管理的潛力和限制的評估，可以得出結(jié)論:需求側(cè)管理很少被使用，因此存在潛力。為了增加需求響應(yīng)的潛力，用于提高生產(chǎn)能力、庫存和更靈活的工作時間的投資是必不可少的。

大多數(shù)瑞典的公司沒有應(yīng)用需求側(cè)管理，原因包括:這些公司在100%容量的情況下生產(chǎn)；緩沖余地很小；沒有多余的能力處理細(xì)節(jié)；在停止生產(chǎn)后需要數(shù)小時或數(shù)天再次達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)；電力是生產(chǎn)總成本的一小部分；實(shí)施需求側(cè)管理既復(fù)雜又昂貴，公司已經(jīng)簽訂固定電價合同，公司沒有考慮過等。

為了積極應(yīng)對可再生能源的快速發(fā)展和日益嚴(yán)重的環(huán)境壓力，政府應(yīng)當(dāng)積極采用法律支持和經(jīng)濟(jì)激勵等手段實(shí)施需求側(cè)管理，深入研究需求側(cè)管理的潛力和指標(biāo)，提出提高能效的目標(biāo)并有效分解，從而保證需求側(cè)管理取得實(shí)效。D

Potential analysis of power demand side management in Swedish industry

WANG Qi

（StateGridAnhuiElectricPowerCompany,Hefei 230022,China）

The growing of renewable energy sources such as wind power and solar energy highlights the importance of demand side management.In the future,the power consumption consumers will have to adapt to existing power generation capacity in order to maintain grid stability and reduce the electricity cost.Sweden,Den?mark,the United States implement power demand side management to save electricity cost.The DSM potential and limitations are stud?ied in the Swedish industry about 11 different sectors.It gives a de?scription of the power consumption of some industry production pro?cess,puts forward the possibilities and limitations of power demand side management according to different industries.

DSM;demand response;energy?saving potential; renewable energy

10.3969/j.issn.1009-1831.2016.05.017

F416.61；TK018

C

2016-05-20

王旗（1975），女，安徽懷寧人，工程師，工商管理碩士，從事電網(wǎng)品牌管理等工作。