結(jié)合負(fù)荷分析的園區(qū)用能優(yōu)化研究

①李玉田?、陉愑罊?quán)

一、綜合分析

在電網(wǎng)智能化的過程中，能源革命也有條不紊地進(jìn)行著。智慧能源是推動(dòng)能源革命的重要因素，它的到來與發(fā)展，將進(jìn)一步推動(dòng)能源市場化，這種趨勢(shì)會(huì)導(dǎo)致電價(jià)發(fā)生變化，對(duì)高耗能產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生一定的沖擊，使得生產(chǎn)效率降低。高耗能產(chǎn)業(yè)在經(jīng)營過程中獲得的利潤、投入的成本與電價(jià)、可再生能源的價(jià)格之間有著緊密聯(lián)系，并且能源利用率的提高可以推動(dòng)高耗能產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。因此，在這種背景下對(duì)園區(qū)的用能優(yōu)化研究和園區(qū)的負(fù)荷預(yù)測變得很重要。園區(qū)建設(shè)背景及負(fù)荷發(fā)展特點(diǎn)如下：

（一）園區(qū)優(yōu)化建設(shè)背景

1、能源分散化：分布式能源如接入配電網(wǎng)或位于負(fù)荷中心附近的天然氣分布式能源、電動(dòng)汽車、客戶側(cè)儲(chǔ)能等業(yè)務(wù)，這些能源的規(guī)模從家庭單位直至整個(gè)工業(yè)園區(qū)，雖然規(guī)?？傮w上較集中、較小，但數(shù)量眾多，呈現(xiàn)出了點(diǎn)多面廣、由集中供應(yīng)轉(zhuǎn)向分散生產(chǎn)的趨勢(shì)。

2、生產(chǎn)消費(fèi)一體化：電力能源消費(fèi)者、生產(chǎn)者不再只維持原來的單一身份。消費(fèi)者將以一種更加獨(dú)特的形式嵌入消費(fèi)，不需要加入某個(gè)組織進(jìn)行生產(chǎn)，在消費(fèi)的過程中就加入了生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了“消費(fèi)者”向“產(chǎn)銷者”的轉(zhuǎn)化。

3、用戶多元化：電力輔助服務(wù)、能源供應(yīng)作為商品隨著能源市場的發(fā)展逐漸推廣開來，發(fā)電廠商、用戶、設(shè)備供應(yīng)商等多元主體，也都參與到了能源市場交易過程中的生產(chǎn)、經(jīng)營、消費(fèi)等環(huán)節(jié)。

（二）負(fù)荷發(fā)展特點(diǎn)

1、低壓園區(qū)重過載現(xiàn)象日漸嚴(yán)重且持續(xù)時(shí)間較長，且此現(xiàn)象的出現(xiàn)存在一定隨機(jī)性;

2、用戶分布式光伏快速且持續(xù)發(fā)展;

3、智能家電規(guī)模及殊網(wǎng)數(shù)量不斷擴(kuò)大，用戶環(huán)保節(jié)能意識(shí)逐步增強(qiáng)。

在這種分散、多元的發(fā)展趨勢(shì)下，園區(qū)在負(fù)荷峰谷差的變化上承擔(dān)了一定的負(fù)擔(dān)，如園區(qū)內(nèi)私人充電樁數(shù)量逐漸增加。個(gè)人充電行為基本相似，產(chǎn)生的充電負(fù)荷峰谷期與日常電網(wǎng)負(fù)荷峰谷期相近，負(fù)荷曲線的疊加使得峰谷差進(jìn)一步加大，影響了電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，造成不必要的損失。因此，在不影響用戶用能體驗(yàn)和經(jīng)濟(jì)性的情況下，園區(qū)用能優(yōu)化具備很高的可行性。

二、園區(qū)用能優(yōu)化方向及現(xiàn)行策略

（一）用能優(yōu)化方向

1、負(fù)荷管理：園區(qū)用能優(yōu)化離不開負(fù)荷管理，有效的負(fù)荷管理可以改善電力負(fù)荷曲線的形狀以降低用能成本。指出了有效負(fù)荷管理的優(yōu)點(diǎn)及效益，并強(qiáng)調(diào)了負(fù)荷管理技術(shù)在電力調(diào)度中重要的作用。在熱電聯(lián)供機(jī)組和熱儲(chǔ)能裝置的基礎(chǔ)上，提出了可以降低工業(yè)園區(qū)需量電費(fèi)的負(fù)荷管理新思路，對(duì)于園區(qū)內(nèi)可調(diào)可控負(fù)荷管理也可以此為參照展開。

2、負(fù)荷控制：生產(chǎn)生活中時(shí)間、生產(chǎn)、活動(dòng)等變化因素會(huì)導(dǎo)致電力能源在利用過程中產(chǎn)生電力負(fù)荷的峰谷現(xiàn)象，過高的峰谷差會(huì)對(duì)電力企業(yè)的管理工作帶來負(fù)面影響，增加電力安全隱患，對(duì)社會(huì)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和安全產(chǎn)生威脅。提出了一種適用于需求響應(yīng)條件下計(jì)算配電網(wǎng)可靠性的方法，通過引入分時(shí)電價(jià)和負(fù)荷控制激勵(lì)的需求響應(yīng)機(jī)制并進(jìn)行評(píng)估，在結(jié)合分時(shí)電價(jià)后，電力負(fù)荷控制可以進(jìn)一步減少部分負(fù)荷高峰時(shí)段中的不可轉(zhuǎn)移負(fù)荷，以此保證更多負(fù)荷點(diǎn)不受故障影響。雖調(diào)了負(fù)荷控制中的柔性負(fù)荷控制及其策略，柔性負(fù)荷能夠積極參與電力調(diào)控，彌補(bǔ)發(fā)電側(cè)調(diào)節(jié)能力的不足，優(yōu)化發(fā)用電資源配置控制。這對(duì)園區(qū)用能優(yōu)化方向選擇起到了很好的借鑒作用。

3、負(fù)荷優(yōu)化：隨著信息技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展和智能電器的普及，對(duì)發(fā)電、輸電及配電的研究已經(jīng)進(jìn)展到了電力需求側(cè)。負(fù)荷優(yōu)化就是在較少影響需求側(cè)用戶的舒適度情況下，削減負(fù)荷波動(dòng)瞄]，實(shí)現(xiàn)需求側(cè)管理的一種措施。提出了一種負(fù)荷智能協(xié)商實(shí)時(shí)優(yōu)化控制算法，該算法通過實(shí)時(shí)智能協(xié)商，一定程度上避免了負(fù)荷優(yōu)化中負(fù)荷調(diào)度的不確定性及負(fù)荷優(yōu)化過程中所出現(xiàn)的負(fù)荷尖峰問題。

（二）現(xiàn)行用能優(yōu)化策略

園區(qū)用能范圍內(nèi)，其負(fù)荷優(yōu)化應(yīng)以不影響用戶舒適度為原則，以用戶用能成本最低、能效最優(yōu)為目標(biāo)，通過負(fù)荷管理得以預(yù)測各園區(qū)的負(fù)荷情況，優(yōu)化園區(qū)用能使其實(shí)現(xiàn)可調(diào)可控負(fù)荷與園區(qū)內(nèi)需求負(fù)荷得到有效匹配。因此，除考慮用能成本最低策略外，還應(yīng)考慮園區(qū)能效最優(yōu)策略。

1、居民負(fù)荷成本最低策略

家庭節(jié)能及節(jié)費(fèi)策略：根據(jù)舒適度對(duì)空調(diào)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)溫度并設(shè)定開關(guān)時(shí)段;熱水器采用智能加熱的方式，依據(jù)每日熱水用量及用水的周期特性制定加熱策略;費(fèi)用方面，根據(jù)不同峰谷電價(jià)時(shí)段，對(duì)電器采用動(dòng)態(tài)的節(jié)費(fèi)措施。如空調(diào)采用溫度調(diào)節(jié)及定點(diǎn)開關(guān)，電熱水器避免在峰電價(jià)時(shí)段加熱，以節(jié)省用電費(fèi)用。

2、園區(qū)能效最優(yōu)策略

在各個(gè)園區(qū)范圍內(nèi)，通過調(diào)節(jié)其中的可調(diào)可控負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)清潔能源消納、削峰填谷以降低峰谷差，如電動(dòng)汽車采用移時(shí)充電，在低谷時(shí)段及白天的光伏出力時(shí)段進(jìn)行充電。

三、總結(jié)與展望

（一）推進(jìn)園區(qū)用能優(yōu)化模范試點(diǎn)

以降低電力負(fù)荷曲線峰谷差為目標(biāo)，不影響用戶舒適度為原則。如大力推廣電動(dòng)汽車有序充電應(yīng)用試點(diǎn)，構(gòu)建電網(wǎng)互動(dòng)通道，通過負(fù)荷的柔性控制以改善發(fā)電測的調(diào)節(jié)能力，使試點(diǎn)園區(qū)穩(wěn)定性得以提高。實(shí)現(xiàn)各類負(fù)荷資源信息的采集、管理和控制。

（二）加快用能優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)研究和設(shè)備升級(jí)改造

科學(xué)、高效的電力調(diào)度在智能電網(wǎng)的建設(shè)過程中發(fā)揮著重要作用，而負(fù)荷預(yù)測是園區(qū)用能優(yōu)化研究中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。因此，可以從居民負(fù)荷預(yù)測、用電負(fù)荷挖掘等算法入手建立用能優(yōu)化潛力評(píng)估模型，研究基于大數(shù)據(jù)和人工智能的園區(qū)用能負(fù)荷預(yù)測技術(shù)，精準(zhǔn)預(yù)測園區(qū)負(fù)荷，實(shí)施用能優(yōu)化策略制定，形成用能優(yōu)化策略庫，支撐園區(qū)用能常態(tài)化和快速應(yīng)急響應(yīng)。

園區(qū)用能優(yōu)化還有著廣闊的前景，很多可調(diào)可控資源還處于挖掘分析階段。隨著智能電網(wǎng)的不斷建設(shè)，園區(qū)用能優(yōu)化策略的制定會(huì)逐漸完善，并能不斷提高電力用戶黏性，降低改造配電網(wǎng)的成本，提升電網(wǎng)效益。