工業園區的綜合需求響應特性綜述

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北極星售電網訊：工業園區是複雜的能源系統，包含多種能源形式，涉及多種能源的生產、傳輸和利用。工業園區能源的多樣性為多能源容量配置提出了更高的要求；同時，由於其負荷需求大、負荷特性複雜、不同能源的耦合與供電可靠性要求高，對需求側的執行排程帶來了新的挑戰。綜合需求響應（integrated demand response，IDR）不僅可以解決工業園區中能源線路的擁塞問題，而且可以加強供需平衡、提高市場流動性、引導客戶改變能源需求，此外，還可以提高效率，減少對單一形式的能源的依賴。隨著涉及多種能源整合的智慧城市發展，有必要分析工業園區中綜合需求響應的特點，這不僅可以支援多能源系統和工業園區的發展，而且可以有效平衡供需。

（來源：微信公眾號“電力系統自動化”ID：AEPS-1977）

1什麼是工業園區，IDR概念及特性是怎樣的？

與電力系統類似，工業園區客戶的需求可以在時間、空間和成本上發生變化。根據多能源供需特點，客戶可以改變能源需求的使用，從而影響不同能源的供需平衡。

工業園區是外部能源系統與使用者之間的平臺，涉及多種能源的生產、傳輸和利用。IDR適用於工業園區的複雜能源管理。從宏觀上看，未來電網的執行在很大程度上依賴於多能源網路的整合。IDR使使用者能夠更靈活地使用能源，且具備充分利用需求響應調節資源的能力。

圖1工業園區和IDR示意圖

2IDR的操作策略是怎樣的？

根據工業園區的供需特點，使用者具有深度參與系統排程和能源市場的特點。IDR的操作策略從需求抑制、負荷轉移、能量轉換和園區內協調四個方面進行分析。

1）需求抑制。需求抑制是IDR中最重要的方法之一，可排程在高價格期能以更節能水平執行的照明系統和靈活的制熱/冷裝置。

2）負荷轉移。負荷轉移的能力取決於能量的性質。由於能量形式的不同，負荷轉移的時間和效果也不同。此外，IDR可以充分利用熱力系統和天然氣系統的天然儲能能力，剩餘的能量可以儲存在系統中，稍後再使用。

3）能量轉換。IDR將多種能源整合到工業園區中，透過靈活利用能源資源，使使用者能夠適應不同的能源價格訊號。在不影響使用者舒適度的前提下，消費者可以在使用過程中靈活轉換電能、熱能、天然氣等能源。

4）園區內部協調。智慧建築作為一種典型的能源終端樞紐，可以看作是一個涉及不同能源載體的轉換、消耗和儲存的單元，但是單個建築的需求能力和排程能力有限，很難直接參與能源市場，因此在工業園區內的多個建築物的需求彙集具有了需求排程的可能。

3IDR如何進行模型分類？

本文主要從基於時間的IDR模型和基於控制的IDR模型兩個方面進行討論。模型分類總結及優劣勢分析如表1所示。

1）IDR時間尺度模型

IDR因為整合了多種能源，對多時間尺度的研究更為複雜。根據時間週期，將IDR分為短期及中長期。

圖2 IDR的時間尺度

短期（提前48小時）預測對於未來能源系統中負荷控制、市場交易和分散式網路執行的動態線上最佳化是必要的。

中長期規劃的時間尺度包括數月或數年，一般受季節和政策的影響。這對熱力系統和天然氣系統提出了不同的技術需求。

2）IDR最佳化模型

IDR最佳化模型可以分為綜合直接負荷控制模型、基於價格激勵的模型和博弈最佳化模型，其中：綜合直接負荷控制是操作者對負荷進行直接控制，並透過補償機制來提高使用者滿意度；基於價格激勵的控制是透過價格激勵引導使用者的用能行為；博弈最佳化模型可以為IDR的實現提供最優分配策略。

表1模型分類總結及優劣勢分析

4IDR存在的關鍵問題及未來展望

1）IDR應用現狀及存在的問題

首先，在能源供給側實施IDR可以延緩或降低能源供給側的建設成本，提高裝置的綜合利用率。其次，IDR可以充分發揮多能源替代的效益，提高整體能源效率，穩定多能源供應的波動性，降低系統均衡調節的成本和碳排放水平。但目前在長期規劃的經濟學分析上研究較少，且很多文獻只分析了供給側的規劃，沒有將IDR考慮進來，未來可進一步研究考慮IDR的綜合能源規劃。

IDR的實施使使用者能夠對多個能源市場的價格訊號做出反應，依據價格訊號調整自身不同型別能源的使用需求和用能習慣。IDR可以指導使用者制定合理的綜合能源利用方案，提高使用者的能源利用效率，降低使用者的能源消耗成本，獲得額外的經濟效益。有時最佳化結果將影響使用者參與IDR的積極性，這說明使用者與能源公司的最佳化目標不同。目前關於使用者與能源公司協調最佳化的研究很少，如何協調多方利益、達到互利共生的市場機制是未來的研究重點。

2）IDR的市場機制及推廣

在工業園區內，IDR不僅整合了多種能源，而且提供了綜合的輔助服務。對大型工業使用者，IDR可以分析不同種能源之間的耦合特性，最佳化供能特性，制定最佳化調整計劃表，向投資方或商業使用者提供裝置投資分析及諮詢。對於園區的運營服務，IDR可以輔助市場調整用能曲線，調峰調頻，構建工業園區一體化綜合市場機制。

對於IDR技術的推廣，依據美國的成功經驗，需求響應商業運作模式中能源公司銷售量與其收益的解綁，以及第三方負荷整形機構（curtailment service providers，CPS）的引入是推進需求響應專案運營的關鍵因素。目前我國能源公司只是透過行政手段來促進其實施需求側管理，且參與IDR專案的綜合CPS公司在我國尚不多見，還不能成規模地參與需求排程市場，因此我國仍需要從政策、資金等方面發展此類公司，並加快能源公司收益解綁機制的推出，從而加速IDR專案在我國的發展。

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