工業(yè)園區(qū)是復(fù)雜的能源系統(tǒng)，包含多種能源形式，涉及多種能源的生產(chǎn)、傳輸和利用。工業(yè)園區(qū)能源的多樣性為多能源容量配置提出了更高的要求；同時(shí)，由于其負(fù)荷需求大、負(fù)荷特性復(fù)雜、不同能源的耦合與供電可靠性要求高，對(duì)需求側(cè)的運(yùn)行調(diào)度帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。綜合需求響應(yīng)(integrated demand response，IDR)不僅可以解決工業(yè)園區(qū)中能源線路的擁塞問(wèn)題，而且可以加強(qiáng)供需平衡、提高市場(chǎng)流動(dòng)性、引導(dǎo)客戶改變能源需求，此外，還可以提高效率，減少對(duì)單一形式的能源的依賴。隨著涉及多種能源整合的智能城市發(fā)展，有必要分析工業(yè)園區(qū)中綜合需求響應(yīng)的特點(diǎn)，這不僅可以支持多能源系統(tǒng)和工業(yè)園區(qū)的發(fā)展，而且可以有效平衡供需。
（來(lái)源：微信公眾號(hào)“電力系統(tǒng)自動(dòng)化”ID：AEPS-1977）
1、什么是工業(yè)園區(qū)，IDR概念及特性是怎樣的？
與電力系統(tǒng)類似，工業(yè)園區(qū)客戶的需求可以在時(shí)間、空間和成本上發(fā)生變化。根據(jù)多能源供需特點(diǎn)，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(yè)園區(qū)是外部能源系統(tǒng)與用戶之間的平臺(tái)，涉及多種能源的生產(chǎn)、傳輸和利用。IDR適用于工業(yè)園區(qū)的復(fù)雜能源管理。從宏觀上看，未來(lái)電網(wǎng)的運(yùn)行在很大程度上依賴于多能源網(wǎng)絡(luò)的整合。IDR使用戶能夠更靈活地使用能源，且具備充分利用需求響應(yīng)調(diào)節(jié)資源的能力。
圖1工業(yè)園區(qū)和IDR示意圖
2、IDR的操作策略是怎樣的？
根據(jù)工業(yè)園區(qū)的供需特點(diǎn)，用戶具有深度參與系統(tǒng)調(diào)度和能源市場(chǎng)的特點(diǎn)。IDR的操作策略從需求抑制、負(fù)荷轉(zhuǎn)移、能量轉(zhuǎn)換和園區(qū)內(nèi)協(xié)調(diào)四個(gè)方面進(jìn)行分析。
1）需求抑制。需求抑制是IDR中最重要的方法之一，可調(diào)度在高價(jià)格期能以更節(jié)能水平運(yùn)行的照明系統(tǒng)和靈活的制熱/冷設(shè)備。
2）負(fù)荷轉(zhuǎn)移。負(fù)荷轉(zhuǎn)移的能力取決于能量的性質(zhì)。由于能量形式的不同，負(fù)荷轉(zhuǎn)移的時(shí)間和效果也不同。此外，IDR可以充分利用熱力系統(tǒng)和天然氣系統(tǒng)的天然儲(chǔ)能能力，剩余的能量可以儲(chǔ)存在系統(tǒng)中，稍后再使用。
3）能量轉(zhuǎn)換。IDR將多種能源整合到工業(yè)園區(qū)中，通過(guò)靈活利用能源資源，使用戶能夠適應(yīng)不同的能源價(jià)格信號(hào)。在不影響用戶舒適度的前提下，消費(fèi)者可以在使用過(guò)程中靈活轉(zhuǎn)換電能、熱能、天然氣等能源。
4）園區(qū)內(nèi)部協(xié)調(diào)。智能建筑作為一種典型的能源終端樞紐，可以看作是一個(gè)涉及不同能源載體的轉(zhuǎn)換、消耗和存儲(chǔ)的單元，但是單個(gè)建筑的需求能力和調(diào)度能力有限，很難直接參與能源市場(chǎng)，因此在工業(yè)園區(qū)內(nèi)的多個(gè)建筑物的需求匯集具有了需求調(diào)度的可能。
3、IDR如何進(jìn)行模型分類？
本文主要從基于時(shí)間的IDR模型和基于控制的IDR模型兩個(gè)方面進(jìn)行討論。模型分類總結(jié)及優(yōu)劣勢(shì)分析如表1所示。
1）IDR時(shí)間尺度模型
IDR因?yàn)檎狭硕喾N能源，對(duì)多時(shí)間尺度的研究更為復(fù)雜。根據(jù)時(shí)間周期，將IDR分為短期及中長(zhǎng)期。
圖2 IDR的時(shí)間尺度
短期(提前48小時(shí))預(yù)測(cè)對(duì)于未來(lái)能源系統(tǒng)中負(fù)荷控制、市場(chǎng)交易和分布式網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的動(dòng)態(tài)在線優(yōu)化是必要的。
中長(zhǎng)期規(guī)劃的時(shí)間尺度包括數(shù)月或數(shù)年，一般受季節(jié)和政策的影響。這對(duì)熱力系統(tǒng)和天然氣系統(tǒng)提出了不同的技術(shù)需求。
2）IDR優(yōu)化模型
IDR優(yōu)化模型可以分為綜合直接負(fù)荷控制模型、基于價(jià)格激勵(lì)的模型和博弈優(yōu)化模型，其中：綜合直接負(fù)荷控制是操作者對(duì)負(fù)荷進(jìn)行直接控制，并通過(guò)補(bǔ)償機(jī)制來(lái)提高用戶滿意度；基于價(jià)格激勵(lì)的控制是通過(guò)價(jià)格激勵(lì)引導(dǎo)用戶的用能行為；博弈優(yōu)化模型可以為IDR的實(shí)現(xiàn)提供最優(yōu)分配策略。
表1模型分類總結(jié)及優(yōu)劣勢(shì)分析
4、IDR存在的關(guān)鍵問(wèn)題及未來(lái)展望
1）IDR應(yīng)用現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題
首先，在能源供給側(cè)實(shí)施IDR可以延緩或降低能源供給側(cè)的建設(shè)成本，提高設(shè)備的綜合利用率。其次，IDR可以充分發(fā)揮多能源替代的效益，提高整體能源效率，穩(wěn)定多能源供應(yīng)的波動(dòng)性，降低系統(tǒng)均衡調(diào)節(jié)的成本和碳排放水平。但目前在長(zhǎng)期規(guī)劃的經(jīng)濟(jì)學(xué)分析上研究較少，且很多文獻(xiàn)只分析了供給側(cè)的規(guī)劃，沒(méi)有將IDR考慮進(jìn)來(lái)，未來(lái)可進(jìn)一步研究考慮IDR的綜合能源規(guī)劃。
IDR的實(shí)施使用戶能夠?qū)Χ鄠€(gè)能源市場(chǎng)的價(jià)格信號(hào)做出反應(yīng)，依據(jù)價(jià)格信號(hào)調(diào)整自身不同類型能源的使用需求和用能習(xí)慣。IDR可以指導(dǎo)用戶制定合理的綜合能源利用方案，提高用戶的能源利用效率，降低用戶的能源消耗成本，獲得額外的經(jīng)濟(jì)效益。有時(shí)優(yōu)化結(jié)果將影響用戶參與IDR的積極性，這說(shuō)明用戶與能源公司的優(yōu)化目標(biāo)不同。目前關(guān)于用戶與能源公司協(xié)調(diào)優(yōu)化的研究很少，如何協(xié)調(diào)多方利益、達(dá)到互利共生的市場(chǎng)機(jī)制是未來(lái)的研究重點(diǎn)。
2）IDR的市場(chǎng)機(jī)制及推廣
在工業(yè)園區(qū)內(nèi)，IDR不僅整合了多種能源，而且提供了綜合的輔助服務(wù)。對(duì)大型工業(yè)用戶，IDR可以分析不同種能源之間的耦合特性，優(yōu)化供能特性，制定優(yōu)化調(diào)整計(jì)劃表，向投資方或商業(yè)用戶提供設(shè)備投資分析及咨詢。對(duì)于園區(qū)的運(yùn)營(yíng)服務(wù)，IDR可以輔助市場(chǎng)調(diào)整用能曲線，調(diào)峰調(diào)頻，構(gòu)建工業(yè)園區(qū)一體化綜合市場(chǎng)機(jī)制。
對(duì)于IDR技術(shù)的推廣，依據(jù)美國(guó)的成功經(jīng)驗(yàn)，需求響應(yīng)商業(yè)運(yùn)作模式中能源公司銷售量與其收益的解綁，以及第三方負(fù)荷整形機(jī)構(gòu)(curtailment service providers，CPS)的引入是推進(jìn)需求響應(yīng)項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)的關(guān)鍵因素。目前我國(guó)能源公司只是通過(guò)行政手段來(lái)促進(jìn)其實(shí)施需求側(cè)管理，且參與IDR項(xiàng)目的綜合CPS公司在我國(guó)尚不多見(jiàn)，還不能成規(guī)模地參與需求調(diào)度市場(chǎng)，因此我國(guó)仍需要從政策、資金等方面發(fā)展此類公司，并加快能源公司收益解綁機(jī)制的推出，從而加速IDR項(xiàng)目在我國(guó)的發(fā)展。
