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來自美國加州戶用和小型企業(yè)電池儲能系統(tǒng)供應(yīng)商Electriq Power的Aric Saunders表示，隨著越來越多的分布式能源并網(wǎng)，在全球各地，平衡供電系統(tǒng)都不是一項簡單的任務(wù)。為了保持電網(wǎng)穩(wěn)定，只要電網(wǎng)運(yùn)營商需要減少需求，OpenADR就可以啟動。
過去20年，電網(wǎng)運(yùn)行發(fā)生了很大變化。早在20世紀(jì)90年代，作為區(qū)域輸電資產(chǎn)的協(xié)調(diào)方，獨立系統(tǒng)運(yùn)營商(ISO)完全控制了美國大部分地區(qū)的電網(wǎng)發(fā)電，而到了2020年的今天，獨立客戶和市場參與方可以隨時隨地自由發(fā)電，這帶來了巨大的不確定性。系統(tǒng)運(yùn)營商現(xiàn)在必須學(xué)會處理這些問題。
這一領(lǐng)域最重要的參與方之一是太陽能。過去20年，美國各地廣泛使用的太陽能光伏系統(tǒng)對電網(wǎng)運(yùn)行產(chǎn)生了一種特殊的影響，即所謂的鴨子曲線。
鴨子曲線的最早記錄出現(xiàn)在加州，這是一種只有在廣泛采用太陽能發(fā)電的電網(wǎng)中才會出現(xiàn)的現(xiàn)象。由于太陽能光伏系統(tǒng)發(fā)電不受能源需求的影響，多余的電力會被送回電網(wǎng)，由電力公司用于服務(wù)其他電力需求。
然而，大量的太陽能發(fā)電輸送到電網(wǎng)會造成過度發(fā)電，電網(wǎng)運(yùn)營商必須平衡過度發(fā)電。同樣，太陽能發(fā)電量在下午5點以后開始迅速減少，這意味著為了滿足電力需求，大量發(fā)電必須迅速被傳統(tǒng)的、可控的電廠發(fā)電所替代。這一過程會產(chǎn)生額外成本。
太陽能是電網(wǎng)中最重要的因素，尤其是在加州。雖然如此，風(fēng)力發(fā)電也在美國各地獲得了廣泛使用。風(fēng)速是不可預(yù)測的，一年四季，風(fēng)力會隨著時間不斷變化。因此，風(fēng)力發(fā)電同樣存在著很高的不確定性。這些情況往往比太陽能更難以預(yù)測。
預(yù)計未來十年，電網(wǎng)中電動汽車的電力需求將會迅速擴(kuò)大。這種新的交通技術(shù)將改變我們從一地到另一地的出行方式，將化石燃料拋在身后并提高我們的電力需求。然而，與典型的電力需求不同，電動汽車的重要區(qū)別之處在于移動性。
位于具體地點的大多數(shù)負(fù)荷的電力需求模式每個季節(jié)都是類似的，但電動汽車消耗的大量電力可以根據(jù)消費者的需求而大幅變化。電動汽車也不一定依賴單一來源電力。與固定安裝在一個地點的大型空調(diào)不同，電動汽車可以在家里、在整個城市或整個國家的電動汽車站充電。
如果將這種分布外推到一個州的更高層面，那么基本來說，根據(jù)電動車用戶的意志，大量電力需求會不規(guī)則地從一邊轉(zhuǎn)移到另一邊。隨著社會大規(guī)模轉(zhuǎn)向使用電動汽車，電網(wǎng)運(yùn)營商面臨的問題是如何準(zhǔn)確預(yù)測、或大致預(yù)測不同節(jié)點（消費點）的電網(wǎng)能源和電力需求。
對OpenADR的需求，它是什么、是如何工作的
這種朝著更可持續(xù)方向發(fā)展的過程需要更為靈活的未來電力設(shè)施。就像新建筑物被設(shè)計為可以根據(jù)風(fēng)或地震的力度移動一樣，電力公司必須不再使用僵化的、毫米級的預(yù)測模型，而是使用適應(yīng)性強(qiáng)的、可靠的系統(tǒng)。
預(yù)見到電力系統(tǒng)需要一種新運(yùn)行模式的技術(shù)開發(fā)人員已經(jīng)開始實踐智能電網(wǎng)的概念。這些電網(wǎng)與一個通信系統(tǒng)集成，電力公司可以直接與用戶設(shè)施中的設(shè)備通信，根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行需求自動調(diào)整用電。這種新的通信協(xié)議被稱為OpenADR或Open Automated Demand Response（意為開放式自動需求響應(yīng)）。
電網(wǎng)的運(yùn)行是多變的。如果想要穩(wěn)定運(yùn)行，需求、發(fā)電量和電能損耗就必須保持平衡。這意味著所有產(chǎn)生的能量都必須被消耗掉。由于在不久的將來，人們將極難預(yù)測負(fù)荷，所以多個組織和公用事業(yè)公司發(fā)起了OpenADR計劃，旨在開發(fā)一個可令公用事業(yè)公司加強(qiáng)對電網(wǎng)電流的控制，同時保持消費者的靈活性和自由度的系統(tǒng)。
大體來說，每當(dāng)電網(wǎng)運(yùn)營商需要減少需求以保持系統(tǒng)穩(wěn)定時，OpenADR系統(tǒng)就會通過需求響應(yīng)自動化服務(wù)器（DRAS）自動發(fā)出需求響應(yīng)事件通知信號。這一信號會與本地安裝的OpenADR設(shè)備或整個電網(wǎng)選定負(fù)載能源管理系統(tǒng)進(jìn)行通信，強(qiáng)制或鼓勵工業(yè)、商業(yè)乃至住宅減少負(fù)荷消耗。減少負(fù)荷的具體參數(shù)取決于事先商定的限制額定值，這一限制額定值還指明了全天的時段。
另一種情況是電網(wǎng)需要增加需求以保持系統(tǒng)穩(wěn)定并平衡每天過剩的太陽能發(fā)電量。同樣，DRAS將向OpenADR設(shè)備發(fā)送通知，在特定時段內(nèi)激活或增加特定負(fù)荷。由投資人所有的加州公用事業(yè)公司——太平洋天然氣和電力公司的超額供應(yīng)DR試點計劃就是一例。
加州或是全球OpenADR技術(shù)最先進(jìn)的地區(qū)。多家公用事業(yè)公司，如太平洋天然氣和電力公司、南加州愛迪生公司、圣地亞哥天然氣和電力公司以及薩克拉門托市政公用事業(yè)項目區(qū)都已經(jīng)有了ADR項目。
需求響應(yīng)的不同類型方案
提供這一系統(tǒng)的公用事業(yè)公司實施了不同的需求響應(yīng)計劃，包括：
臨界峰值定價(CPP)
CPP電價方案的費率結(jié)構(gòu)旨在鼓勵當(dāng)電力躉售市場價格高漲時（例如夏季），或在電網(wǎng)突發(fā)可靠性事件時減少消費。當(dāng)電網(wǎng)需求或價格攀升時，在有限的數(shù)天或數(shù)小時內(nèi)，執(zhí)行預(yù)先規(guī)定的、相當(dāng)高的電費。這一費率的目的是鼓勵客戶將消費轉(zhuǎn)移到非高峰期以避免更高的電費。然后，客戶會收到賬單積分。根據(jù)不同的公用事業(yè)公司，客戶在一年中最多可以收到12個CPP事件通知。
裝機(jī)容量投標(biāo)計劃(CBP)
CBP是OpenADR項目的另一個范例?？蛻裘吭孪蚬檬聵I(yè)公司提交方案（即標(biāo)書）。根據(jù)方案，客戶同意在出現(xiàn)這些事件時降低能耗以獲得補(bǔ)償。取決于客戶在CBP事件中發(fā)生的實際能耗，不同的公用事業(yè)公司支付的費用不同。這一計劃的最大優(yōu)點是可令客戶根據(jù)自己的喜好自由選擇每個月的降耗期。在事件發(fā)生的前一天或當(dāng)天，客戶仍會收到通知。
實時定價(RTP)或溫控器程序
根據(jù)這種方案，客戶授權(quán)公用事業(yè)公司在環(huán)境溫度較高時，遠(yuǎn)程控制客戶的電氣設(shè)備，特別是空調(diào)系統(tǒng)。這一計劃的目的是在高能耗期（夏季）降低空調(diào)系統(tǒng)的電力需求。這種程序會在短時間內(nèi)通知客戶。通常，享受實時定價(RTP)費率的客戶只會在短時間內(nèi)得到通知。
戶用電動汽車充電DR計劃
在當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)面臨壓力時，這一計劃會增加電動汽車的充電成本，從而將客戶充電時間轉(zhuǎn)移到非高峰時段。OpenADR應(yīng)用可以延遲電動汽車的充電時間，讓轉(zhuǎn)移消費的客戶通過較低的費率省錢并獲得降低負(fù)荷的補(bǔ)償。
OpenADR還可以通過向OpendADR設(shè)備或系統(tǒng)發(fā)送信號，根據(jù)電網(wǎng)情況或定價方案自動優(yōu)化充電站。
OpenADR和電池儲能
利用OpenADR程序的最佳辦法之一是通過利用電池儲能系統(tǒng)。這些設(shè)備可以實現(xiàn)與電力公司的通信，后者可以向電池管理系統(tǒng)發(fā)送信號，根據(jù)電力系統(tǒng)的需要儲存電網(wǎng)發(fā)電（當(dāng)有多余電力時）或向電網(wǎng)供電（當(dāng)需要更多電力時）。智能逆變器也可以集成到程序中，當(dāng)電網(wǎng)中有多余太陽能電力時，可以限制太陽能發(fā)電輸入。這些解決方案允許業(yè)主通過OpenADR計劃為加州智能電網(wǎng)的未來做好準(zhǔn)備。
過去20年，電網(wǎng)運(yùn)行發(fā)生了很大變化。早在20世紀(jì)90年代，作為區(qū)域輸電資產(chǎn)的協(xié)調(diào)方，獨立系統(tǒng)運(yùn)營商(ISO)完全控制了美國大部分地區(qū)的電網(wǎng)發(fā)電，而到了2020年的今天，獨立客戶和市場參與方可以隨時隨地自由發(fā)電，這帶來了巨大的不確定性。系統(tǒng)運(yùn)營商現(xiàn)在必須學(xué)會處理這些問題。
這一領(lǐng)域最重要的參與方之一是太陽能。過去20年，美國各地廣泛使用的太陽能光伏系統(tǒng)對電網(wǎng)運(yùn)行產(chǎn)生了一種特殊的影響，即所謂的鴨子曲線。
鴨子曲線的最早記錄出現(xiàn)在加州，這是一種只有在廣泛采用太陽能發(fā)電的電網(wǎng)中才會出現(xiàn)的現(xiàn)象。由于太陽能光伏系統(tǒng)發(fā)電不受能源需求的影響，多余的電力會被送回電網(wǎng)，由電力公司用于服務(wù)其他電力需求。
然而，大量的太陽能發(fā)電輸送到電網(wǎng)會造成過度發(fā)電，電網(wǎng)運(yùn)營商必須平衡過度發(fā)電。同樣，太陽能發(fā)電量在下午5點以后開始迅速減少，這意味著為了滿足電力需求，大量發(fā)電必須迅速被傳統(tǒng)的、可控的電廠發(fā)電所替代。這一過程會產(chǎn)生額外成本。
太陽能是電網(wǎng)中最重要的因素，尤其是在加州。雖然如此，風(fēng)力發(fā)電也在美國各地獲得了廣泛使用。風(fēng)速是不可預(yù)測的，一年四季，風(fēng)力會隨著時間不斷變化。因此，風(fēng)力發(fā)電同樣存在著很高的不確定性。這些情況往往比太陽能更難以預(yù)測。
預(yù)計未來十年，電網(wǎng)中電動汽車的電力需求將會迅速擴(kuò)大。這種新的交通技術(shù)將改變我們從一地到另一地的出行方式，將化石燃料拋在身后并提高我們的電力需求。然而，與典型的電力需求不同，電動汽車的重要區(qū)別之處在于移動性。
位于具體地點的大多數(shù)負(fù)荷的電力需求模式每個季節(jié)都是類似的，但電動汽車消耗的大量電力可以根據(jù)消費者的需求而大幅變化。電動汽車也不一定依賴單一來源電力。與固定安裝在一個地點的大型空調(diào)不同，電動汽車可以在家里、在整個城市或整個國家的電動汽車站充電。
如果將這種分布外推到一個州的更高層面，那么基本來說，根據(jù)電動車用戶的意志，大量電力需求會不規(guī)則地從一邊轉(zhuǎn)移到另一邊。隨著社會大規(guī)模轉(zhuǎn)向使用電動汽車，電網(wǎng)運(yùn)營商面臨的問題是如何準(zhǔn)確預(yù)測、或大致預(yù)測不同節(jié)點（消費點）的電網(wǎng)能源和電力需求。
對OpenADR的需求，它是什么、是如何工作的
這種朝著更可持續(xù)方向發(fā)展的過程需要更為靈活的未來電力設(shè)施。就像新建筑物被設(shè)計為可以根據(jù)風(fēng)或地震的力度移動一樣，電力公司必須不再使用僵化的、毫米級的預(yù)測模型，而是使用適應(yīng)性強(qiáng)的、可靠的系統(tǒng)。
預(yù)見到電力系統(tǒng)需要一種新運(yùn)行模式的技術(shù)開發(fā)人員已經(jīng)開始實踐智能電網(wǎng)的概念。這些電網(wǎng)與一個通信系統(tǒng)集成，電力公司可以直接與用戶設(shè)施中的設(shè)備通信，根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行需求自動調(diào)整用電。這種新的通信協(xié)議被稱為OpenADR或Open Automated Demand Response（意為開放式自動需求響應(yīng)）。
電網(wǎng)的運(yùn)行是多變的。如果想要穩(wěn)定運(yùn)行，需求、發(fā)電量和電能損耗就必須保持平衡。這意味著所有產(chǎn)生的能量都必須被消耗掉。由于在不久的將來，人們將極難預(yù)測負(fù)荷，所以多個組織和公用事業(yè)公司發(fā)起了OpenADR計劃，旨在開發(fā)一個可令公用事業(yè)公司加強(qiáng)對電網(wǎng)電流的控制，同時保持消費者的靈活性和自由度的系統(tǒng)。
大體來說，每當(dāng)電網(wǎng)運(yùn)營商需要減少需求以保持系統(tǒng)穩(wěn)定時，OpenADR系統(tǒng)就會通過需求響應(yīng)自動化服務(wù)器（DRAS）自動發(fā)出需求響應(yīng)事件通知信號。這一信號會與本地安裝的OpenADR設(shè)備或整個電網(wǎng)選定負(fù)載能源管理系統(tǒng)進(jìn)行通信，強(qiáng)制或鼓勵工業(yè)、商業(yè)乃至住宅減少負(fù)荷消耗。減少負(fù)荷的具體參數(shù)取決于事先商定的限制額定值，這一限制額定值還指明了全天的時段。
另一種情況是電網(wǎng)需要增加需求以保持系統(tǒng)穩(wěn)定并平衡每天過剩的太陽能發(fā)電量。同樣，DRAS將向OpenADR設(shè)備發(fā)送通知，在特定時段內(nèi)激活或增加特定負(fù)荷。由投資人所有的加州公用事業(yè)公司——太平洋天然氣和電力公司的超額供應(yīng)DR試點計劃就是一例。
加州或是全球OpenADR技術(shù)最先進(jìn)的地區(qū)。多家公用事業(yè)公司，如太平洋天然氣和電力公司、南加州愛迪生公司、圣地亞哥天然氣和電力公司以及薩克拉門托市政公用事業(yè)項目區(qū)都已經(jīng)有了ADR項目。
需求響應(yīng)的不同類型方案
提供這一系統(tǒng)的公用事業(yè)公司實施了不同的需求響應(yīng)計劃，包括：
臨界峰值定價(CPP)
CPP電價方案的費率結(jié)構(gòu)旨在鼓勵當(dāng)電力躉售市場價格高漲時（例如夏季），或在電網(wǎng)突發(fā)可靠性事件時減少消費。當(dāng)電網(wǎng)需求或價格攀升時，在有限的數(shù)天或數(shù)小時內(nèi)，執(zhí)行預(yù)先規(guī)定的、相當(dāng)高的電費。這一費率的目的是鼓勵客戶將消費轉(zhuǎn)移到非高峰期以避免更高的電費。然后，客戶會收到賬單積分。根據(jù)不同的公用事業(yè)公司，客戶在一年中最多可以收到12個CPP事件通知。
裝機(jī)容量投標(biāo)計劃(CBP)
CBP是OpenADR項目的另一個范例?？蛻裘吭孪蚬檬聵I(yè)公司提交方案（即標(biāo)書）。根據(jù)方案，客戶同意在出現(xiàn)這些事件時降低能耗以獲得補(bǔ)償。取決于客戶在CBP事件中發(fā)生的實際能耗，不同的公用事業(yè)公司支付的費用不同。這一計劃的最大優(yōu)點是可令客戶根據(jù)自己的喜好自由選擇每個月的降耗期。在事件發(fā)生的前一天或當(dāng)天，客戶仍會收到通知。
實時定價(RTP)或溫控器程序
根據(jù)這種方案，客戶授權(quán)公用事業(yè)公司在環(huán)境溫度較高時，遠(yuǎn)程控制客戶的電氣設(shè)備，特別是空調(diào)系統(tǒng)。這一計劃的目的是在高能耗期（夏季）降低空調(diào)系統(tǒng)的電力需求。這種程序會在短時間內(nèi)通知客戶。通常，享受實時定價(RTP)費率的客戶只會在短時間內(nèi)得到通知。
戶用電動汽車充電DR計劃
在當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)面臨壓力時，這一計劃會增加電動汽車的充電成本，從而將客戶充電時間轉(zhuǎn)移到非高峰時段。OpenADR應(yīng)用可以延遲電動汽車的充電時間，讓轉(zhuǎn)移消費的客戶通過較低的費率省錢并獲得降低負(fù)荷的補(bǔ)償。
OpenADR還可以通過向OpendADR設(shè)備或系統(tǒng)發(fā)送信號，根據(jù)電網(wǎng)情況或定價方案自動優(yōu)化充電站。
OpenADR和電池儲能
利用OpenADR程序的最佳辦法之一是通過利用電池儲能系統(tǒng)。這些設(shè)備可以實現(xiàn)與電力公司的通信，后者可以向電池管理系統(tǒng)發(fā)送信號，根據(jù)電力系統(tǒng)的需要儲存電網(wǎng)發(fā)電（當(dāng)有多余電力時）或向電網(wǎng)供電（當(dāng)需要更多電力時）。智能逆變器也可以集成到程序中，當(dāng)電網(wǎng)中有多余太陽能電力時，可以限制太陽能發(fā)電輸入。這些解決方案允許業(yè)主通過OpenADR計劃為加州智能電網(wǎng)的未來做好準(zhǔn)備。
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