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，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，對需求側(cè)的運行調(diào)度帶來了新的挑戰(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題，而且可以加強供需平衡、提高市場流動性、引導(dǎo)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，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。
（來源：微信公眾號“電力系統(tǒng)自動化”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間、空間和成本上發(fā)生變化。根據(jù)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(yè)園區(qū)是外部能源系統(tǒng)與用戶之間的平臺，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，未來電網(wǎng)的運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，用戶具有深度參與系統(tǒng)調(diào)度和能源市場的特點。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，可調(diào)度在高價格期能以更節(jié)能水平運行的照明系統(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)的天然儲能能力，剩余的能量可以儲存在系統(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，通過靈活利用能源資源，使用戶能夠適應(yīng)不同的能源價格信號。在不影響用戶舒適度的前提下，消費者可以在使用過程中靈活轉(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，可以看作是一個涉及不同能源載體的轉(zhuǎn)換、消耗和存儲的單元，但是單個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，因此在工業(yè)園區(qū)內(nèi)的多個建筑物的需求匯集具有了需求調(diào)度的可能。
3、IDR如何進行模型分類？
本文主要從基于時間的IDR模型和基于控制的IDR模型兩個方面進行討論。模型分類總結(jié)及優(yōu)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復(fù)雜。根據(jù)時間周期，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(yù)測對于未來能源系統(tǒng)中負(fù)荷控制、市場交易和分布式網(wǎng)絡(luò)運行的動態(tài)在線優(yōu)化是必要的。
中長期規(guī)劃的時間尺度包括數(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、基于價格激勵的模型和博弈優(yōu)化模型，其中：綜合直接負(fù)荷控制是操作者對負(fù)荷進行直接控制，并通過補償機制來提高用戶滿意度；基于價格激勵的控制是通過價格激勵引導(dǎo)用戶的用能行為；博弈優(yōu)化模型可以為IDR的實現(xiàn)提供最優(yōu)分配策略。
表1模型分類總結(jié)及優(yōu)劣勢分析
4、IDR存在的關(guān)鍵問題及未來展望
1）IDR應(yīng)用現(xiàn)狀及存在的問題
首先，在能源供給側(cè)實施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。但目前在長期規(guī)劃的經(jīng)濟學(xué)分析上研究較少，且很多文獻只分析了供給側(cè)的規(guī)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(guī)劃。
IDR的實施使用戶能夠?qū)Χ鄠€能源市場的價格信號做出反應(yīng)，依據(jù)價格信號調(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)濟效益。有時優(yōu)化結(jié)果將影響用戶參與IDR的積極性，這說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(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。對于園區(qū)的運營服務(wù)，IDR可以輔助市場調(diào)整用能曲線，調(diào)峰調(diào)頻，構(gòu)建工業(yè)園區(qū)一體化綜合市場機制。
對于IDR技術(shù)的推廣，依據(jù)美國的成功經(jīng)驗，需求響應(yīng)商業(yè)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(fù)荷整形機構(gòu)(curtailment service providers，CPS)的引入是推進需求響應(yīng)項目運營的關(guān)鍵因素。目前我國能源公司只是通過行政手段來促進其實施需求側(cè)管理，且參與IDR項目的綜合CPS公司在我國尚不多見，還不能成規(guī)模地參與需求調(diào)度市場，因此我國仍需要從政策、資金等方面發(fā)展此類公司，并加快能源公司收益解綁機制的推出，從而加速IDR項目在我國的發(fā)展。
