基于能耗实时监测的电力需求侧管理

2019-01-09 16:01:00
Jack
原创
848
摘要:基于能耗实时监测的电力需求侧管理的相关研究

20世纪80年代,美国电力科学研究院首次提出了电力需求侧管理(DMS)的理念,其核心思想是将需求方节约的 能源和科学合理使用能源作为供应侧的一种可替代资源,从而引发了电力管理的根本性变革,即从单纯注重电力供应侧转向同时注重或者是偏重于电力需求侧管理,通过用户的用电方式和需求的改变减少高峰时期的用电需求,使电力生产和供应的资源得到更经济的利用,并取得了十分明显的 节能效果,因而逐渐在全球范围内得到不同程度的推广和应用。据有关资料介绍,仅2000年,美国投入约15.6亿美元实施需求侧管理工作,节电537亿kWh,减少高峰负荷22 000万kW。一般地认为,这种管理方式在20世纪90年代初传入我国,并逐步得到重视和推广。原国家经贸委和原国家计委将DSM 以法规形式纳入了《节约用电管理办法》。2002年,原国家经贸委又专门颁发了《关于推进电力需求侧管理工作的指导意见》。2004年国家发展和改革委员会联合国家电监会印发了《加强电力需求侧管理工作的指导意见》。为进一步加强对电力需求侧管理工作,落实国家 节能减排战略,2010年11月国家发改委、工信部、财政部、国资委、电监会、能源局等6家单位联合印发《电力需求侧管理办法》(以下简称《办法》),这是我国在电力需求侧管理工作方面又一个重要的指导性文件。我国学术界也对电力需求侧管理进行了研究,但从文献的角度来看,成果并不多。目前的研究主要集中在电力需求侧管理的内涵、对象、基本内容、技术措施、运作机制(包括市场机制以及激励机制)、用户管理、存在的主要问题以及国外管理经验介绍与借鉴等方面,而缺乏对电力 能耗 监测的研究。根据《办法》中第3条的定义,电力需求侧管理是指为提高电力 资源利用效率,改进用电方式,实现科学用电、节约用电、有序用电所开展的相关活动。由此可以看出,电力需求侧管理的内容比较宽泛,囊括了电力需求端管理的众多领域。有的学者认为,它主要包括电力负荷调荷的技术手段和经济手段、节能、能源替代及新能源应用3方面内容[1]。已有的这些实践努力和理论探索对加快推进我国的电力需求侧管理有着积极意义,但缺乏对电力 能耗 监测这一关键环节的专门性研究和比较深入的探讨。实际上,无论是任何形式的管理手段和技术手段,如果缺乏对电力消耗真实性的详尽把握,则很难对电力消耗环节中存在的关键性问题进行准确诊断,甚至会出现误诊,也就很难对用户的用电真实性需求进行合理地调控。由于 能耗在线实时监测系统可以实现使电力供应方时时准确地掌握用户真实的耗电量,因而能有效地解决这一问题。有鉴于此,本文针对 能耗 在线监测系统,从一个新的视角来阐述如何强化电力需求侧管理工作。

1 能耗 实时 监测 与电力需求侧管理

电力需求侧管理是实现节能减排目标的一项重要措施,它与 能耗 在线 监控系统存在着十分密切的关系。

能耗 监测起源于 能耗的分项统计。由于我国长期以来采用传统的 能耗 监测形式,比如:人工抄表、人工记录和人工统计等,因而在很多人的印象中与 能耗统计大同小异。随着节能减排要求的不断强化,这种原始的作业方式正呈现出逐渐向现代的信息集成化的 能耗在线实时监测控制的转变。这种新的监控方式具有几大优点:一是 能耗计量更加准确和及时,因而使管理者和供应方能及时掌握 能耗状况,解决了传统方式存在的提报滞后、统计疏漏和传输错误信息等诸多弊端;二是大大提高了 能源管理效率,解决了传统方式造成的繁杂工作;三是有利于过程管理,便于管理者及时发现 能源消耗过程中的不当行为,及时采取措施,对能源消耗过程进行管控,通过合理调配来协调供需双方之间的平衡关系。

正是由于它具有上述优点,我国正在积极推广使用 能耗在线实时监测系统。 工业和信息化部等部门为此专门下发了相关通知和管理规定,并已在部分地区进行 试点[2]。国家发展和改革委员会公布的国家 重点节能技术推广目录(第四批和第五批)中分别提出要推广过程 能耗管控技术和建筑(群落)能源动态管控优化系统技术[3]。简单而言,这一系统是为耗电量、耗水量、耗气量(天然气或者煤气量)、集中供热耗热量、集中制冷耗冷量与其他能源应用量的控制与测量提供解决方案的 能耗监控系统。相对于其他能源消耗,电力消耗更适合于推广使用这一系统,原因在于电力的末端用能计量设备性能比较优越,比如:智能电能表得到了不同程度的推广应用,网络结构更加合理,信息点比较容易采集。因而,从目前试点的方向来看,监控系统也主要集中在电力消耗领域,并且主要集中在 办公建筑和重点耗电设备上。而在工业和民用领域的选择上,目前主要在前者,原因在于我国工业负荷占80%以上,民用负荷仅占10%左右,要解决供需矛盾,监控的对象应是工业负荷。

能耗监控系统研究方面,我国电力有关部门已研制开发了无线双向电力负荷监控系统,安装在企业内部。在每个被监控的负荷点上安装双向监控终端,电力企业可实时或定时监视企业的用电情况以及对控制命令的执行情况[4],取得比较好的效果。具体而言,这套系统一方面实现了对电气和动力设备运行状态的实时监控,从而保障了能源系统的正常工作;另一方面,能够对电力设备耗能进行自动计算,从而实现了管理成本的精确核算。电力负荷实时监控系统具有查询功能,能对 能耗及耗电成本进行统计,减少了“跑、冒、滴、漏”,完善了内部能量考核管理,真正体现“管理出效益”的现实意义。更进一步的意义在于,由于获得了电力的真实需求,有利于电力部门对调峰资源潜力进行分析和测算,完善需方资源开发、调度技术支持系统,做好DSM工程设计和DSM实施规划(或 能效电厂建设规划)编制工作。显然, 能耗 在线 监控系统的建设、运营和维护管理是电力需求侧管理工作的一项重要内容,或者说是一个关键性的兼有技术和管理特征的综合性的基础工程。

客观地看,我国电力系统已推行的负荷 在线 监控系统还存在一些不足和期待进一步完善之处。主要表现在:一是推广应用范围比较有限,目前只是局限在少数部门。根据有关规定,每个地区监控负荷必须达到全地区的70%以上,目前离这一目标还有一定的距离。很多地方和部门在电力监控方面依然还是采用统计分析、人工监控的老办法。一些计量设备还比较陈旧,功能不全,计量不准确。这些问题影响了电力部门工作效率的有效提升;二是目前使用的这套监控设备只是反映了电力需求侧管理的一个方面,而且也主要是着眼于供应方的管理,但对需求方的调控难以产生较大的影响。比如:电力部门根据用户不同的电力需求对电力供应进行优化配置,减少或者是杜绝盲目使用发电设备,从而使发电效率得到最大程度的利用。但由于监控的是用户单位的一级表(收费表),电力部门难以掌握每个用户单位的耗电结构情况,因而也就无法引导其合理用电。这就需要引进一套专门针对用户单位的电力 能耗在线监测系统。

目前国家和地方部门,以及部分企业所推动的 能耗 在线 监控系统就是基于电力部门 在线 监控之外的 能耗监控系统。这套系统除了范围更广(电、气、热等)之外,在电力 能耗监控方面与电力部门目前所使用系统的区别主要有三:一是管理主体是 节能管理部门和用户单位,而不是电力部门;二是除了对一级表(收费表)进行监控外,重点是对二级表和三级表进行监控,因而能够准确掌握用户单位的电力 能耗构成,以及主要耗电环节和重点耗电设备等更为细致的详情,以此来获知对一级表产生实际性的影响;三是从规范和引导用户用电行为的角度对电力需求进行调整,管理部门通过用电的过程监控,及时纠正用户在电力使用过程中的不当行为,并对一些大型耗电设备进行技术上的更新改造。

从使用效果来看,这套系统更具有全局性意义,能够带动政府、企业和用户个人的节电管理水平的提升。目前的困难在于建立 能耗监控系统需要一定的投资,仅依赖财政拨款或者节能专项资金,难以解决根本性问题。通过近年来的实践创新,有些 能耗 在线 监控系统是从项目基建投资中划拨,即在项目建设时考虑监控系统,一起规划,一起施工,同时竣工投入使用。有些部门还通过 合同能源管理方式解决监控系统所需资金问题,积累了比较丰富的经验。但目前来看,还存在一些亟待解决的问题。比如: 能耗计量统一性问题。由于监控系统都是由电力部门之外的第三方单位规划设计施工,其末 端设备核定的 能耗量与供电部门计量表具所显示的 能耗量之间形成一定的差距,这样在核定 能耗量的时候会出现不一致,甚至会出现用户与合同能源管理受托方的纠纷,影响合同能源管理工作的推进。

2 电力 能耗 监控技术的发展

能耗 在线 监控技术是一项涉及节能的综合性技术解决方案。 能耗监控核心技术为传感器网络及智能信息处理,监控系统运行必须以此平台为基础。国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006—2020年)重点支持项目中提出,要重点支持传感器网络及智能信息处理的研究。根据现有的技术实践,建议电力 能耗监控系统应考虑以下几个方面:从技术框架结构看,这一监测控制系统至少包括以下几个组成部分:末端 用能设备系统、分系统的监测、总控监测系统、三级网络系统。从技术路线来看,可以分为: 能耗可测— 能耗可控;设备测控—网络测控; 数据采集点— 数据中心—局域网—区域网—总网。按照技术路线循序渐进,终极发展目标是实现 能耗在线实时监测和控制。

就办公建筑而言,首先是实现每一栋楼电力消耗可测控,形成采集点,在此基础上建立一个单位的数据中心,之后形成一个集团公司的 能耗监控局域网,然后形成所在行业的区域网,最后形成全市层面的 能耗 监测总网络。对于家庭用户,同样可以先在每一栋楼实现电力消耗的可测控。在此基础上,建立一个社区的 能耗数据中心,之后形成一个片区的局域网,然后再形成居民家庭电力 能耗区域网络,最后集中到全市总 能耗监控网络。

需要强调的是,在这个过程当中,电力企业与地方政府、用电单位以及节能管理单位需要加强通力合作,核心是要保证2套系统计量标准的统一性,目标是要实现2个监控平台的无缝对接。在运行成熟的时候,甚至还可以考虑对2个系统进行整合与共享。

3 电力 能耗 监控的管理模式

3.1 健全 能耗 监控的组织管理体系

电力 能耗监控范围广,节点多,因此需要建立相应的组织结构,配备一定的人员,来保证监控工作的正常开展。根据未来发展的需要,除在省市层面建立节约能源监测中心,专职负责电力 能耗监控之外,还需要在其下属各级单位建立相应的监测中心,配备专(兼)职人员。其作业内容包括几个方面:一是对用电监控设备的运行情况进行管理;二是及时分析和传输上报 能耗数据,并对 能耗现状进行诊断,对发现的问题提出整改和优化方案;三是推进电力在线实时监控网络的扩展和普及工作,以形成全覆盖的电力 能耗在线实时监测控制管理系统。

3.2 强化 能耗 监测 的制度管理

在技术规范的基础上,加强电力 能耗 监测的制度建设,主要包括以下几项内容:

(1)对现有 能耗 监测设备进行一次全面调研。可由节能管理部门会同电力管理部门及电网企业对用户的计量表具配备状况进行一次全面调研,摸清底数。在此基础上,研究制定末端设备优化配置方案。可分步实施:第一步,先保证一级表配备齐全,二级表配备要保证主要 能耗设备;第二步,随着管理体制改革尤其是核算方式改革的推进,做到分部门配置二级计量表;第三步,适应 能耗 监测网络化的需要,有序推进三级表的配置。

(2)对 能耗 监测设备进行“双检”。为保证 能耗检测设备正常运行,需要对现有电力末端计量设备进行一次全面检修。由计量单位的设备检修人员在日常工作时进行检修和维护,对无法正常运行的表具通知电力公司和用户进行撤换。检测人员对电力计量设备进行定期或不定期的检测,以保证计量的准确性。

(3)对现有设备进行更新改造。目前电力用户所配备的 能耗计量设备陈旧落后,配置时间过长,需要更新淘汰。可考虑对主要 能耗设备计量仪器进行更新换代,及时使用市场上最先进的计量设备。其使用标准有3条:一是计量精确,二是能采集信息,三是可上传数据。这一环节对今后实施先进的监测手段甚为关键。

与此同时,还需要强化网络管理人员的培训,着重培养网络监管与维护、数据处理分析、 能耗诊断、 能耗解决方案设计等方面的能力。

3.3 强化利益相关者相互关系的协调

电力需求侧管理涉及到各方利益,需要进行协调。虽然有关规定中明确了电力部门是电力需求侧管理的实施主体,但从需求管理的角度而言,目前存在着很大程度的错位。

从经济学的角度来分析,电力需求管理包含着两大前提,一是电力供不应求条件下的需求管理,二是供过于求条件下的需求管理。在前一种情形下,作为电力供应方,如果遵循市场规则,其实它并不关心需求管理,因此,《办法》中提出的“电网企业应加强对电力用户用电信息的采集、分析,为电力用户实施电力需求侧管理提供技术支撑和信息服务”的要求其实很难做到。相反,电力部门会希望电力需求越大越好,这样既不会造成窝电,而且只要能发出来的电,都能卖出去,企业的效益有足够的保障。当然,即便在市场经济条件下,有时候(比如:缺电严重时)来自于行政命令的干预也是重要因素,在政治任务的驱使下供电方也会被迫去关心用户的需求,以便在有限的电力情形下最大程度地去保证重要部门和居民的用电需求,这时供电部门也会自主进行需求管理,如:实施电力负荷控制、错峰、避峰等手段。在后一种情形下,供电方才会真正关心用户的电力需求,按照用户的真实需求进行电力的优化配置,以免产生窝电,或者因配置不当形成过高的发电成本。从我国电力供应的总体情况看,目前我国电力仍然处于供不应求的状态下。因此,在现阶段,强调“电网企业是电力需求侧管理的重要实施主体,应自行开展并引导用户实施电力需求侧管理,为其他各方开展相关工作提供便利条件”,这种定位本身就是某种程度的错位。为使管理主体的职能回归本位,就需要发挥政府管理部门和电力用户的作用。对国家和地方部门而言,加强用户电力需求的管理在于节能减排,推进 低碳经济发展;对企业而言,一方面需要完成上级下达的节能指标和任务,另一方面又能降低企业 能耗的支出成本。显然,对三方而言,都有电力需求侧管理的积极性。

具体到电力 能耗 在线 监控系统运行,需要用户、施工单位、节能公司、电力部门等各利益方共同协商,才能有效解决2套系统或者是 能耗 在线 监控与人工管理之间的矛盾问题。用户企业应该在系统设计和施工时,邀请电力管理部门介入,对计量设备以及 能耗计量标准进行磋商,形成一致意见,以免在实际运营中出现较大误差。意见难以统一时,可共同聘请第三方机构来进行认定。这样,作为电力需求侧管理的直接参与者,电力用户在建设 能耗 在线 监控系统时才能配合好政府主管部门和电网企业开展电力需求侧管理。D

参考文献:

[1]曾鸣.电力需求侧管理[M]. 北京:中国电力出版社,2001.

[2]周新军.我国 能耗 监测管理现状及未来发展趋势[J].当代经济管理,2014(2):46-50.

[3]国家发展和改革委员会资源节约和环境保护司.国家重点 节能技术推广目录汇编(2011—2012)[M].北京:中国财政经济出版社,2013.

[4]北京市发展和改革委员会.节能管理与新机制篇[M].北京:中国环境科学出版社,2008.

                                                                                                    

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