【MPCE】华北电力大学 陈政琦，孙英云等：工业园区的综合需求响应特性综述

来源：电力系统自动化

引文信息：

Zhengqi CHEN, Yingyun SUN, Xin AI, et al. Integrated demand response characteristics of industrial park: a review[J]. Journal of Modern Power Systems and Clean Energy, 2020, 8(1): 15-26

Integrated demand response characteristics of industrial park: a review

工业园区的综合需求响应特性综述

作者：陈政琦，孙英云，艾欣，Sarmad Majeed Malik，杨莉萍

DOI:  10.35833/MPCE.2018.000776

工业园区是复杂的能源系统，包含多种能源形式，涉及多种能源的生产、传输和利用。工业园区能源的多样性为多能源容量配置提出了更高的要求；同时，由于其负荷需求大、负荷特性复杂、不同能源的耦合与供电可靠性要求高，对需求侧的运行调度带来了新的挑战。综合需求响应(integrated demand response，IDR)不仅可以解决工业园区中能源线路的拥塞问题，而且可以加强供需平衡、提高市场流动性、引导客户改变能源需求，此外，还可以提高效率，减少对单一形式的能源的依赖。随着涉及多种能源整合的智能城市发展，有必要分析工业园区中综合需求响应的特点，这不仅可以支持多能源系统和工业园区的发展，而且可以有效平衡供需。

与电力系统类似，工业园区客户的需求可以在时间、空间和成本上发生变化。根据多能源供需特点，客户可以改变能源需求的使用，从而影响不同能源的供需平衡。

工业园区是外部能源系统与用户之间的平台，涉及多种能源的生产、传输和利用。IDR适用于工业园区的复杂能源管理。从宏观上看，未来电网的运行在很大程度上依赖于多能源网络的整合。IDR使用户能够更灵活地使用能源，且具备充分利用需求响应调节资源的能力。

图1 工业园区和 IDR 示意图

根据工业园区的供需特点，用户具有深度参与系统调度和能源市场的特点。IDR的操作策略从需求抑制、负荷转移、能量转换和园区内协调四个方面进行分析。

1）需求抑制。需求抑制是IDR中最重要的方法之一，可调度在高价格期能以更节能水平运行的照明系统和灵活的制热/冷设备。

2）负荷转移。负荷转移的能力取决于能量的性质。由于能量形式的不同，负荷转移的时间和效果也不同。此外，IDR可以充分利用热力系统和天然气系统的天然储能能力，剩余的能量可以储存在系统中，稍后再使用。

3）能量转换。IDR将多种能源整合到工业园区中，通过灵活利用能源资源，使用户能够适应不同的能源价格信号。在不影响用户舒适度的前提下，消费者可以在使用过程中灵活转换电能、热能、天然气等能源。

4）园区内部协调。智能建筑作为一种典型的能源终端枢纽，可以看作是一个涉及不同能源载体的转换、消耗和存储的单元，但是单个建筑的需求能力和调度能力有限，很难直接参与能源市场，因此在工业园区内的多个建筑物的需求汇集具有了需求调度的可能。

本文主要从基于时间的IDR模型和基于控制的IDR模型两个方面进行讨论。模型分类总结及优劣势分析如表1所示。

1）IDR时间尺度模型

IDR因为整合了多种能源，对多时间尺度的研究更为复杂。根据时间周期，将IDR分为短期及中长期。

短期(提前48小时)预测对于未来能源系统中负荷控制、市场交易和分布式网络运行的动态在线优化是必要的。

中长期规划的时间尺度包括数月或数年，一般受季节和政策的影响。这对热力系统和天然气系统提出了不同的技术需求。

2）IDR优化模型

IDR优化模型可以分为综合直接负荷控制模型、基于价格激励的模型和博弈优化模型，其中：综合直接负荷控制是操作者对负荷进行直接控制，并通过补偿机制来提高用户满意度；基于价格激励的控制是通过价格激励引导用户的用能行为；博弈优化模型可以为IDR的实现提供最优分配策略。

表1  模型分类总结及优劣势分析

1）IDR应用现状及存在的问题

首先，在能源供给侧实施IDR可以延缓或降低能源供给侧的建设成本，提高设备的综合利用率。其次，IDR可以充分发挥多能源替代的效益，提高整体能源效率，稳定多能源供应的波动性，降低系统均衡调节的成本和碳排放水平。但目前在长期规划的经济学分析上研究较少，且很多文献只分析了供给侧的规划，没有将IDR考虑进来，未来可进一步研究考虑IDR的综合能源规划。

IDR的实施使用户能够对多个能源市场的价格信号做出反应，依据价格信号调整自身不同类型能源的使用需求和用能习惯。IDR可以指导用户制定合理的综合能源利用方案，提高用户的能源利用效率，降低用户的能源消耗成本，获得额外的经济效益。有时优化结果将影响用户参与IDR的积极性，这说明用户与能源公司的优化目标不同。目前关于用户与能源公司协调优化的研究很少，如何协调多方利益、达到互利共生的市场机制是未来的研究重点。

2）IDR的市场机制及推广

在工业园区内，IDR不仅整合了多种能源，而且提供了综合的辅助服务。对大型工业用户，IDR可以分析不同种能源之间的耦合特性，优化供能特性，制定优化调整计划表，向投资方或商业用户提供设备投资分析及咨询。对于园区的运营服务，IDR可以辅助市场调整用能曲线，调峰调频，构建工业园区一体化综合市场机制。

对于IDR技术的推广，依据美国的成功经验，需求响应商业运作模式中能源公司销售量与其收益的解绑，以及第三方负荷整形机构(curtailment service providers，CPS)的引入是推进需求响应项目运营的关键因素。目前我国能源公司只是通过行政手段来促进其实施需求侧管理，且参与IDR项目的综合CPS公司在我国尚不多见，还不能成规模地参与需求调度市场，因此我国仍需要从政策、资金等方面发展此类公司，并加快能源公司收益解绑机制的推出，从而加速IDR项目在我国的发展。