能源需求侧管理竟然还有这么多潜力

　　通过控制空调系统和智能电器等家用设备，从而对电网实时电价做出反应的需求弹性（灵活性），能够为用户节约开支的同时降低整体用电成本。在我们近期发表的文章《需求弹性的经济性分析》中，我们分析了控制普通家庭负荷响应电价信号的经济性。我们发现，仅仅控制两类设备的弹性，包括能够控制暖通空调系统在2度上下浮动的智能温度调节器和能够控制加热时间的智能热水器，就能够降低整个电力系统高峰负荷的8%，并为整个电网每年节约成本100-150亿美元。

　　需求弹性的三个发展机会

　　虽然这些潜在的节能经济收益已很可观，但这只是需求弹性最终能够提供的一小部分价值。要计算需求弹性的最大价值，我们需要从三个方面进行考虑：

　　工商业部门。住宅负荷只占电力系统总负荷的不到一半（2014年仅占总售电量的37%）。有足够的证据表明，工商业用电负荷比住宅负荷具备更大的弹性潜力（例如，工商业部门正支配着当今的需求响应市场）。然而，工商业用电设备更具多样性，因此要实现需求弹性的全部价值也更具挑战。例如，各种不同工业设备用电量变化的速度差别很大，能够为电网提供的可变容量也各不相同。此外，工商业用电设备运行涉及的限制条件也更加复杂。

　　零售价格之外的价值。零售价格信号只能反映需求弹性全部价值的一部分，其更大的价值来源于批发价格、辅助服务（如频率调节）和配电级别服务（如通过缓解配电拥堵，推迟新建昂贵的基础设施）。然而，响应这些更复杂市场不仅需要更多资源（可以通过资源集成实现），还需要具备比单个住宅设备所能提供的更高水平的弹性——至少不会影响用户对设备的使用，如保持室内的合理温度等。

　　负荷集成。当个体负荷集成在一起时，需求弹性能够创造更多价值。与我们的分析结果相似，个体负荷能够非常有效的对价格信号做出反应。但是，如果灵活的需求能够和其它个体负荷捆绑在一起，将有助于参与更大的市场并提供更全面的服务。就像一只单独的乐器和一支交响乐团的区别：一支交响乐团能够在更大的场馆演奏一只乐器单独无法完成的乐曲。集成负荷正在成为一种新兴的有效方式，在充分实现工商业用电负荷原有弹性价值的同时，能够解决比零售价格信号所能解决的更加复杂的用能需求。

　　综合利用三种趋势。以上三种趋势能够创造更多类型的用电负荷，提高市场盈利能力，并通过负荷集成实现更高价值。我们可以通过一个颇具挑战性的例子来说明这三个趋势的市场价值：一处水处理设施安装了数千台规格、特点各不相同的水泵（相当于一支完整的交响乐团），在参与调频市场（作为更具挑战性的市场之一，要求持续进行4秒间隔的双向频率调整）的同时还利用软件工具实现所有负荷的集成和协调。

　　即使使用非常复杂的价格信号，单个设备依然很难参与这样的市场。每一台设备必须首先准确无误地发挥其基本作用——在这个例子中是指每个水泵每小时抽取一定量的水——只有在这层约束条件之下才能够作为电网资源提供弹性。因此每一个设备能够提供的弹性非常有限。

　　然而，通过将水处理设施中数千台水泵的容量聚合起来，市场参与者就能够创造更大的弹性。重要的是，水泵的多样性成为了系统的另一个关键优势：有些水泵能够提供大容量但频率低的弹性，而有些水泵则能够进行高频率但容量较小的调整。如果这些水泵能够在一起运行，它们能够成为电网重要的资源，并为水处理厂的业主带来可观的二级收入。

　　进入分布式能源管理平台。随着信息技术近年来的不断进步，更高水平的协调技术成为了可能。现代分布式能源管理平台能够连续接收所需的预测需求侧负荷的信号，来维持电网平衡和稳定。该平台能够捕捉和集成平台用户可用的灵活用电负荷，与能源存储技术和可再生能源一起形成一个能够持续控制能源资源的网络。接下来，平台能够动态地优化和分配这些资源，对不断变化的电力系统需求做出响应——而且所有这些协调工作都不会影响用户的正常用电行为。

　　随着越来越多的用电负荷、电池、分布式发电资源（如智能电器和电动汽车）互联互通，以及我们集成这些用电负荷，创造不影响个体用能又具备高价值能源服务能力的提升，需求弹性将继续发展壮大，不但为用户节约用电成本，也为电网运营商节约基础设施建设开支。随着这些趋势的效果越来越突出，并与电网联系越来越紧密，我们可以预见到未来的电力系统不再需要为满足临时用电高峰而建造额外发电装机，而是通过供求两侧动态地互相响应，实现用户、电力公司、电网运营商和环境多方共赢的和谐局面。（作者Ginger Juhl是Enbala电力网络公司首席体验官，该公司是一家通过实时能源平衡和分布式控制系统促进分布式能源发展的前沿科技公司。）