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能源管理系統(tǒng)對電力市場影響
現(xiàn)有能源管理系統(tǒng)(EMS)允許建筑運營商接入并監(jiān)測傳感器數(shù)據(jù)、修改空氣處理機組的操作(設(shè)定點)條件，恒溫器、冷水機組、冰蓄冷等設(shè)備要結(jié)合外部的天氣和價格條件進行變化，保證以最少的能源成本滿足使用者整天的舒適度。下面是小編為大家分享能源管理系統(tǒng)對電力市場影響，歡迎大家閱讀瀏覽。
1.動機和需求
碳排放、可靠性、供應(yīng)能力、基礎(chǔ)設(shè)施升級問題推動電力市場的現(xiàn)代化。迫使市場上大規(guī)模采用可再生能源，并采用必要的調(diào)節(jié)功能—智能電網(wǎng)定價、需求響應(yīng)、分布式存儲和分布式發(fā)電設(shè)備。翼虎能源先進的能源管理系統(tǒng)中包含電力需求響應(yīng)功能，快速響應(yīng)市場電價變動、響應(yīng)政府調(diào)峰活動并獲得補貼，對于商業(yè)建筑等大型公共建筑十分有利。暖通空調(diào)系統(tǒng)的用電量占整個建筑能源需求的30-40%，暖通空調(diào)優(yōu)化是能源管理平臺中的關(guān)鍵能力，同樣也是我們最為擅長的部分。
現(xiàn)有能源管理系統(tǒng)(EMS)允許建筑運營商接入并監(jiān)測傳感器數(shù)據(jù)、修改空氣處理機組的操作(設(shè)定點)條件，恒溫器、冷水機組、冰蓄冷等設(shè)備要結(jié)合外部的天氣和價格條件進行變化，保證以最少的能源成本滿足使用者整天的舒適度。目前EMS系統(tǒng)配備基本的優(yōu)化功能—利用預(yù)冷和預(yù)熱控制盡量減少能源使用。但管理員仍需要在做出大量建筑經(jīng)濟決策的同時監(jiān)測設(shè)備是否正確運作。然而天氣因素和市場條件的高頻、不定期變化，很大程度上局限了管理者的決策能力。
當前EMS系統(tǒng)的一個限制因素是自身反應(yīng)能力。換句話說，他們?nèi)狈Ρ匾臋C制去準確地量化并預(yù)測天氣、入住率、建筑設(shè)計和建筑動態(tài)響應(yīng)的市場價格、能源需求和成本、舒適條件所帶來的影響。缺乏對電力市場系統(tǒng)性了解，限制其參與電力需求響應(yīng)計劃。例如遇到極端意外事件時，建筑受到電力市場實時高波動價格影響，卻低估了在計量、自動化和儲存技術(shù)上的投資。因此缺乏對電力市場的認知，會間接導(dǎo)致儲存資產(chǎn)的貶值。
主動型能源管理系統(tǒng)進一步提升了樓宇自動化水平。這些系統(tǒng)使用的預(yù)測模型能夠自動優(yōu)化建筑點位，在外部條件不斷變化時保證能源收入最大化并維持舒適條件。預(yù)測模型協(xié)調(diào)建筑熱動力與天氣、入住率和價格動態(tài)變化之間的關(guān)系并據(jù)此預(yù)測、量化能源需求。預(yù)測模型利用可用的傳感器數(shù)據(jù)和基本的建筑技術(shù)信息，并依靠統(tǒng)計學(xué)和機器學(xué)習(xí)技術(shù)進行建立。這種方式保證了高模塊化、低技術(shù)成本和快速的部署時間。
2.積極主動能源管理
一個典型的電力暖通空調(diào)系統(tǒng)。周圍的空氣在當前溫度和濕度條件下進入空氣處理機組(AHU)。(實際情況比圖1所示更復(fù)雜，使用冷水機組和冰儲蓄向AHU提供制冷量)。加濕/除濕調(diào)節(jié)濕度后，通過冷卻混合物來除去空氣中的多余熱量。將混合物進一步冷卻移除熱量，來實現(xiàn)預(yù)定的冷負荷。當溫度和空氣流量達到適宜比例時，也能獲得相同的冷負荷。大型空調(diào)機組通過空氣阻尼器將新鮮空氣輸送到各個獨立的區(qū)域，每個獨立區(qū)域的封閉回路中的阻尼器和恒溫器協(xié)同工作，檢測其內(nèi)部的溫度變化。影響內(nèi)部條件變化的因素包括：占用率、設(shè)備、外部太陽能輻射和風(fēng)對流產(chǎn)生的熱負荷。各個區(qū)域的空氣不斷循環(huán)再返回到AHU，最終排放到大環(huán)境中形成閉環(huán)。這樣即可依靠環(huán)境條件、環(huán)境優(yōu)化組合和空氣循環(huán)節(jié)省能源。
主動能源管理系統(tǒng)使用天氣預(yù)報和建筑區(qū)域預(yù)測動態(tài)模型，預(yù)測并挖掘天氣和內(nèi)部變化趨勢以盡量減少AHU的制冷負荷。如果建筑自身的動力/熱力環(huán)境優(yōu)良(例如建筑自身通風(fēng)、光照條件良好)，我們就能更好的平衡節(jié)能量與需求之間的關(guān)系，進行優(yōu)化配置而不影響用戶舒適度。在圖3顯示的是以AHU操作為基礎(chǔ)來優(yōu)化電力配置。我們發(fā)現(xiàn)確保舒適度的條件下，可以在波谷/峰值時期實現(xiàn)20–30%的電力節(jié)約。用能峰值期間，以最佳方式利用建筑動能降低能耗量并減少用戶不滿。
兩項關(guān)鍵的技術(shù)進步使主動能源管理系統(tǒng)的發(fā)展成為可能。第一個是可用性統(tǒng)計學(xué)和機器學(xué)習(xí)技術(shù)，利用可用性傳感器數(shù)據(jù)和最少的建筑技術(shù)信息建立低成本、自適應(yīng)建筑模型。第二項是準確的預(yù)測能力——數(shù)值天氣預(yù)報(NWP)。準確的天氣預(yù)報密切影響著電網(wǎng)和建筑運行其中的經(jīng)濟利益。
3.電力市場
由于預(yù)測風(fēng)險困難、操作的高可變性和效率低下(例如設(shè)備)，電力市場的實時價格的經(jīng)濟利益大打折扣，而且目前需求響應(yīng)項目只偶爾運行，因此積極主動的能源管理系統(tǒng)可以發(fā)揮更大作用，它通過ISOs(通信軟件系統(tǒng))確保建筑積極參與其他幾個市場。由此獲得的經(jīng)濟效益還可以應(yīng)用在能源管理技術(shù)投資上。
日前需求和儲備市場:建筑可以在一天的不同時間內(nèi)提交價格需求并保存投標價。能源存儲、需求轉(zhuǎn)移和暖通空調(diào)系統(tǒng)的切負荷能力(事故情況下，為維持電力系統(tǒng)的功率平衡和穩(wěn)定性，將部分負荷從電網(wǎng)上斷開)會影響投標價格。通信軟件系統(tǒng)使用來自發(fā)電機和消費者的投標價搜尋市場價格，并為消費者包括建筑物設(shè)置日前價格和需求計劃。此類形式廣泛用于鋼鐵、半導(dǎo)體、和水泥廠等大工業(yè)用戶。在日前需求市場中，其市場價格往往低且穩(wěn)定，因為它包括從低成本批量設(shè)備中得到的發(fā)電量如煤發(fā)電和原子核發(fā)電。能源管理系統(tǒng)可以利用天氣預(yù)報和投標價預(yù)測模型預(yù)測能源需求。并且在冰蓄冷形式或切負荷能力需求下分配一定量的儲能能源。長遠來看建筑物可以鎖定協(xié)議價格減少實時價格波動帶來的影響。此外建筑物可以更好地利用快速暖通空調(diào)斜坡容量以及照明設(shè)備去跟蹤日前清除的需求配置文件。用戶還可以利用需求投標價優(yōu)化日前消費安排，進一步削減成本增加收入。
實時市場:建筑物可以提交需求響應(yīng)投標價格，通信軟件系統(tǒng)每隔3到5分鐘進行一次安排調(diào)度。電力市場會平衡來自日前預(yù)測和管理突發(fā)事件兩種需求之間的實時偏差。其中冰蓄冷設(shè)備和快速暖通空調(diào)切負荷能力(即斜坡容量)是非常寶貴的資產(chǎn)。一旦能源價格上漲，用戶可以通過根據(jù)前一天的預(yù)測用量，優(yōu)化第二天的用電計劃，從而將潛在收益最大化。
輔助服務(wù)市場:建筑物可以分配存儲和切負荷能力向通信軟件系統(tǒng)提供調(diào)節(jié)服務(wù)，由此服務(wù)獲得的收入可以抵消能耗成本支出。
利用一些操作任務(wù)和市場類型建立額外的資產(chǎn)，潛在的收入極大的鼓勵了業(yè)主進行主動投資。此外，預(yù)測能源管理系統(tǒng)可以幫助建筑物減少高波動實時價格帶來的影響，激化在能源效率、自動化和存儲技術(shù)上的投資。建筑有能力提供配套的市場服務(wù)，也有助于整合間歇性可再生資源，系統(tǒng)管理員也可依賴穩(wěn)定的電網(wǎng)頻率提升資產(chǎn)使用率。
由于預(yù)測風(fēng)險困難、操作的高可變性和效率低下(例如設(shè)備)，電力市場的實時價格的經(jīng)濟利益大打折扣，而且目前需求響應(yīng)項目只偶爾運行，因此積極主動的能源管理系統(tǒng)可以發(fā)揮更大作用，它通過ISOs(通信軟件系統(tǒng))確保建筑積極參與其他幾個市場。由此獲得的經(jīng)濟效益還可以應(yīng)用在能源管理技術(shù)投資上。
輔助服務(wù)市場:建筑物可以分配存儲和切負荷能力向通信軟件系統(tǒng)提供調(diào)節(jié)服務(wù)，由此服務(wù)獲得的收入可以抵消能耗成本支出。
利用一些操作任務(wù)和市場類型建立額外的資產(chǎn)，潛在的收入極大的鼓勵了業(yè)主進行主動投資。此外，預(yù)測能源管理系統(tǒng)可以幫助建筑物減少高波動實時價格帶來的影響，激化在能源效率、自動化和存儲技術(shù)上的投資。建筑有能力提供配套的市場服務(wù)，也有助于整合間歇性可再生資源，系統(tǒng)管理員也可依賴穩(wěn)定的電網(wǎng)頻率提升資產(chǎn)使用率。
4.研究需求
我們對幾個研究方向進行了探索，以加快主動能源管理系統(tǒng)的廣泛部署并量化在市場和業(yè)務(wù)上的影響力。
為建筑系統(tǒng)開發(fā)競價策略。開發(fā)優(yōu)化公式去量化不同的建筑資產(chǎn)，以最有效的方式提供儲備和配套服務(wù)的能力。
評估電力市場效益。區(qū)域化的研究需要分析建筑需求的彈性變化、儲備對市場的影響和可再生一體化這三個方面。例如它必須量化排放、區(qū)域邊際電價、輔助服務(wù)價格并減少傳動裝置和發(fā)電投資。
為建筑物重新評估適合的電力市場。市場的宗旨不是以物質(zhì)的方法激勵先進自動化技術(shù)的部署。例如，當前的智能電網(wǎng)在需求響應(yīng)項目中的幾次用電調(diào)度，可能沒有向樓宇業(yè)主提供足夠的資助。在某些情況下，能源管理系統(tǒng)甚至可以幫助建筑物在電力市場中更快地做出反應(yīng)進而節(jié)約能耗成本。
多功能建筑能源管理。分布式能源管理算法可以協(xié)調(diào)多個大型建筑場所，例如商場、大學(xué)和企業(yè)園區(qū)�，F(xiàn)場協(xié)調(diào)也需要更有效地參與到市場中來，協(xié)調(diào)生成水和蒸汽的核心機組，盡量減少能量損失。我們會進一步減輕已知風(fēng)險，找到抑制建筑資源利用率的技術(shù)瓶頸。
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