上海2015年8月24日電 /美通社/ -- 伴隨著中國高速的工業(yè)化和城市化的進程，不僅大氣和環(huán)境污染的態(tài)勢日益嚴峻，也反復出現(xiàn)高峰電力短缺問題。今年上半年，國家發(fā)改委與財政部聯(lián)合發(fā)布《關于完善電力應急機制做好電力需求側管理城市綜合試點工作的通知》，智能電網(wǎng)自動需求響應技術正在得到越來越多的重視。為此，霍尼韋爾建筑智能系統(tǒng)部中國總經(jīng)理楊捷日前在《能源》雜志撰文指出：廉價、清潔的能源方案其實是節(jié)約。以往中國的能源產(chǎn)業(yè)的重心都在能源的生產(chǎn)供應，未來則應該學習如何更好地管理需求。此文為霍尼韋爾“暢享深呼吸”洞察系列之一，文章全文如下：
在中國，每發(fā)一度電大約需要300-400克煤炭，排放870克左右二氧化碳。即使采用像太陽能這樣的清潔能源，每度電也將排放13-19克二氧化碳，這些都是產(chǎn)生溫室效應的來源。在人類不斷尋找新型清潔能源的同時，另一個高效清潔的能源卻一直被忽視，那就是被稱為“負瓦特”(Negawatt)的“第五大能源”。在保持經(jīng)濟發(fā)展增速的前提下，通過節(jié)電手段節(jié)省的用電量相當于少建造幾十座發(fā)電廠。其中對電力需求側進行智能化管理的自動需求響應技術 (ADR，Automated Demand Response) 則堪稱 “負瓦特” 的制造工廠。
“負瓦特”這一概念早在1989年由洛基山環(huán)境研究所(Rocky Mountain Institute)環(huán)境學家和能效專家艾莫里·洛溫斯(Amory Lovins)提出。其核心思想是，在自然資源有限的情況下，采取節(jié)能措施而節(jié)約下的一瓦電力可以另作他用，這是最為廉價、清潔的能源方案。
聯(lián)合國2010年《可持續(xù)發(fā)展能源前景》報告指出，節(jié)能增效比減排溫室氣體較低廉方案的成本還要低2/3，這使得“負瓦特”的概念成為現(xiàn)今制定全球能源計劃和政策的核心。
負瓦特的技術支撐
作為二氧化碳較大的排放來源之一，電力的生產(chǎn)與供應，尤其是火電一直是空氣污染治理的重點。通常而言，用電量與經(jīng)濟增長保持同步，這也意味著經(jīng)濟發(fā)展勢必有空氣污染相伴隨。但是據(jù)《經(jīng)濟學人》雜志報道，2014年工業(yè)化國家的用電量比2013年減少0.9%，甚至比2007年的用電量還微有下降，但是經(jīng)濟卻增長了6.3%。
這一成就在很大程度上歸功于對電力需求側的管理，一方面政府通過價格來引導用戶用電，另一方面則大力實施節(jié)能減排技術，比如在建筑物中采用更為先進的制冷/制熱系統(tǒng)、普及LED燈等等。但是單純的價格控制和產(chǎn)品技術的創(chuàng)新還不足以達到高效用電的目標。
以往由于用戶端分布廣泛且用電不均，隨機性強，管理難度大，造成供電量與用電量常常不匹配，用電高峰集中時電力供應嚴重不足，而低谷時卻浪費嚴重。隨著物聯(lián)與互聯(lián)技術的成熟，人們發(fā)現(xiàn)終端用戶的行為在智能網(wǎng)絡的管理下可以變得規(guī)范有序，一旦優(yōu)化，甚至可以創(chuàng)造出比產(chǎn)品節(jié)能更多的“負瓦特”。
2001年，美國電力科學研究院 (EPRI) 提出智能電網(wǎng)項目研究，借助于物聯(lián)與互聯(lián)技術，架設一張從能源開發(fā)到終端用戶管理的數(shù)字化信息網(wǎng)絡。有了這張智能網(wǎng)絡，人們能夠?qū)崿F(xiàn)供電側與需求側的電力協(xié)同，實現(xiàn)電網(wǎng)與用戶電力流、信息流、業(yè)務流的實時互動，并且通過智能化的互動管理，調(diào)動用戶參與優(yōu)化需求側的電力使用，平滑波峰與峰谷的電力需求，減少不必要的電廠建設。這一技術稱為自動需求響應技術 (ADR)。
據(jù)中國電力科學院預測，一旦大規(guī)模應用ADR技術，中國可以顯著減少供電不足情況的發(fā)生，并每年節(jié)省1%-1.2%的用電量，到2020年之前能夠節(jié)省相當于40座100萬千瓦電廠的發(fā)電量，相當于一年減少1.3億噸標準煤消耗（一座100萬千瓦電廠基本相當于一個大型核反應堆）。“負瓦特”實際創(chuàng)造出眾多的“虛擬電廠”，在應對環(huán)境污染、節(jié)能減排上有著巨大的前景。
為此，繼2006年歐盟推出《歐盟智能電網(wǎng)技術框架》、2009年美國政府將智能電網(wǎng)提高至國家戰(zhàn)略層面之后，中國也于2009年提出建設“堅強智能電網(wǎng)”，并且于2011年在天津泰達工業(yè)園區(qū)展開電力需求側管理項目試點工作。在泰達項目取得成功后，又逐漸在北京、蘇州、唐山、佛山市開展電力需求側管理城市綜合試點，在上海市開展需求側響應試點工作。2015年，發(fā)改委和財政部聯(lián)合發(fā)布《關于完善電力應急機制做好電力需求側管理城市綜合試點工作的通知》，要求各有關單位要在前期試點工作的基礎上，進一步突出特色，建立長效機制，更好發(fā)揮試點的引領示范作用。
自動需求響應(ADR)的運行原理
如果說智能電網(wǎng)如同人的神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)，那么供應側管理和需求側管理好比這張網(wǎng)絡系統(tǒng)的壓力調(diào)節(jié)開關，通過分布在各個神經(jīng)節(jié)點上的傳感器預見用電的波峰波谷，給出優(yōu)化運營的建議，還可以進行快速故障隔離、避免大面積停電的發(fā)生。又由于這張神經(jīng)網(wǎng)絡具有交互性，用戶可以從智能電表或是手機軟件中獲知整個城市的用電情況，自行根據(jù)不同時段的電力定價規(guī)劃用電，主動參與到電力需求的調(diào)節(jié)中來。
但是，電力需求側響應管理并非只是用戶一方的事，需要通過電網(wǎng)企業(yè)、能源服務企業(yè)、電力用戶等幾方協(xié)力才能完成。
對用戶而言，它可以降低電力消耗，降低企業(yè)營運成本，提高產(chǎn)品競爭力；對政府而言，可以合理配置電力資源，促進經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展；對電網(wǎng)公司而言，可以減少高峰時段電力負荷對電網(wǎng)的壓力，保證電網(wǎng)安全，減少和延緩電網(wǎng)建設的投資；對社會而言，可以減少能源消耗與污染物排放。其最終目標是在滿足同樣用電功能的同時減少電力消耗和電力需求。
技術優(yōu)勢
ADR 技術具有兩個鮮明的技術優(yōu)勢，一是敏捷性。首先，ADR 將電網(wǎng)公司高峰的反應時間從分鐘級降為秒級。以往電網(wǎng)公司需要通過人工的方式提前一天或幾天通知企業(yè)斷電，但到斷電日時，往往電網(wǎng)的實際負荷與預測有偏差。
其次，可以隨時調(diào)整參與需求側響應的用戶數(shù)量。隨著智能電表以及用電信息采集系統(tǒng)的大量普及，電網(wǎng)公司能夠?qū)崟r監(jiān)視用戶的負荷信息，隨時調(diào)整需求側響應策略，比如增加或減少參與需求側響應的用戶。
三是用戶可自行定制節(jié)能預案。電網(wǎng)公司和用戶之間的雙向信息通信系統(tǒng)提高了需求側響應的執(zhí)行效率，減少估算誤差，用戶也可快速可靠地在高峰段減少用電量。
第二個優(yōu)勢是利于管理和運行分布式發(fā)電。試想，在未來的城市中，人們使用的電源不僅有火電，還有風電、太陽能電。與火電、核電的穩(wěn)定性相比，風電和太陽能電源的隨機性和波動性巨大，屬于“靠天吃飯”的能源。但是 ADR 提供了一種低成本的平衡大規(guī)模間歇性可再生能源的技術，可以將每家每戶家用太陽能設備中多出的電源，作為備用發(fā)電資源參與到電網(wǎng)的交易市場中。這些不同來源的清潔能源可以自行定價，用戶端也可根據(jù)能源的來源和定價做出合理的用電選擇。
中國實踐
據(jù)美國能源信息局預計，到2040年，中國的能源使用量將達到美國的兩倍，但是單位GDP能耗卻相當于世界平均水平的2.5倍。
中國經(jīng)濟發(fā)展對電網(wǎng)的負荷也帶來巨大的挑戰(zhàn)。電力峰谷差逐年加大，平均在30%左右，部分地區(qū)達到40%。峰谷差的增大造成高峰時電力短缺，而低谷時電力設施能力過剩，單靠建電廠、建輸配電網(wǎng)絡的方法已經(jīng)無法持續(xù)。2008年，中國政府著手對電力需求側管理進行政策指導，通過高效、先進的電網(wǎng)系統(tǒng)的主動管理來緩解電荒的挑戰(zhàn)。
2011年，國家電網(wǎng)電力科學委托樓宇自控行業(yè)的領導者霍尼韋爾公司在天津泰達經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)針對部分建筑實施 ADR 技術。這是中國首個圍繞建筑用電需求側管理而開展的智能電網(wǎng)示范項目及可行性研究，意在讓需求側和供應側進行無縫對接，優(yōu)化電網(wǎng)運行成本。除了自動需求響應的功能，ADR 也可以搭配能源效率系統(tǒng)。雖然能效和需求響應計劃的目標略有不同（分別為減少總消耗量與減少用電高峰負荷），但是，如果將兩者相結合，往往能產(chǎn)生更好的效果。管理者可以通過智能手機、平板電腦或是主控室的屏幕實時看到用電狀況，一目了然?；裟犴f爾的 ADR 技術目前已經(jīng)在歐美成功應用，全球數(shù)據(jù)中心也積累豐富的運營數(shù)據(jù)，建立了不同場景下的解決方案，數(shù)據(jù)的豐富度及相應的預案對于保障智能電網(wǎng)的有效運營將起到關鍵作用。
天津泰達試點的成果也顯而易見，試點工業(yè)場地的電力負荷隨著生產(chǎn)計劃的變化而相應減少，整個生產(chǎn)周期內(nèi)負荷減少了7.7%。未進行滿負荷生產(chǎn)時，該場地的需求側響應能力提高30%以上。兩座商業(yè)樓宇提供了更加穩(wěn)定和一致的負荷卸載響應，卸載負荷15%至20%。
由于試點的成果超出了各方預期，人們看到中國已經(jīng)具備了推廣和使用 ADR 這一技術的條件。有了智能監(jiān)控系統(tǒng)、云計算、需求側響應軟件和交互式控制等技術，可以做到降低營運成本、減少空氣污染，企業(yè)亦可以針對設施量身定制節(jié)能策略，以便在公用事業(yè)單位需要時自動采取節(jié)能措施。
目前，北京、蘇州、唐山、佛山等都成為了試點城市，上海也正式啟動了30座樓宇的試點項目，這些嘗試將為中國2020年全面建成強大的智能電網(wǎng)打下了良好的基礎。
（注： 本文為霍尼韋爾“暢想深呼吸”系列洞察文章之一，原文刊登于2015年8月《能源》雜志，原標題為《負瓦特：被忽視的“第五大能源”》，本文有刪節(jié)。如需閱讀原文，請訪問：http://www.inengyuan.com/2015/news_0814/892.html
霍尼韋爾“暢享深呼吸”系列洞察：
沈達理：源頭治霾 科技蓄勢待發(fā) （新華社）
盛偉立：不必談“霾”色變，更不應習以為常 （經(jīng)濟日報）
