美国太阳能、电池和电动汽车崛起，开放式自动需求响应功不可没

作者 | Aric Saunders

翻译 | Selina Shi

出品 | Energy Storage & PV-Tech

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来自美国加州户用和小型企业电池储能系统供应商Electriq Power的Aric Saunders表示，随着越来越多的分布式能源并网，在全球各地，平衡供电系统都不是一项简单的任务。

为了保持电网稳定，只要电网运营商需要减少需求，OpenADR就可以启动。

过去20年，电网运行发生了很大变化。早在20世纪90年代，作为区域输电资产的协调方，独立系统运营商(ISO)完全控制了美国大部分地区的电网发电，而到了2020年的今天，独立客户和市场参与方可以随时随地自由发电，这带来了巨大的不确定性。系统运营商现在必须学会处理这些问题。

这一领域最重要的参与方之一是太阳能。过去20年，美国各地广泛使用的太阳能光伏系统对电网运行产生了一种特殊的影响，即所谓的"鸭子曲线"。

"鸭子曲线"的最早记录出现在加州，这是一种只有在广泛采用太阳能发电的电网中才会出现的现象。由于太阳能光伏系统发电不受能源需求的影响，多余的电力会被送回电网，由电力公司用于服务其他电力需求。

然而，大量的太阳能发电输送到电网会造成过度发电，电网运营商必须平衡过度发电。同样，太阳能发电量在下午5点以后开始迅速减少，这意味着为了满足电力需求，大量发电必须迅速被传统的、可控的电厂发电所替代。这一过程会产生额外成本。

太阳能是电网中最重要的因素，尤其是在加州。虽然如此，风力发电也在美国各地获得了广泛使用。风速是不可预测的，一年四季，风力会随着时间不断变化。因此，风力发电同样存在着很高的不确定性。这些情况往往比太阳能更难以预测。

预计未来十年，电网中电动汽车的电力需求将会迅速扩大。这种新的交通技术将改变我们从一地到另一地的出行方式，将化石燃料抛在身后并提高我们的电力需求。然而，与典型的电力需求不同，电动汽车的重要区别之处在于移动性。

位于具体地点的大多数负荷的电力需求模式每个季节都是类似的，但电动汽车消耗的大量电力可以根据消费者的需求而大幅变化。电动汽车也不一定依赖单一来源电力。与固定安装在一个地点的大型空调不同，电动汽车可以在家里、在整个城市或整个国家的电动汽车站充电。

如果将这种分布外推到一个州的更高层面，那么基本来说，根据电动车用户的意志，大量电力需求会不规则地从一边转移到另一边。随着社会大规模转向使用电动汽车，电网运营商面临的问题是如何准确预测、或大致预测不同节点（消费点）的电网能源和电力需求。

对OpenADR的需求，它是什么、是如何工作的

这种朝着更可持续方向发展的过程需要更为灵活的未来电力设施。就像新建筑物被设计为可以根据风或地震的力度移动一样，电力公司必须不再使用僵化的、毫米级的预测模型，而是使用适应性强的、可靠的系统。

预见到电力系统需要一种新运行模式的技术开发人员已经开始实践智能电网的概念。这些电网与一个通信系统集成，电力公司可以直接与用户设施中的设备通信，根据电网运行需求自动调整用电。这种新的通信协议被称为OpenADR或Open Automated Demand Response（意为开放式自动需求响应）。

电网的运行是多变的。如果想要稳定运行，需求、发电量和电能损耗就必须保持平衡。这意味着所有产生的能量都必须被消耗掉。由于在不久的将来，人们将极难预测负荷，所以多个组织和公用事业公司发起了OpenADR计划，旨在开发一个可令公用事业公司加强对电网电流的控制，同时保持消费者的灵活性和自由度的系统。

大体来说，每当电网运营商需要减少需求以保持系统稳定时，OpenADR系统就会通过需求响应自动化服务器（DRAS）自动发出需求响应事件通知信号。这一信号会与本地安装的OpenADR设备或整个电网选定负载能源管理系统进行通信，强制或鼓励工业、商业乃至住宅减少负荷消耗。减少负荷的具体参数取决于事先商定的限制额定值，这一限制额定值还指明了全天的时段。

另一种情况是电网需要增加需求以保持系统稳定并平衡每天过剩的太阳能发电量。同样，DRAS将向OpenADR设备发送通知，在特定时段内激活或增加特定负荷。由投资人所有的加州公用事业公司——太平洋天然气和电力公司的超额供应DR试点计划就是一例。

加州或是全球OpenADR技术最先进的地区。多家公用事业公司，如太平洋天然气和电力公司、南加州爱迪生公司、圣地亚哥天然气和电力公司以及萨克拉门托市政公用事业项目区都已经有了ADR项目。

臭名昭著的 "鸭子曲线"

需求响应的不同类型方案

提供这一系统的公用事业公司实施了不同的需求响应计划，包括：

临界峰值定价(CPP)

CPP电价方案的费率结构旨在鼓励当电力趸售市场价格高涨时（例如夏季），或在电网突发可靠性事件时减少消费。当电网需求或价格攀升时，在有限的数天或数小时内，执行预先规定的、相当高的电费。这一费率的目的是鼓励客户将消费转移到非高峰期以避免更高的电费。然后，客户会收到账单积分。根据不同的公用事业公司，客户在一年中最多可以收到12个CPP事件通知。

装机容量投标计划(CBP)

CBP是OpenADR项目的另一个范例。客户每月向公用事业公司提交方案（即标书）。根据方案，客户同意在出现这些事件时降低能耗以获得补偿。取决于客户在CBP事件中发生的实际能耗，不同的公用事业公司支付的费用不同。这一计划的最大优点是可令客户根据自己的喜好自由选择每个月的降耗期。在事件发生的前一天或当天，客户仍会收到通知。

实时定价(RTP)或温控器程序

根据这种方案，客户授权公用事业公司在环境温度较高时，远程控制客户的电气设备，特别是空调系统。这一计划的目的是在高能耗期（夏季）降低空调系统的电力需求。这种程序会在短时间内通知客户。通常，享受实时定价(RTP)费率的客户只会在短时间内得到通知。

户用电动汽车充电DR计划

在当地电网面临压力时，这一计划会增加电动汽车的充电成本，从而将客户充电时间转移到非高峰时段。OpenADR应用可以延迟电动汽车的充电时间，让转移消费的客户通过较低的费率省钱并获得降低负荷的补偿。

OpenADR还可以通过向OpendADR设备或系统发送信号，根据电网情况或定价方案自动优化充电站。

OpenADR和电池储能

利用OpenADR程序的最佳办法之一是通过利用电池储能系统。这些设备可以实现与电力公司的通信，后者可以向电池管理系统发送信号，根据电力系统的需要储存电网发电（当有多余电力时）或向电网供电（当需要更多电力时）。智能逆变器也可以集成到程序中，当电网中有多余太阳能电力时，可以限制太阳能发电输入。这些解决方案允许业主通过OpenADR计划为加州智能电网的未来做好准备。

责任编辑：肖蓓

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