1、負荷控制（DSM）的意義、對象和措施 （1）中國國家電力公司DSM宣傳冊指出：雖然中國發(fā)電裝機容量巳超過300GW，但隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，中國電力供應(yīng)缺口達140GW，電網(wǎng)運行效能低下，15個?。ㄊ校╇娏?yīng)緊張。由于用電行業(yè)結(jié)構(gòu)、地域、季節(jié)變化及經(jīng)濟發(fā)展水平的不同，用電負荷在時間上的不均衡產(chǎn)生了高峰與低谷負荷，峰谷差愈大，電剛運行愈不經(jīng)濟。以上海為例，2006年夏天最高負荷峰谷差選40％，6GW之巨!為滿足高峰用電，電力供應(yīng)必須有足夠保證，否則由于供小于求，勢必拉閘限電。但用電高峰時段一過，則供大于求，造成發(fā)電設(shè)備壓機運行或停機。因此，電網(wǎng)的大峰谷差運行，一方面浪費電力投資并增加發(fā)供電成本，廣大用電大戶企業(yè)每年須支付大量的峰值（需量）電費，另一方面發(fā)電機組頻繁起停或壓機運行造成資源浪費，并威脅電網(wǎng)的安全運行。 （2）既然峰谷差是造成供電效率低下和電力緊張的主要因素．因此治理峰谷差是主要目標(biāo)。就一個城市而言，其主要用電大戶企業(yè)嚴(yán)重不均勻負荷，是造成這一問題的關(guān)鍵所在。這些用電大戶企業(yè)中，鋼廠亦是主要對象，此外，大型鑄造廠、玻璃廠、合金廠、冶煉廠、電解鋁、石化以及商場、大樓、賓館中具有較大峰谷差的，均是治理對象。據(jù)初步測算，中國主要終端用電設(shè)備可避峰容量達30GW以上，按照國外的成功經(jīng)驗，可避免系統(tǒng)峰荷容量10 GW以上，潛力巨大，同時又是投資少、周期短、見效快，滿足負荷增長的需要！ （3）雖然均衡負荷具有管理、經(jīng)濟、引導(dǎo)及技術(shù)多種措施，其技術(shù)手段是目前運用最少，雖有效、最可靠、最自覺的方法!主要是實現(xiàn)對基本用電大戶企業(yè)的錯峰填谷均衡負荷。德國法蘭克蓋姆普能源控制（無錫）有限公司自2000年以來，會同無錫市節(jié)約能源監(jiān)測站，與國內(nèi)一些用電大戶企業(yè)合作，取得了較好的效果，其中江蘇錫鋼負荷控制（DSM）項目獲得了江蘇省DSM項目獎勵。 2、用電大戶企業(yè)實施負荷控制（DSM）的設(shè)計原理及手段 （1）高的功率峰值的產(chǎn)生經(jīng)常是由于偶然間同時運行許多用電設(shè)備。負荷控制避免每個測量周期中的功率使用超過預(yù)先給定的額定值。據(jù)此，可以對負荷進行均衡調(diào)節(jié)，降低最大負荷功率，并降低基本電費。負荷控制系統(tǒng)的核心部分足一個專門的、智能的程序計算機。它可以預(yù)測在將要出現(xiàn)負荷高峰危險時，自動斷開適合的用電設(shè)備或者將其轉(zhuǎn)換到較低的功率等級。作為輸入和輸出的儀器，是一臺專用電腦。在根據(jù)測試的功率計算時，根據(jù)經(jīng)驗可以降低最大負荷功率（及基本電費）約15％．甚至可以降低20％以上。 （2）負荷控制的目的在于，避免形成過高功率峰值的偶然性。根據(jù)這個目的，使負荷比較平衡并由此而降低功率消耗。為此，需臨測功率的變化并進行負荷控制。因為決定性的功率是在0.25 h周期中形成的平均值，所以不需要限制即時功率。 （3）一個有真正意義的負荷控制是既降低最大負荷功率，義可節(jié)約基本電費。在國外，所有用戶都是按向供電局申報用電功率支付基本電費，因此每個企業(yè)都重視不斷降低最大需量功率，這樣他們電網(wǎng)負荷相對均衡。但日前在中國，電力計費方式遠未與國際接軌，只有在采用向供電局申報用電功率及按最大需量功率計費的用戶中可良好實施，雖然許多按基本容量計費的用戶也可以降低其峰值功率，對緩解缺電作出貢獻。但由于失去了節(jié)約基本電費的動力，顯然積極性不高。 （4）負荷控制是通過適當(dāng)?shù)拇胧?，防止每個周期中的用電超過預(yù)先給出的額定值。一般可通過以下手段實現(xiàn)： 1）在預(yù)測到可能超限前降低用電設(shè)備的功率。 2）在預(yù)測到可能超限前斷開用電設(shè)備。 3）在預(yù)測到可能超限時不再接入用電設(shè)備（延時起動）。 4）在預(yù)測到可能超限時使用自己的發(fā)電設(shè)備，從而限制公共供電功率超限。 通常先將用電設(shè)備轉(zhuǎn)換到較小功率或暫時斷開，以便降低用電量。特別適合的用電設(shè)備是：長時間開動的但可以短暫地轉(zhuǎn)換到較小功率或可以暫時斷開并重新起動的用電設(shè)各，并不影響企業(yè)的正常運行（例如電爐、鼓風(fēng)機、充氣機和碾磨機等）．根據(jù)經(jīng)驗，在每個大企業(yè)都有適合于負荷控制的用電設(shè)備。采用降低功率峰值的自各發(fā)電裝置，首先是指應(yīng)急的供電裝置。它通常必須與電路并聯(lián)，但也可以在一個發(fā)電裝置存在時，先采用轉(zhuǎn)換到較小功率或暫時斷開的方法。 [ALIGN=CENTER] 圖1 經(jīng)過管理的實際需求功率有很大的降低可能[/ALIGN] （5）為了實現(xiàn)負荷控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，優(yōu)化控制計算機通常是脈沖式控制。需要總的脈沖和測試周期脈沖．在德國，總脈沖數(shù)通常由供電局從其電表提供，這樣可以避免重新裝設(shè)脈沖信號源帶來的誤差而影響調(diào)控精度。 （6）可降低功率及可斷開用電設(shè)備的操縱，是通過具有無電位的繼電器進行的。由于應(yīng)用傳統(tǒng)的電子技術(shù)．所以這種控制幾乎是不能被干擾的。為了滿足企業(yè)較高的保險要求，優(yōu)化計算機裝置了一個自我監(jiān)測器。在錯誤發(fā)生時，即會給出一個干擾報告。就連外部錯誤（例如供電局電表的總脈沖數(shù)錯誤）也能辨認并給出報告。 （7）負荷控制系統(tǒng)監(jiān)測著預(yù)先給定的最高功率，并且保證通過對合適的用電設(shè)各的斷，開處理能使這一最高值不被超過。因此核心問題是軟件的設(shè)計!這就是運用“趨勢計算”的趨勢分折軟件。可以實現(xiàn)以最少的調(diào)控次數(shù)，保證運行在限定功率以下，以不影響企業(yè)的生產(chǎn)運行。如圖2、圖3為計算每次調(diào)控處理時趨勢統(tǒng)計的變化原理，僅在時才發(fā)出調(diào)控指令。 [ALIGN=CENTER] 圖2 趨勢計算原理圖[/ALIGN] [ALIGN=CENTER] 圖 3 注：目中藍色曲線為實際運行功率，紅色直線為限制功率．綠色線為模擬的實際運行功率， 綠色在紅色直線之下，說明運行沒有超出限制功率，反之則超出限制功率。[/ALIGN] （8）負荷控制系統(tǒng)可通過監(jiān)控PC機直接輸入調(diào)控指令，也可以通過模擬撥號方法輸入調(diào)控指令，實現(xiàn)遠程或遠程集中控制，簡便經(jīng)濟。 3、錫鋼及準(zhǔn)鋼集團負荷控制（DSM）項目 江蘇錫鋼集團最大負荷74422 kW，年平均負荷54194kW，以最大需量方式支付基本電費，年電費近2億元，其用電費用總和達到企業(yè)總成本的12.8％，是城市的“電老虎”：但另一方面平均日負荷率只有43％，用電效率非常低下。 江蘇淮鋼鋼鐵集團公司的電力負荷在l00000 kW左右，其中煉鋼4601線在67000～68000 kW左右，動力4939線在35000kW左右。負荷控制潛力極大。 3.1 項目概況 3.1.1 錫鋼 1）該廠擁有二條供電線路，其中110 kV楊鋼線容量7l.5 MVA，主要為煉鋼負荷，是產(chǎn)生電力峰值的土要來源，因此選為項目的受控線路。 2）楊鋼線有30t電弧爐2臺（6號，7號爐），總功率50000kVA，精煉爐3臺，總功率18500kVA。根據(jù)生產(chǎn)工藝狀況，選擇2臺電弧爐作為主要受控設(shè)備。 3）楊鋼線剩余負荷如精煉爐等作為下步細化控制對象。 （1）系統(tǒng)設(shè)計 1）采用德國法蘭克蓋姆普“趨勢分析”核心軟什，軟件設(shè)計的重要依據(jù)是工廠提供的大量州電負荷歷史資料，軟什可以預(yù)測到下一個時問間隔內(nèi)是否會出現(xiàn)峰值，如出現(xiàn)峰值，該峰值與當(dāng)前功率的平均值是否會超出己設(shè)定的限定功率，如果超出，則發(fā)出自動控制信號。軟件測量周期以每15 min為一個時間間隔，即每天96時段。 2）受控設(shè)備調(diào)控功率設(shè)計 根據(jù)電阻控制方式工藝情況，選擇6號、7號爐的額定功率用于調(diào)控，設(shè)計成4級分檔功率，每級800kW左右。根據(jù)客戶電爐控制板的參數(shù)，采用繼電器接入電阻方式而改變電爐控制電壓（電流），使得電極自動升降而調(diào)控功率。如圖4所示。 [ALIGN=CENTER] 圖 4[/ALIGN] 3）信號源采集 鑒于信號源必須是脈沖信號，因此在該廠自各測量柜低壓側(cè)加裝高精度脈沖式電度表作為信號源，表計脈沖量為l000IMP/H，精度0.2級。 4）主機位置及連接控制系統(tǒng)設(shè)計 主機設(shè)置在工廠110 kV主變電所內(nèi)，連接系統(tǒng)采用先進的總線結(jié)構(gòu)設(shè)計，布線從6號，7號電弧爐的控制板引至工廠中央變電所內(nèi)，接入能控主機；控制系統(tǒng)采用低壓繼電器系統(tǒng)，作為接受主機輸出信號并起動電弧爐電極自動升降控制板，調(diào)控其各檔控制級。 5）限度功率（節(jié)約比例）的設(shè)定 主要考慮T廠的歷史平均峰值功率及在生產(chǎn)不受影響的前提下設(shè)定一般在5％～30％，該工廠實施前需量平均值在50 000kW左右，該項目設(shè)定在10％左右，即下降5 000 kW左右。 （2）系統(tǒng)示意圖（如圖5所示） 1）圖中遠程監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)在總部，通過簡便的撥號上網(wǎng)方式，可以24 h不問斷地為用戶實施監(jiān)控服務(wù)。 2）圖中擴展設(shè)備可由工廠不斷細化接入，例如精煉爐、電力負荷等，通過細化叫發(fā)掘最大的效能。 3）運行原理 1）當(dāng)系統(tǒng)軟件通過趨勢計算預(yù)測到將出現(xiàn)超限功率峰值的時候，系統(tǒng)發(fā)出自動控制信號，該信號首先啟動第一個受控電弧爐的第一檔受調(diào)功率，如果第一檔受調(diào)功率仍能抵消這個超限峰值功率，系統(tǒng)將啟動第二個受控電弧爐的第一檔受調(diào)功率，以此循環(huán)，從而可以在不影響生產(chǎn)的前提下，將最大需量功率控制在限度目標(biāo)以下。各受控電爐受控級啟動程序可以表示為： 電爐l/l檔—電爐2/1檔—電爐1/2檔—電爐2/2檔—電爐1/1檔 [ALIGN=CENTER] 圖 5[/ALIGN] 2）系統(tǒng)控制是全自動的，爐前生產(chǎn)工人叫不必考慮其控制情況，原生產(chǎn)程序與次序不受任何政變。 3）限度功率（節(jié)約比例）可根據(jù)工廠每月不同的生產(chǎn)情況予以調(diào)整，以達到最佳的技能。 3.1.2 淮鋼 淮鋼與錫鋼不同為：電弧爐為PLC控制，在錫鋼項目成功基礎(chǔ)上進行了較大的改進 （1）電弧為PLC控制，設(shè)計在其PLC分檔中直接選取，由能控裝置的開關(guān)信號直接控制（見原理圖1，分擋為額定功率的百萬比。此百分比分別為90％、85％、75％…… 提爐程序：采用循環(huán)分推方式，即所有受控設(shè)備分擔(dān)消化峰值率的方式，而不影響正常生產(chǎn)（正常生產(chǎn)感覺不到為最佳），如圖6、圖7所示。 [ALIGN=CENTER] 圖6 淮鋼電弧爐在受控時的功率變化 圖7 淮鋼電弧爐在受控時的每檔功率變化指示燈[/ALIGN] （2）特點 1）信號源的改進：從過去檢測電度信號，改為直接檢測電壓電流信號。①避免了計算誤差，提高了精度。②可直接在用戶計量柜取得信號，改變了只能從供電部門表計中取信號須征得同意而阻礙了一些項目的實施。 2）對淮鋼所有主要負荷（容量可達247個）均在同一系統(tǒng)中實施監(jiān)控：4939線動力，1313線1號發(fā)電機，1303線2號發(fā)電機，4601線受控?zé)掍摼€。 3）系統(tǒng)具有全部實時用電參數(shù)，可替代人工抄表。 ①系統(tǒng)具有電力成本管理功能。②可自動計量生成日，月，年電費。 4）可進一步實現(xiàn)對內(nèi)部不同生產(chǎn)單位的電費成本核算。 5）可進一步實現(xiàn)對內(nèi)部功率因數(shù)及諧波監(jiān)控，自動切入無功補償及濾波裝置，從而在降低用電峰值的同時提高用電效率及治理電網(wǎng)污染。 6）本項目是第一個由PLC控制的現(xiàn)代化煉鋼爐的成功范例，由于目前鋼廠基本為PLC控制的現(xiàn)代化煉鋼爐，故很有推廣指導(dǎo)意義。 3.2 實施效果 3.2.1 錫鋼 （1）空施前最大負荷為50 430 kW，實旌后最大負荷為45 408 kW，削減最大負荷5 022 kW，年節(jié)約金額162．7萬元（江蘇地區(qū)最大負荷計費為27元/kw） （2）實施前后工廠負荷曲線圖如圖8、圖9所示。 [ALIGN=CENTER] 圖 8 圖9[/ALIGN] （3）無錫節(jié)約能源監(jiān)測站于2003年4月對該項目進行全面測試，測試對比數(shù)據(jù)見附表示，最大需量控制系統(tǒng)投運前：平均需量為37 594 kW，平均鋼產(chǎn)量為24 524t，最大需量/產(chǎn)量單位平均為1.57，投運后： 在平均鋼產(chǎn)量上升到36083t（增加16％）的情況下，最大需量，產(chǎn)量單位平均值反而下降為1.2．下降24％，用電效率的提高效果十分明顯。 [ALIGN=CENTER]附 表 [/ALIGN] 該項目獲得2003年度江蘇省電力需求側(cè)DSM項目成果獎勵120萬元。 結(jié)論：①使用后雖然鋼產(chǎn)量較使用前增加了16％．但單位需量反而降了24％ ②使用前正常的最大負荷在50 430KW，使用后最大需量45408KW．節(jié)約量超過10％，全年可節(jié)約用電費用167.2萬元 ③按照江蘇省經(jīng)貿(mào)委（2002）l963號文件精神，該廠獲得政府專項獎勵120萬元 3.2.2 淮鋼 （1）本項目在淮鋼煉鋼4601線實施控制。 （2）實施后第一步將4601線控制在60 000～62 000kW左右。 （3）本項目節(jié)約電力負荷功率5 000～8 000 kW左右。即： 1）為社會貢獻電力負荷功率5 000～8 000 kW左右．為緩解缺電作出了貢獻。 2）為企業(yè)每年減少需量電費支出162～259萬，降低了企業(yè)成本，提高了競爭力。 3）均衡了企業(yè)電力負荷，延長一次供用電設(shè)備使用壽命，同時實現(xiàn)更安全用電。 4）提高了企業(yè)電力調(diào)度及管理的水平如圖10所示。 南鋼最大負荷90180kW，最低6900kW，峰參差33％， 設(shè)定帶級比例10％～15％ [ALIGN=CENTER] [B]圖 10 南鋼最大負荷90180kW，最低6900kW，峰參差33％，設(shè)定帶級比例10％～15％[/B][/ALIGN] 3.3 負荷控制系統(tǒng)的其他功能 1）峰、谷、平管理功能工廠可以根據(jù)不同時段的電價及生產(chǎn)安排，相應(yīng)設(shè)定在峰、谷、平的允許用電負荷量，系統(tǒng)能予以自動控制及管理，從而進一步節(jié)約用電費用。 2）用電參數(shù)管理功能系統(tǒng)可以顯示與存儲所有用電參數(shù)，如P、I、S、Q、cosφ等，完全可以改變變電所值班人員手工抄表的歷史，其軟件界面如圖11和圖12所示，這些數(shù)據(jù)可進行統(tǒng)計、分析，從而提高企業(yè)用電管理水平。 3）由于均衡用電負荷，提高了電網(wǎng)設(shè)備用電可靠性．從而更安全用電。 4）還可以擴展到電、水、氣、煤的綜合能源管理，均可以在同一系統(tǒng)進行管理，這方面還有巨大的課題可以展開，可大大提高企業(yè)管理水平與綜合競爭能力。 3.4 項目意義 （1）本項目可使用電大戶企業(yè)均衡負荷，節(jié)約費用，提高管理水平與市場競爭能力。 （2）城市用戶大戶負荷的均衡還可以降低城市總體負荷曲線的峰谷差，提高城市用電效率，并同時提高了發(fā)電企業(yè)發(fā)電的售電效率。 （3）鑒于志愿服務(wù)的理念，本項目采用了外方（德國法蘭克蓋姆普能源控制（無錫）有限公司）“免費提供設(shè)備，合作雙方分享節(jié)約收益”的做法，因此實現(xiàn)了企業(yè)在不增加投資的情況下進行節(jié)能技術(shù)改造的可能。 （4）可用于電力部門與政府部門集中或區(qū)域性地監(jiān)控電力大戶，特別是當(dāng)今電力供應(yīng)緊張，迎峰度夏形勢十分嚴(yán)峻的情況下，通過對城市電力大用戶的集中治理，來緩解用電壓力，提高用電效率具有明顯的社會效益。 （5）對推進運用技術(shù)手段進行能源管理提供了良好的范例。 （6）供電部門及電廠均可獲得多方收益 1）改善其供電網(wǎng)線峰谷差，增加供電容量，緩解供電壓力，對中型城市來說，每降5％可增加可觀的供電容量，其經(jīng)濟效益足巨大的。 2）通過對治理容量計量單位的峰值，可為供電部門再增加可觀的供電容量及電費來源。 3）將來隨著供電公司的獨立核算，在不影響總體kW．h收益下，還以減少向電廠的購電容量而提高投資效益。 4）均勻電網(wǎng)峰值后，將減少電網(wǎng)沖擊，降低事故隱患，更安全，意義十分重大，這在國外是重要的。 5）電廠可發(fā)展投資的效能，減少低谷時的容量空置。 6）實現(xiàn)負控及用電管理，計算機網(wǎng)絡(luò)化、自動化，提高管理水平 （7）對推動電力改革，特別計價體制改革提供了在更良好開展需求側(cè)管理的可能性的保證。 （8）通過企業(yè)需求側(cè)管理可上升到整個城市的需求側(cè)管理，從電力需求側(cè)管理可擴展到綜合能源需求側(cè)管理。 [ALIGN=CENTER] 圖11 綜合能源需求側(cè)管理界面 圖12 水、電、氣綜臺能源需求側(cè)管理[/ALIGN] 4、為更好開展用電大戶企業(yè)負荷控制（DSM）的建議 1）鑒于大多數(shù)企業(yè)缺乏對負荷控制（DSM）的方法與好處的了解，因此，廣泛開展的負荷控制（DSM）技術(shù)措施和成功案例的推介，有利于企業(yè)理解與接受這一工作的可行性，推動條件適合的企業(yè)首先開展這一工作。 2）鑒于相當(dāng)一部分企業(yè)巳安裝負荷控制儀，因為這些負荷控制儀只能起到每年的“限電拉閘”作用，不具備常年的管理功能。因此．可對目前己裝有這些老一代的負荷控制儀的企業(yè)進行改造，使其不僅在“限電拉閘”需要時發(fā)揮作用，而且還可以在這以外的大部分時間里，為企業(yè)合理調(diào)控負荷，降低峰值功率，節(jié)約用電費用。這樣可改變企業(yè)對老的負荷控制儀只是拉他們電的看法，會受到企業(yè)的普遍自覺的歡迎，從而自愿而積極安裝負荷控制儀，開展負荷控制工作。 3）改革基本電費計費方式。如果能過渡到同國外一樣，全部采用最大需量（最高峰值）的基本電費計費方式，或者先采用象上海企業(yè)一樣的MD申報的基本電費計費方式，將會大大促進企業(yè)開展負荷控制（DSM）工作的積極性。 4）對于目前相當(dāng)一部分按基本容量基本電費計費方式的企業(yè)，是否也可以提出最大允許峰谷差的考核要求，促使其自行開展負荷控制（DSM）工作。至少在每年夏、冬兩個用電高峰時節(jié)，要求其開展負荷控制（DSM）丁作，以緩解用電壓力，并可延緩及減少拉閘手段的運行時間段的來臨。鑒于這些企業(yè)目前沒有基本電費節(jié)約上的收益，政府是否按其減少的峰值功率給予一定獎勵。 5）地方供電部門需轉(zhuǎn)變觀念，特別是對企業(yè)降低需量少收基本電費的觀點，從大局的角度，按中國國家電力公司DSM宣傳冊的要求，支持并推動企業(yè)負荷控制（DSM）工作的廣泛開展．在計費方式選擇．峰值功率信號源提供，歷史負荷資料提供等方面給予企業(yè)方便。 6）從長期看，計費方式及供用電技術(shù)考核要求的改革，如推廣最大需量（最高峰值）或者MD申報的基本電費計費方式．同時增加企業(yè)用電峰谷差的考核要求，是負荷控制（DSM）工作得于長期開展，企業(yè)及城鄉(xiāng)用電不斷優(yōu)化，峰谷差逐步減少，發(fā)、供、用電效能不斷提高，電網(wǎng)更安全可靠運行的基礎(chǔ)。 7）改變電力部門對企業(yè)電能質(zhì)量的考核體系，從目前只有對功率因數(shù)單一獎罰考核，增加峰谷差的獎罰考核（還可以有諧波指標(biāo)），使用戶更具主動性。 8）改變電力供應(yīng)體制。目前供電部門即使降低峰谷差，也降低不了買電成本，因此應(yīng)從電力供應(yīng)體制上改革。