当涉及到电能效率时，做一个玩家

工业能源管理:美国电网的特点是机械开关响应时间慢，缺乏分析，系统可见性差。听起来像是自动化工程师的工作。

通过Arun Sinha和Jean W. Femia 2012年1月17日

电可以比作西红柿——它不容易传播，也不容易储存。就像西红柿一样，它必须在生产后不久就被食用，并靠近它的产地。

电网包括所有用于发电并将其输送给消费者的公用事业、网络和系统。发电厂按需生产;电能通过一系列变电站和逐渐降低的输电线路辐射出去，直到到达使用点。事实上，除了储存在电池或电容器中的极少量外，电在产生时就被消耗掉了。

例如，在水力发电厂，来自能源用户的需求从涡轮机中汲取电力。需求越大，涡轮机就越难转动，从水中转化为电能的能量就越多。当需求减弱时，涡轮机更容易转动;水的多余能量继续沿河而下。

在美国，需求高峰几乎总是出现在夏季的早晚之间。由于发电设施必须在任何特定时刻满足需求，一些发电厂一直闲置到需要时。维护这些“峰值”电厂既昂贵又低效。

目前，公用事业的价格因地区而异。在一些地方，比如加州，分级定价结构和限用计划阻碍了用电高峰期间的消费。在其他地方，成本更低，公用事业公司仍然收取统一的费率，减少需求的动力较小。

达到极限

美国国家工程院将其誉为20世纪最重要的工程成就，美国电网具有卓越的可靠性。但是，尽管计算机、电信和自动化取得了进步，尽管总电力需求和电力波动的不耐受度都有所增加，但系统并没有进化。

美国能源部的一份出版物《智能电网:简介》指出:“我们国家的电力基础设施长期以来为我们提供了良好的服务，也被称为‘电网’，但它正在迅速达到它的极限……它是地球上最大的互联机器……它由9200多台发电机组组成，发电能力超过100万兆瓦，连接着超过30万英里的输电线路。”

在各个变电站内，传输和交付的自动化程度相当高。公用事业公司之间的数据共享正在增加。但更高层次的协调仍处于起步阶段。网格涉众之间的互操作性还不成熟。美国能源部的同一份出版物指出，目前的电网需要进行重大检修:“由于机械开关的响应时间较慢，缺乏自动化分析，以及‘能见度差’——运营商缺乏对情况的感知，因此正在发生更多的停电和限电。”

什么是智能电网?

智能电网的愿景是改造基础设施:

价格反映了当时的发电成本。
所有的生成和存储方法都被纳入其中。
系统安全、高效、环保。

由于智能电网允许供需响应，电力是实时管理的，自动化水平不断提高。公用事业公司知道生产了多少电，在哪里生产，在哪里使用。他们可以预测潜在的问题，并将供应转移到需求高的地区。这减少了电力不足和停电，并导致更好的电能质量。

但这种双向通信和自动化能源管理的愿景需要开放的标准。来自许多来源的数据必须聚合、集成，并以不同的格式可视化地呈现。确保智能电网互操作性的标准是IEC 61850。由国际电工委员会开发，最初用于变电站自动化，IEC 61850表示使用标准以太网通信。

定价是由实时生产、传输和分销成本决定的。通过分级或实际成本定价，用户有动机调整消费以避免高峰。更可预测的需求和自动化使用节省资本和运营成本。智能电网接受来自分布式、可变输出源的能量，并适应新的存储方法。如果一个工厂的屋顶上有一个光伏系统，电网就可以在高需求时期依靠它来供电。智能电网设想了一个可靠、安全的未来，可以自动调整以实现最大效率。但是大型自动化项目需要很长时间，而这将是有史以来最大的自动化项目之一。

摆弄智能电网

没有必要等待智能电网、智能机器或进一步的技术创新。与您的公用事业公司或电力经纪人合作，现在就成为智能电网的参与者，使用以下三个步骤:

获取公司能源使用的详细数据。
控制能源使用和成本。
通过公用事业公司的回扣、信用和削减计划获得收入流。

您可能已经在监视诸如制冷设备之类的东西。使用或扩展此数据。将I/O添加到当前的自动化系统中以测量能源使用，或为此目的放入一个单独的控制系统。无论哪种情况，以太网网络和开放标准都简化了能源数据报告。寻找提供基于以太网的可编程自动化控制器、开关、无线收音机和其他开放标准组件的供应商。

最初，您可以选择作为一个集合监视使用情况，例如，针对一个建筑物或过程。注意使用变化时，某些电机，压缩机，甚至灯开始。在某些情况下，直接连接到泵、电机或其他高能耗用户可能更直接。维修人员将有兴趣知道电机何时开始绘制额外的电流。

一旦分析了数据，下一步就是控制使用。选择一个既能控制又能监控的系统。

详细的使用数据可以分析模式:

哪些设备或过程需要最多的能量，哪些最少?
每天的能源使用模式是什么?季节模式是什么?
寻找快速的好处:
把耗能的电机换成变频驱动的。
按顺序而不是并发地运行进程，以减少一天中某些时间的电力负荷。
稍微改变温度，压缩机运行时间就会有很大的不同。

控制能源使用和成本

下一步是将使用与成本联系起来，并对两者进行控制。价格结构各不相同。然而，趋势是基于计费期间的总使用量甚至每天的使用时间进行动态定价。分时计费是向实时定价的转变，在加州的大部分地区已经可以使用。

当支付固定费率时，节约的唯一方法就是减少整体使用量。但如果定价是动态的，机会就更大。将机械、工艺和建筑的能源数据与电价联系起来，看看有哪些可能的节省。例如，在一天的早些时候安排一个高能量消耗的过程。或者在整体使用量接近高价层时减少负载。

现在可以更好地管理流程能源使用了。基于使用数据分析，从影响最大的一两个领域开始;然后继续前进。大公司可能会聘请顾问服务。然而，对于中小型工业公司来说，他们自己的工程师和技术人员对设施和工艺非常了解，通常是做出能源决策的最佳选择。

公用事业公司也可以提供帮助。许多公司提供免费的能源审计或测试项目，以发现问题并提出解决方案。测试可能包括功率因数研究、定位瞬态电压问题和详细的负载分布。现金返还和削减计划不仅可以省钱，甚至还可以提供收入来源。

获得收入流

为了获得收入流，你需要以不同的方式看待能源。把它看作是制造产品所需的另一种原材料。该成本是产品材料清单上的一项，反映在产品的价格和生产决策中。

许多公用事业公司和权力经纪人提供现金回扣和削减计划。现金回扣计划为用变频驱动器或更高效的电机、制冷机和照明设备替换低效设备提供资金。

财政援助可用于安装太阳能光伏发电和风力发电等自动发电系统，或永久转移负载的设备。例如，在夏天的晚上制作冰块或冰水。在投资前检查投资回报，记住回扣和财政援助。

节能项目每月向公司支付费用，以换取他们减少能源使用，要么自动支付，要么应要求支付。削减计划提供了一个有效的收入来源，可能由私人聚合公司提供。动态需求程序涉及到附加在压缩机或空调上的设备。这些设备通常由公用事业公司提供，成本很低或没有成本，可以感知电网中的压力，并通过暂时切断该设备的电源来做出反应。

需求响应程序通常不是自动的。相反，实用程序提供者调用请求减少负载。在规定的时间内(比如30分钟)作出响应，必须将能量消耗降低到预定的水平。要意识到，如果你的回复不在要求的时间内，或者没有达到约定的水平，就会受到惩罚。使用智能电表，请求和响应可以自动完成。

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Sinha在仪器仪表、控制和自动化领域拥有超过20年的经验。他的职业生涯始于电力行业的工程师，然后转向技术的业务方面，在艾默生过程管理公司和施耐德电气担任营销和销售职位。Sinha于2006年加入Opto 22，目前是业务开发总监。他拥有加州大学圣地亚哥分校的机械工程学士学位和韦伯斯特大学的工商管理硕士学位。Femia已经写了20多年关于技术产品和趋势的文章。她目前是Opto 22的信息架构师，专注于工业控制和能源管理。

这是一部分控制工程2012年12月工业能源管理增刊。