隨著(zhù)全球能源需求量的日益攀升和傳統能源儲量的日益減少，能源清潔化、能源科技創(chuàng )新以及能源的結構優(yōu)化勢在必行。在能源供應日益緊張以及環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴峻的大形勢下，首都機場(chǎng)集團積極貫徹落實(shí)黨中央、國務(wù)院有關(guān)堅決打好污染防治攻堅戰、打贏(yíng)藍天保衛戰戰略部署，積極開(kāi)展節能減排、優(yōu)化用能的各種行之有效的措施。在這場(chǎng)行動(dòng)中，燃油設備改造、新能源設備、充電設施建設、分布式發(fā)電供能、互聯(lián)網(wǎng)、大數據等各種新技術(shù)、新設備將得到廣泛推廣和應用。這些高新技術(shù)的應用最終將電力、熱、氣和冷等能源綜合規劃，實(shí)現能源高效、安全、環(huán)保、可持續利用等要求，為藍天保衛戰的勝利奠定堅實(shí)的基礎。
本文以充電設施在首都機場(chǎng)地區的建設和應用為依托提出一種新型的適應當前首都機場(chǎng)地區供能現狀和發(fā)展態(tài)勢的電力需求側響應技術(shù)和機場(chǎng)能源管理系統AEMS的大數據分析及信息推送技術(shù)，二者合二為一，相輔相成，探索行之有效的新機制和新思路，并計劃在華北空管局在建充電樁項目中進(jìn)行試點(diǎn)應用。目標為解決首都機場(chǎng)地區供配電設施運維及用戶(hù)用電過(guò)程中遇到的問(wèn)題，開(kāi)創(chuàng )新的切實(shí)有效的解決方法和思路，突破供配電基礎設施容量局限性的瓶頸，使充電設施建設在藍天保衛戰計劃中發(fā)揮出其應有的價(jià)值和貢獻。同時(shí)以國家發(fā)改委在新型基礎設施建設中的“新基建”理念為指導,探索融合基礎設施，深度應用互聯(lián)網(wǎng)、大數據、人工智能等技術(shù)，支撐傳統基礎設施轉型升級，進(jìn)而融合基礎設施，促進(jìn)智慧能源基礎設施的建設。
1.充電樁業(yè)務(wù)
新能源電動(dòng)汽車(chē)是一種發(fā)展前景廣闊的綠色交通工具。在全球能源危機和環(huán)境危機嚴重的大背景下，我國政府積極推進(jìn)新能源汽車(chē)的應用與發(fā)展，充電設施作為發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)所必須的重要配套基礎設施，具有非常重要的社會(huì )效益和經(jīng)濟效益。
充電樁安裝于公共建筑(公共樓宇、商場(chǎng)、公共停車(chē)場(chǎng)等)和居民小區停車(chē)場(chǎng)內，可以根據不同的電壓等級為各種型號的電動(dòng)汽車(chē)充電。充電樁的輸入端與交流電網(wǎng)直接連接，輸出端都裝有充電插頭用于為電動(dòng)汽車(chē)充電。
目前首都機場(chǎng)地區已建和在建的充電樁分布在中國服務(wù)大廈、華北空管局、首都國際機場(chǎng)公共區停車(chē)樓等位置。未來(lái)首都機場(chǎng)地區內的國航、飛行區、新維修基地、食品公司、配餐公司、海關(guān)、檢疫、國貨航、海航、大新華、宿舍區等單位的各停車(chē)場(chǎng)、辦公大樓區域都將陸續開(kāi)展充電裝置的基礎設施建設。但充電樁在供配電環(huán)節上屬于配電網(wǎng)側，其業(yè)務(wù)的發(fā)展受到供配電設施容量以及當下饋線(xiàn)不足的限制，經(jīng)調查研究發(fā)現，當前首都機場(chǎng)地區供配電系統在充電樁業(yè)務(wù)上的主要矛盾是用戶(hù)日益增長(cháng)的電動(dòng)汽車(chē)充電需要和現有供電基礎設施容量不平衡不充分應用之間的矛盾，大大阻礙了綠色機場(chǎng)建設尤其充電樁業(yè)務(wù)的發(fā)展。
2.首都機場(chǎng)地區供配電系統介紹
首都機場(chǎng)地區共三座變電站，包括東110kV變電站，共3臺63000kVA主變，帶T3航站樓、新維修基地、食品公司、配餐公司、海關(guān)、檢疫、國貨航、海航、大新華等；西110kV變電站，共3臺31500kVA主變，帶T1、T2航站樓、機場(chǎng)交道口以北辦公樓及用戶(hù)、老食品公司、華誼館、機場(chǎng)老專(zhuān)機樓、空管局、老維修基地、國航辦公樓、老貨運路等；35kV變電站，兩臺10000kVA主變，帶機場(chǎng)生活區、南導航臺、西北導航臺、天竺高爾夫球場(chǎng)以及生活區所有賓館、飯店、銀行等。
首都機場(chǎng)地區供配電的特點(diǎn)是用電安全性、穩定性要求高，用電負荷日益增大，變壓器容量不足等。變壓器容量不足大大阻礙了充電樁的發(fā)展，這也是當前首都機場(chǎng)地區充電樁推廣應用中遇到的最大瓶頸。反過(guò)來(lái)大批量的充電樁也勢必會(huì )影響供配電系統的安全性和可靠性，降低用戶(hù)充電用電的體驗。這種不利局面，很容易讓人誤解為問(wèn)題（矛盾）的核心是配電網(wǎng)不夠發(fā)達，將思考解決問(wèn)題的焦點(diǎn)局限在配電網(wǎng)上，誤認為是嚴重缺電導致的。但實(shí)際上，經(jīng)過(guò)調查研究發(fā)現，供配電設施并非是問(wèn)題根本的核心和本質(zhì)，而新技術(shù)、新理念的成功應用將提供一種可行的解決方案。
3.電力需求側響應
“電力需求側響應”一般可以定義為：當電力市場(chǎng)因價(jià)格上升、系統可靠性受到影響時(shí)，電力用戶(hù)在價(jià)格或激勵措施影響下改變用電習慣模式的一種短期行為。
電力需求側響應策略一般可以分為兩種，即基于價(jià)格的需求側響應策略和基于激勵的需求側響應策略?；趦r(jià)格的需求側響應策略主要包括分時(shí)電價(jià)、實(shí)時(shí)電價(jià)、尖峰電價(jià)；基于激勵的需求側響應策略主要包括需求側競價(jià)、緊急需求響應、直接負荷控制、可中斷負荷等。
電力需求側響應主要作用包括減少系統運行成本、電價(jià)波動(dòng)，降低市場(chǎng)參與風(fēng)險等。
“電力需求側響應”技術(shù)在國內外都有成功應用案例，某國電網(wǎng)在2015年開(kāi)始實(shí)施針對節能的自動(dòng)需求側響應，在電力供應緊張、不足、突發(fā)情況下，系統可以自發(fā)地向用戶(hù)發(fā)出節電需求信號。企業(yè)、家庭等用電方在自動(dòng)接收到信號后，利用能源管理系統調節實(shí)現自動(dòng)控制用電量，效果顯著(zhù)。在國內2019年7月某省為應對高溫、高負荷考驗在全國率先向10萬(wàn)戶(hù)居民發(fā)出邀約，開(kāi)展電力需求側響應試點(diǎn)，補貼標準為0.1元/kWh。響應期間，居民可自愿通過(guò)短時(shí)關(guān)閉電熱水器、空調、電熱水壺等用電設備減少用電負荷。據電力公司數據分析，在響應用戶(hù)中，單戶(hù)平均減少用電負荷0.6kW，負荷下降52%，如果再擴大到100萬(wàn)戶(hù)，直接負荷將下降20MkW。將居民用戶(hù)納入到電力需求側響應范圍是電力公司在全國試點(diǎn)應用電力物聯(lián)網(wǎng)建設技術(shù)探索緩解電力供需壓力的一種新思路，也是推行居民智慧用電服務(wù)的一個(gè)新亮點(diǎn)?；谏鲜龀晒Π咐?，在現有電力基礎不改變的前提下，改變用電習慣（模式）是值得認真思考和嘗試的。
4.電力需求側響應技術(shù)在充電樁業(yè)務(wù)中的應用
通過(guò)引入電力需求側響應的新理念和對比世界各地成功的應用案例發(fā)現，電力需求側響應方式在首都機場(chǎng)地區也同樣可行。電力需求側響應的成功應用可引導電動(dòng)汽車(chē)車(chē)主改變其行為習慣，普及節能理念，在不影響首都機場(chǎng)地區用電安全的前提下，積極引導用戶(hù)優(yōu)化用電習慣，同時(shí)結合削峰填谷，將助力機場(chǎng)地區供電系統的穩定性和安全性。
下面從兩個(gè)方面分析如何應對當前首都機場(chǎng)地區供配電系統在充電樁業(yè)務(wù)上用戶(hù)日益增長(cháng)的電動(dòng)汽車(chē)充電需要和現有供電基礎設施容量不平衡不充分應用之間的矛盾。
4.1 ”電動(dòng)汽車(chē)自動(dòng)需求“改變用電用戶(hù)行為模式
”電動(dòng)汽車(chē)自動(dòng)需求“利用遠程控制系統對電價(jià)和電網(wǎng)的需求進(jìn)行分析，引導電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行充放電，從而實(shí)現電動(dòng)汽車(chē)與電網(wǎng)之間的反饋和互動(dòng)。
根據首都機場(chǎng)地區峰谷電價(jià)時(shí)段的劃分，以峰谷電價(jià)時(shí)間段為依據，合理優(yōu)化安排電動(dòng)車(chē)充電時(shí)間，既可節約電費，又能保障用電設施的安全和穩定。
行為模式是人們有動(dòng)機、有目標、有特點(diǎn)的日?；顒?dòng)結構、內容以及有規律的行為系列。行為模式的改變并非易事。但經(jīng)過(guò)積極有效的合理調控依然可以達到理想的效果。例如吸煙者行為模式的改變，有關(guān)社會(huì )行為學(xué)的研究認為改變吸煙者的行為模式是一項很難的課題，而2015年6月1日實(shí)施的《北京市控制吸煙條例》的引導下和各級單位監督管理下，公共場(chǎng)所、工作場(chǎng)所以及公共交通工具內效果顯著(zhù)。吸煙者的行為模式得到了很好的改變。同理，“電力需求側響應” 可針對用戶(hù)給電動(dòng)汽車(chē)充電的應用目的和節約用車(chē)充電費用的動(dòng)機，結合首都機場(chǎng)地區峰谷電價(jià)以經(jīng)濟和激勵措施引導充電用戶(hù)形成新的用電行為模式，使用戶(hù)自動(dòng)自發(fā)得選擇最佳充電位置和充電時(shí)間段。
4.2 電力需求側相應+AEMS大數據
為了提升民航機場(chǎng)能源管理水平、帶動(dòng)行業(yè)進(jìn)步，首都機場(chǎng)節能公司自主成功開(kāi)發(fā)出一套民航機場(chǎng)特征突出、高度契合民航機場(chǎng)需求的機場(chǎng)能源管理系統AEMS，為機場(chǎng)管理人員和運行人員提供一套高度自動(dòng)化、智能化的管理工具和系統解決方案。實(shí)現了基于大數據和人工智能的系統架構設計?？赏瑫r(shí)計算2萬(wàn)個(gè)采集點(diǎn)，數據采集頻率可以達到秒級，系統計算性能比傳統方式提升了45%。
利用AEMS大數據和人工智能功能對電價(jià)和電網(wǎng)的需求進(jìn)行分析，引導電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行充電，從而實(shí)現電動(dòng)汽車(chē)與電網(wǎng)之間的反饋和互動(dòng)。大數據分析將首都機場(chǎng)地區的峰谷電價(jià)時(shí)段、用電價(jià)格波動(dòng)信息、充電樁使用率等情況以及相對應的三座變電站的用電負荷情況進(jìn)行實(shí)時(shí)統計分析，得出最優(yōu)化的用電調度措施，向電動(dòng)汽車(chē)車(chē)主即時(shí)推送最新充電樁位置信息、電價(jià)信息。引導電動(dòng)車(chē)車(chē)主選擇最佳位置的充電樁，在最佳時(shí)間段進(jìn)行充電。大數據分析可以有效調配并釋放出電能空間，經(jīng)過(guò)大數據匯總，科學(xué)的削峰填谷方式，還為次日的用能提供充分的保證。綜合實(shí)現信息推送、用電數據推送、充電引導、網(wǎng)上預約、信息公布、數據分析等功能，充分利用已有電力設施容量，引導用戶(hù)調整用電行為習慣。
綜上所述，通過(guò)AEMS大數據分析及信息推送技術(shù)，不僅可以解決當前供電容量不足的問(wèn)題，而且避免了電力基礎設施建設的盲目性，避免了大投入、大建設。保障了首都機場(chǎng)地區供電的安全，又將電力調配進(jìn)行了優(yōu)化，同時(shí)節約了用戶(hù)的用電消耗，節約了電動(dòng)汽車(chē)的充電成本。另外，從“新基建”高度，將機場(chǎng)能源管理系統AEMS與機場(chǎng)地區供電系統基礎設施相融合，深度應用互聯(lián)網(wǎng)、大數據、人工智能等技術(shù)，支撐傳統基礎設施轉型升級，創(chuàng )新基礎設施應用，建立機場(chǎng)地區的新的智慧能源基礎設施。
5.華北空管局充電樁項目試點(diǎn)
目前節能公司正在實(shí)施民航華北空管局充電樁項目，該項目共計充電設施26臺，裝機總功率870kW，充電車(chē)位52個(gè)。計劃以該項目為試點(diǎn)將本文提出的電力需求側響應技術(shù)及AEMS技術(shù)進(jìn)行應用，結合機場(chǎng)地區的用電政策預期將取得良好的效果。
項目建成后，電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)在手機端安裝AEMS大數據分析軟件終端，將實(shí)時(shí)收到AEMS推送的引導電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行充電的信息。向電動(dòng)汽車(chē)車(chē)主即時(shí)推送最新充電樁位置信息、電價(jià)信息等，從而引導電動(dòng)車(chē)車(chē)主選擇最佳位置的充電樁，在最佳時(shí)間段進(jìn)行充電。
例如空管局用戶(hù)可以根據自身需要根據AEMS推送的信息，選擇安裝在不同位置的52個(gè)充電車(chē)位進(jìn)行充電，民航華北空管局終端管制中心、民航華北空管局航管樓、民航華北空管局生產(chǎn)運行中心、民航華北空管局北京區域管制中心、民航華北空管局局辦公樓、大興國際機場(chǎng)空管辦公區。
另外由于該區域的供電由西110kV變電站提供，若某一時(shí)間段該區域用電負荷增大，而東110kV變電站處的用電負荷減少，則將推送位于東110kV變電站區域的充電樁供用戶(hù)選擇，用電負荷低的供電區域充電價(jià)格給以?xún)?yōu)惠，也可選擇預約在夜間用電低谷時(shí)間段進(jìn)行充電，從而錯開(kāi)用電高峰，降低充電成本，最終養成長(cháng)期的用電習慣。如此將引導用戶(hù)選擇相應的充電樁進(jìn)行充電。在不增加供電基礎設施的情況下，滿(mǎn)足了用戶(hù)的用電需求，也保障了供電系統的安全性和穩定性。
結語(yǔ)：
電力需求側響應技術(shù)以及AEMS大數據分析技術(shù)，以國家發(fā)改委在新型基礎設施建設中的“新基建”理念為指導,探索融合基礎設施，深度應用互聯(lián)網(wǎng)、大數據、人工智能等技術(shù)，支撐傳統基礎設施轉型升級，進(jìn)而融合基礎設施，促進(jìn)智慧能源基礎設施的建設。將使能源優(yōu)化利用的新理念深入人心，建立新的供配電機制模式，改變用戶(hù)的用電行為習慣，同時(shí)推進(jìn)電表分項計量、峰谷平電費收取模式、改變單一二部制電價(jià)等措施，將用電用戶(hù)在價(jià)格或激勵措施影響下改變的用電模式培養成一種長(cháng)態(tài)行為。將提高首都機場(chǎng)地區用能的穩定性、可靠性、即時(shí)性、高效性等。另外結合“油改電”設備改造、新能源設備、分布式發(fā)電供能等各種新技術(shù)必將為打贏(yíng)藍天保衛戰發(fā)揮巨大的作用。
