Reagowanie na popyt - Demand response

Suszarka do ubrań wykorzystująca przełącznik odpowiedzi na zapotrzebowanie w celu zmniejszenia szczytowego zapotrzebowania

Wykres dziennego obciążenia; Niebieski pokazuje rzeczywiste zużycie obciążenia, a zielony pokazuje idealne obciążenie.

Reakcja na zapotrzebowanie to zmiana w zużyciu energii przez klienta zakładu energetycznego w celu lepszego dopasowania zapotrzebowania na moc do podaży. Do niedawna energia elektryczna nie mogła być łatwo magazynowana, więc zakłady energetyczne tradycyjnie dopasowywały popyt i podaż poprzez dławienie tempa produkcji swoich elektrowni , włączanie lub wyłączanie jednostek wytwórczych lub importowanie energii z innych zakładów. Istnieją granice tego, co można osiągnąć po stronie podaży, ponieważ osiągnięcie pełnej mocy niektórych jednostek wytwórczych może zająć dużo czasu, niektóre jednostki mogą być bardzo drogie w eksploatacji, a zapotrzebowanie może czasami przewyższać moc wszystkich dostępne elektrownie razem wzięte. Reakcja na zapotrzebowanie ma na celu dostosowanie popytu na energię zamiast dostosowywania podaży.

Przedsiębiorstwa użyteczności publicznej mogą sygnalizować żądania popytu swoim klientom na różne sposoby, w tym proste pomiary poza szczytem, ​​w których energia jest tańsza o określonych porach dnia, oraz inteligentne pomiary , w których klientom można przekazać wyraźne żądania lub zmiany cen .

Odbiorca może dostosować zapotrzebowanie na moc odkładając na później niektóre zadania wymagające dużych ilości energii elektrycznej lub zdecydować się na wyższą cenę za energię elektryczną. Niektórzy klienci mogą przełączyć część swojego zużycia na alternatywne źródła, takie jak lokalne panele słoneczne i baterie.

Pod wieloma względami odpowiedź na zapotrzebowanie można określić po prostu jako oparty na technologii ekonomiczny system racjonowania dostaw energii elektrycznej. W odpowiedzi na zapotrzebowanie, dobrowolne racjonowanie jest realizowane poprzez zachęty cenowe — oferowanie niższych cen jednostkowych netto w zamian za mniejsze zużycie energii w okresach szczytu. Bezpośrednią konsekwencją jest to, że użytkownicy mocy elektrycznej, którzy nie zmniejszają zużycia (obciążenia) w okresach szczytu, będą płacić „wzrostowe” ceny jednostkowe, bezpośrednio lub uwzględnione w ogólnych stawkach.

Przymusowe racjonowanie, jeśli zostałoby zastosowane, byłoby realizowane poprzez ciągłe przerwy w dostawie prądu w okresach szczytowego obciążenia. Praktycznie rzecz biorąc, letnie upały i zimowe mrozy mogą charakteryzować się planowanymi przerwami w dostawie energii dla konsumentów i przedsiębiorstw, jeśli dobrowolne racjonowanie za pomocą zachęt nie zmniejszy obciążenia odpowiednio do całkowitego zaopatrzenia w energię.

tło

Według Federalnej Komisji Regulacji Energetyki reakcja na zapotrzebowanie (DR) jest definiowana jako: „Zmiany w zużyciu energii elektrycznej przez odbiorców końcowych w stosunku do ich normalnych wzorców zużycia w odpowiedzi na zmiany cen energii elektrycznej w czasie lub w celu zachęcenia do płatności mających na celu powodować mniejsze zużycie energii elektrycznej w czasach wysokich cen na rynku hurtowym lub gdy zagrożona jest niezawodność systemu." DR obejmuje wszystkie celowe modyfikacje wzorców zużycia energii elektrycznej w celu skłonienia klientów, które mają na celu zmianę harmonogramu, poziomu chwilowego zapotrzebowania lub całkowitego zużycia energii elektrycznej. Oczekuje się, że programy reagowania na zapotrzebowanie będą zaprojektowane tak, aby zmniejszyć zużycie energii elektrycznej lub przesunąć je z okresów szczytowych na pozaszczytowe, w zależności od preferencji i stylu życia konsumentów. Demand Response można zdefiniować jako „szeroki zakres działań, które mogą zostać podjęte po stronie odbiorcy licznika energii elektrycznej w odpowiedzi na określone warunki w systemie elektroenergetycznym (takie jak przeciążenie sieci w okresie szczytu lub wysokie ceny)”. Reakcja na zapotrzebowanie to redukcja zapotrzebowania mająca na celu zmniejszenie szczytowego zapotrzebowania lub uniknięcie awarii systemu. W związku z tym reakcja na zapotrzebowanie może być bardziej opłacalną alternatywą niż dodawanie zdolności wytwórczych w celu sprostania szczytowym i okazjonalnym wzrostom zapotrzebowania. Podstawowym celem DR jest aktywne angażowanie klientów w modyfikowanie ich konsumpcji w odpowiedzi na sygnały cenowe. Celem jest odzwierciedlenie oczekiwań podaży poprzez sygnały lub kontrole cen konsumenckich oraz umożliwienie dynamicznych zmian konsumpcji w stosunku do ceny.

W sieciach elektroenergetycznych DR jest podobny do mechanizmów dynamicznego popytu, które służą do zarządzania zużyciem energii elektrycznej przez klientów w odpowiedzi na warunki dostaw, na przykład zmuszanie odbiorców energii elektrycznej do zmniejszania zużycia w krytycznych momentach lub w odpowiedzi na ceny rynkowe. Różnica polega na tym, że mechanizmy odpowiedzi odbioru odpowiadają na wyraźne żądania wyłączenia, podczas gdy dynamiczne urządzenia odbioru pasywnie wyłączają się, gdy wykryte zostanie naprężenie w sieci. Odpowiedź odbioru może obejmować faktyczne ograniczenie zużywanej mocy lub uruchomienie wytwarzania na miejscu, które może być podłączone równolegle do sieci lub nie. To zupełnie inna koncepcja niż efektywność energetyczna , która oznacza zużywanie mniejszej ilości energii do wykonywania tych samych zadań, w sposób ciągły lub zawsze, gdy to zadanie jest wykonywane. Jednocześnie reakcja na zapotrzebowanie jest elementem inteligentnego zapotrzebowania na energię, które obejmuje również efektywność energetyczną, zarządzanie energią w domu i budynku, rozproszone źródła odnawialne oraz ładowanie pojazdów elektrycznych.

Obecne schematy reagowania na zapotrzebowanie są wdrażane z dużymi i małymi klientami komercyjnymi, a także mieszkaniowymi, często poprzez zastosowanie dedykowanych systemów sterowania do zrzucania obciążeń w odpowiedzi na żądanie zakładu energetycznego lub warunki cen rynkowych. Usługi (oświetlenie, maszyny, klimatyzacja) są redukowane zgodnie z wcześniej zaplanowanym schematem priorytetyzacji obciążenia w krytycznych ramach czasowych. Alternatywą dla zrzutu obciążenia jest wytwarzanie energii elektrycznej na miejscu w celu uzupełnienia sieci energetycznej . W warunkach ograniczonej podaży energii elektrycznej reakcja na zapotrzebowanie może znacząco obniżyć cenę szczytową i ogólnie zmienność cen energii elektrycznej.

Odpowiedź na zapotrzebowanie jest zwykle używana w odniesieniu do mechanizmów stosowanych w celu zachęcenia konsumentów do zmniejszenia popytu, a tym samym zmniejszenia szczytowego zapotrzebowania na energię elektryczną. Ponieważ wytwarzanie energii elektrycznej i systemy przesyłowe są generalnie zwymiarowane tak, aby odpowiadały zapotrzebowaniu szczytowemu (plus margines błędu prognozowania i nieprzewidzianych zdarzeń), obniżenie zapotrzebowania szczytowego zmniejsza ogólne wymagania dotyczące kosztów instalacji i kapitału . Jednak w zależności od konfiguracji mocy wytwórczych, odpowiedź odbioru może być również wykorzystana do zwiększenia zapotrzebowania (obciążenia) w okresach wysokiej produkcji i niskiego zapotrzebowania. Niektóre systemy mogą w ten sposób zachęcać magazynowanie energii do arbitrażu pomiędzy okresami niskiego i wysokiego zapotrzebowania (lub niskich i wysokich cen). Wydobywanie bitcoinów to energochłonny proces konwersji infrastruktury sprzętu komputerowego, umiejętności oprogramowania i energii elektrycznej na walutę elektroniczną. Wydobywanie bitcoinów służy do zwiększania popytu w godzinach nadwyżek poprzez zużywanie tańszej energii.

Istnieją trzy rodzaje odpowiedzi odbioru - odpowiedź odbioru w sytuacjach awaryjnych, odpowiedź odbioru gospodarczego i odpowiedź odbioru na usługi pomocnicze. Awaryjne reagowanie na zapotrzebowanie jest stosowane w celu uniknięcia przymusowych przerw w świadczeniu usług w okresach niedoboru dostaw. Ekonomiczna reakcja na zapotrzebowanie jest wykorzystywana, aby umożliwić odbiorcom energii elektrycznej ograniczenie zużycia, gdy produktywność lub wygoda korzystania z tej energii jest dla nich mniej warta niż płacenie za nią. Reagowanie na zapotrzebowanie na usługi systemowe składa się z szeregu usług specjalistycznych, które są potrzebne do zapewnienia bezpiecznej pracy sieci przesyłowej i które tradycyjnie były świadczone przez wytwórców.

Aplikacja do inteligentnej sieci

Odtwórz multimedia

Film o odpowiedzi zapotrzebowania na urządzenia elektryczne w domu w połączeniu z pojazdem elektrycznym. Są one częścią inteligentnej sieci .

Zastosowania inteligentnych sieci poprawiają zdolność producentów energii elektrycznej i konsumentów do komunikowania się ze sobą i podejmowania decyzji o tym, jak i kiedy wytwarzać i zużywać energię elektryczną. Ta wschodząca technologia pozwoli klientom na przejście od reakcji popytu opartej na zdarzeniach, w której przedsiębiorstwo użyteczności publicznej żąda zmniejszenia obciążenia, w kierunku reakcji popytu w trybie 24 godziny na dobę, 7 dni w tygodniu, w której klient widzi zachęty do ciągłego kontrolowania obciążenia. Chociaż ten dialog w obie strony zwiększa możliwości odpowiedzi na zapotrzebowanie, klienci nadal są w dużej mierze pod wpływem bodźców ekonomicznych i niechętnie oddają całkowitą kontrolę nad swoimi aktywami przedsiębiorstwom użyteczności publicznej.

Jedną z zalet aplikacji inteligentnych sieci jest ustalanie cen w oparciu o czas. Klienci, którzy tradycyjnie płacą stałą stawkę za zużytą energię ( kWh ) i żądane obciążenie szczytowe, mogą ustawić swój próg i dostosować zużycie, aby wykorzystać zmienne ceny. Może to wymagać użycia systemu zarządzania energią do sterowania urządzeniami i sprzętem oraz może wiązać się z korzyściami skali. Kolejną zaletą, głównie dla dużych klientów z wytwarzaniem energii, jest możliwość dokładnego monitorowania, przesuwania i równoważenia obciążenia w sposób, który pozwala klientowi zaoszczędzić szczytowe obciążenie i nie tylko zaoszczędzić na kWh i kW/miesiąc, ale także handlować tym, co zaoszczędziły na rynku energii. Ponownie wiąże się to z wyrafinowanymi systemami zarządzania energią, zachętami i rentownym rynkiem handlowym.

Zastosowania inteligentnych sieci zwiększają możliwości reagowania na zapotrzebowanie poprzez dostarczanie danych w czasie rzeczywistym producentom i konsumentom, ale bodźce ekonomiczne i środowiskowe pozostają siłą napędową tej praktyki.

Jednym z najważniejszych sposobów reagowania na zapotrzebowanie w przyszłych inteligentnych sieciach są pojazdy elektryczne. Agregacja tego nowego źródła energii, które jest również nowym źródłem niepewności w systemach elektrycznych, ma kluczowe znaczenie dla zachowania stabilności i jakości inteligentnych sieci, w związku z czym parkingi dla pojazdów elektrycznych można uznać za podmiot agregujący odpowiedź odbioru.

Ceny energii elektrycznej

Wyjaśnienie wpływu odpowiedzi popytu na wykres ilości (Q) - cena (P). Przy nieelastycznym popycie (D1) ekstremalnie wysoka cena (P1) może skutkować napiętym rynkiem energii elektrycznej .
W przypadku zastosowania miar odpowiedzi popytu popyt staje się bardziej elastyczny (D2). Na rynku pojawi się znacznie niższa cena (P2).

Szacuje się, że obniżenie popytu o 5% spowodowałoby 50% obniżkę cen w godzinach szczytu kalifornijskiego kryzysu elektroenergetycznego w latach 2000/2001. Rynek staje się też bardziej odporny na celowe wycofywanie ofert od strony podażowej.

W większości systemów elektroenergetycznych niektórzy lub wszyscy odbiorcy płacą stałą cenę za jednostkę energii elektrycznej, niezależną od kosztów produkcji w momencie zużycia. Cena konsumencka może być ustalana przez rząd lub organ regulacyjny i zazwyczaj reprezentuje średni koszt na jednostkę produkcji w określonym przedziale czasowym (na przykład w roku). Dlatego konsumpcja nie jest wrażliwa na koszty produkcji w krótkim okresie (np. w ujęciu godzinowym). Pod względem ekonomicznym zużycie energii elektrycznej przez konsumentów jest nieelastyczne w krótkich ramach czasowych, ponieważ konsumenci nie mają do czynienia z rzeczywistą ceną produkcji; gdyby konsumenci musieli zmierzyć się z krótkookresowymi kosztami produkcji, byliby bardziej skłonni do zmiany zużycia energii elektrycznej w odpowiedzi na te sygnały cenowe. Zwykły ekonomista mógłby ekstrapolować tę koncepcję, aby postawić hipotezę, że konsumenci obsługiwani w ramach tych stałych taryf mają teoretycznie „opcje kupna” na energię elektryczną, chociaż w rzeczywistości, jak każda inna firma, klient po prostu kupuje to, co jest w ofercie po uzgodnionej cenie. Cena £. Klient w domu towarowym, kupując artykuł za 10 dolarów o godzinie 9.00, może zauważyć 10 sprzedawców na podłodze, ale tylko jeden jest zajęty obsługą go, podczas gdy o 15.00 klient może kupić ten sam artykuł za 10 dolarów i zauważyć, że wszystkich 10 sprzedawców jest zajętych. W podobny sposób koszt sprzedaży w domu towarowym o godzinie 9.00 może być zatem 5-10 razy wyższy od kosztu sprzedaży o godzinie 15.00, ale twierdzenie, że klient nie płacąc znacznie więcej za artykuł o godzinie 9.00, a nie o 15.00, miał opcję kupna w artykule za 10 dolarów.

Praktycznie we wszystkich systemach elektroenergetycznych energia elektryczna jest produkowana przez generatory, które są wysyłane w kolejności merytorycznej, tj. generatory o najniższym koszcie krańcowym (najniższy koszt zmienny produkcji) są wykorzystywane jako pierwsze, a następnie kolejne najtańsze itd., aż do chwilowego zapotrzebowania na energię elektryczną jest spełniony. W większości systemów elektroenergetycznych cena hurtowa energii elektrycznej będzie równa kosztowi krańcowemu najbardziej kosztownego generatora, który zatłacza energię, który będzie się zmieniał w zależności od poziomu zapotrzebowania. Zatem różnice w cenach mogą być znaczące: na przykład w Ontario między sierpniem a wrześniem 2006 ceny hurtowe (w dolarach kanadyjskich) płacone producentom wahały się od szczytu 318 USD za MW·h do minimum - (ujemne) 3,10 USD za MW·h. Nie jest niczym niezwykłym, że cena waha się od dwóch do pięciu razy ze względu na dzienny cykl popytu. Cena ujemna wskazuje, że producenci byli w trakcie ładowania, aby zapewnić energię elektryczną do sieci (i konsumenci płacą ceny w czasie rzeczywistym może rzeczywiście otrzymał rabat dla zużywających energię elektryczną w tym okresie). Zwykle ma to miejsce w nocy, kiedy zapotrzebowanie spada do poziomu, przy którym wszystkie generatory pracują na swoich minimalnych poziomach mocy, a niektóre z nich muszą zostać wyłączone. Ujemna cena jest zachętą do przeprowadzania tych zamknięć w sposób jak najmniejszym kosztem.

W dwóch badaniach Carnegie Mellon z 2006 r. przyjrzano się znaczeniu odpowiedzi na zapotrzebowanie dla przemysłu elektroenergetycznego w ujęciu ogólnym i przy szczególnym zastosowaniu cen w czasie rzeczywistym dla konsumentów dla regionalnego organu przesyłowego PJM Interconnection , obsługującego 65 milionów klientów w USA przy 180 gigawatach moce wytwórcze. Ostatnie badanie wykazało, że nawet niewielkie zmiany w szczytowym zapotrzebowaniu miałyby duży wpływ na oszczędności dla konsumentów i pozwoliły uniknąć kosztów dodatkowej wydajności szczytowej: przesunięcie o 1% w szczytowym zapotrzebowaniu przyniosłoby oszczędności w wysokości 3,9%, miliardy dolarów na poziomie systemu . Około 10% zmniejszenie szczytowego zapotrzebowania (osiągalne w zależności od elastyczności popytu ) przyniosłoby oszczędności systemowe od 8 do 28 miliardów USD.

W dokumencie do dyskusji Ahmad Faruqui, dyrektor w Brattle Group , szacuje, że 5-procentowe zmniejszenie szczytowego zapotrzebowania na energię elektryczną w USA może przynieść około 35 miliardów dolarów oszczędności w okresie 20 lat, z wyłączeniem kosztów pomiarów i komunikacji potrzebnych do wdrożenia dynamicznych cen niezbędnych do osiągnięcia tych obniżek. Chociaż korzyści netto byłyby znacznie mniejsze niż deklarowane 35 miliardów dolarów, nadal byłyby dość znaczne. W Ontario w Kanadzie niezależny operator systemu elektroenergetycznego zauważył, że w 2006 r. zapotrzebowanie szczytowe przekroczyło 25 000 megawatów w ciągu zaledwie 32 godzin pracy systemu (mniej niż 0,4% czasu), podczas gdy maksymalne zapotrzebowanie w ciągu roku wyniosło nieco ponad 27 000 megawatów. Zdolność do „ogolenia” szczytowego zapotrzebowania na podstawie wiarygodnych zobowiązań pozwoliłaby więc prowincji na zmniejszenie mocy wybudowanej o około 2000 megawatów.

Sieci elektroenergetyczne i reakcja na zapotrzebowanie szczytowe

Górny zbiornik (Llyn Stwlan) i zapora elektrowni szczytowo-pompowej Ffestiniog w północnej Walii

W sieci elektroenergetycznej zużycie i produkcja energii elektrycznej muszą być stale zbilansowane; każda znacząca nierównowaga może spowodować niestabilność sieci lub poważne wahania napięcia i spowodować awarie w sieci. Całkowita moc wytwórcza jest zatem ustalana tak, aby odpowiadała całkowitemu zapotrzebowaniu szczytowemu z pewnym marginesem błędu i uwzględnieniem nieprzewidzianych okoliczności (takich jak elektrownie wyłączone w okresach szczytowego zapotrzebowania). Operatorzy będą na ogół planować wykorzystanie najtańszej mocy wytwórczej (pod względem kosztów krańcowych ) w danym okresie oraz wykorzystanie dodatkowej mocy z droższych elektrowni w miarę wzrostu popytu. Reakcja popytu w większości przypadków jest ukierunkowana na zmniejszenie szczytowego zapotrzebowania, aby zmniejszyć ryzyko potencjalnych zakłóceń, uniknąć dodatkowych wymogów dotyczących kosztów kapitałowych dla dodatkowych elektrowni oraz uniknąć stosowania droższych lub mniej wydajnych elektrowni. Odbiorcy energii elektrycznej będą również płacić wyższe ceny, jeśli moce wytwórcze będą wykorzystywane z droższego źródła wytwarzania energii.

Reakcja na popyt może być również wykorzystywana do zwiększania popytu w okresach wysokiej podaży i niskiego popytu. Niektóre typy elektrowni muszą pracować z pełną mocą (np. jądrowe), podczas gdy inne typy mogą produkować przy znikomych kosztach krańcowych (np. wiatr i słońce). Ponieważ zdolność magazynowania energii jest zwykle ograniczona, odpowiedź odbioru może próbować zwiększyć obciążenie w tych okresach, aby utrzymać stabilność sieci. Na przykład w prowincji Ontario we wrześniu 2006 r. przez krótki okres ceny energii elektrycznej dla niektórych użytkowników były ujemne. Magazynowanie energii, takie jak elektrownie szczytowo-pompowe, jest sposobem na zwiększenie obciążenia w okresach niskiego zapotrzebowania na użytkowanie w późniejszych okresach. Wykorzystanie odpowiedzi odbioru w celu zwiększenia obciążenia jest mniej powszechne, ale może być konieczne lub wydajne w systemach, w których występują duże ilości mocy wytwórczych, których nie można łatwo wyłączyć.

Niektóre sieci mogą wykorzystywać mechanizmy cenowe, które nie są ustalane w czasie rzeczywistym, ale łatwiejsze do wdrożenia (na przykład użytkownicy płacą wyższe ceny w ciągu dnia i niższe w nocy), aby zapewnić niektóre korzyści mechanizmu reagowania na zapotrzebowanie przy mniej wymagających wymaganiach technologicznych . W Wielkiej Brytanii od lat 70. XX w. funkcjonują systemy Economy 7 i podobne programy, które próbują przesunąć zapotrzebowanie związane z ogrzewaniem elektrycznym na nocne okresy pozaszczytowe. Niedawno, w 2006 r., Ontario rozpoczęło wdrażanie programu „inteligentnych liczników”, który wprowadza ustalanie cen według „czasu użytkowania” (TOU), które ustalają ceny zgodnie z harmonogramami w godzinach szczytu, w połowie szczytu i poza szczytem. Zimą szczyt definiuje się jako poranek i wczesny wieczór, środek szczytu jako południe do późnego popołudnia, a poza szczytem jako noc; w okresie letnim okresy szczytu i połowy szczytu są odwrócone, co odzwierciedla klimatyzację jako siłę napędową letniego popytu. Od 1 maja 2015 r. większość dostawców energii elektrycznej w Ontario zakończyła konwersję wszystkich klientów na rozliczanie czasu użytkowania „inteligentnym licznikiem” ze stawkami w godzinach szczytu wynoszącymi około 200% i stawkami w połowie szczytu około 150% stawki poza szczytem kWh.

Australia posiada krajowe standardy odpowiedzi na żądanie (seria AS/NZS 4755), które są wdrażane w całym kraju przez dystrybutorów energii elektrycznej od kilkudziesięciu lat, np. sterowanie zasobnikowymi podgrzewaczami wody, klimatyzatorami i pompami basenowymi. W 2016 roku do serii norm dodano sposób zarządzania magazynowaniem energii elektrycznej (np. bateriami).

Odłączanie obciążenia

Systemy wytwarzania i przesyłu energii elektrycznej mogą nie zawsze spełniać wymagania zapotrzebowania szczytowego — największej ilości energii elektrycznej wymaganej przez wszystkich odbiorców mediów w danym regionie. W takich sytuacjach, ogólny popyt musi być obniżone, albo poprzez wyłączenie usługi do niektórych urządzeń lub ograniczania napięcia zasilania ( spadkiem napięcia ), aby zapobiec niekontrolowanemu przerw w dostarczaniu usług, takich jak przerwy w dostawie prądu (rozpowszechnionymi Blackouts) lub uszkodzenia sprzętu. Przedsiębiorstwa użyteczności publicznej mogą narzucać zmniejszenie obciążenia w obszarach usług poprzez ukierunkowane przerwy w dostawie prądu, ciągłe przerwy w dostawie prądu lub umowy z określonymi, intensywnie wykorzystywanymi odbiorcami przemysłowymi w celu wyłączenia sprzętu w okresach szczytowego zapotrzebowania systemu.

Zachęty do zrzucania ładunków

Odbiorcy energii potrzebują zachęty, aby odpowiedzieć na takie żądanie ze strony dostawcy odpowiedzi odbioru . Zachęty do reagowania na popyt mogą mieć charakter formalny lub nieformalny. Na przykład przedsiębiorstwo może stworzyć zachętę taryfową, przepuszczając krótkoterminowe wzrosty cen energii elektrycznej, lub może narzucić obowiązkowe cięcia podczas fali upałów dla wybranych użytkowników o dużym wolumenie, którzy otrzymują wynagrodzenie za swój udział. Inni użytkownicy mogą otrzymać rabat lub inną zachętę w oparciu o zdecydowane zobowiązanie do zmniejszenia mocy w okresach dużego zapotrzebowania, czasami określane jako negawaty .

Komercyjni i przemysłowi użytkownicy energii mogą nakładać na siebie zrzut obciążenia, bez żądania ze strony zakładu. Niektóre przedsiębiorstwa wytwarzają własną energię i chcą pozostać w granicach swoich zdolności produkcyjnych, aby uniknąć kupowania energii z sieci. Niektóre przedsiębiorstwa mają struktury taryf komercyjnych, które ustalają miesięczne koszty energii dla klienta w oparciu o moment największego wykorzystania lub szczytowe zapotrzebowanie klienta. Zachęca to użytkowników do spłaszczania zapotrzebowania na energię, co określane jest mianem zarządzania zapotrzebowaniem na energię , co czasami wymaga czasowego ograniczenia usług.

W niektórych jurysdykcjach wdrożono inteligentne pomiary, aby zapewnić ustalanie cen w czasie rzeczywistym dla wszystkich typów użytkowników, w przeciwieństwie do ustalania cen według stałej stawki przez cały okres popytu. W tej aplikacji użytkownicy mają bezpośrednią motywację do ograniczenia ich używania w okresach dużego popytu i wysokich cen. Wielu użytkowników może nie być w stanie skutecznie zmniejszyć swojego popytu w różnym czasie lub ceny szczytowe mogą być niższe niż poziom wymagany do wywołania zmiany popytu w krótkich okresach czasu (użytkownicy mają niską wrażliwość cenową lub elastyczność popytu jest niska) . Istnieją zautomatyzowane systemy sterowania, które, choć skuteczne, mogą być zbyt drogie, aby były wykonalne w niektórych zastosowaniach.

Aplikacja dla nieciągłych odnawialnych źródeł energii rozproszonej

Nowoczesna sieć energetyczna przechodzi od tradycyjnych, pionowo zintegrowanych struktur użytkowych do systemów rozproszonych, ponieważ zaczyna integrować wyższą penetrację wytwarzania energii odnawialnej. Te źródła energii są z natury często rozproszone i przerywane. Cechy te powodują problemy ze stabilnością i wydajnością sieci, co prowadzi do ograniczenia ilości tych zasobów, które można skutecznie dodać do sieci. W tradycyjnej sieci zintegrowanej pionowo energia jest dostarczana przez wytwórców mediów, którzy są w stanie reagować na zmiany zapotrzebowania. Produkcja energii ze źródeł odnawialnych jest regulowana warunkami środowiskowymi i generalnie nie jest w stanie reagować na zmiany popytu. Wykazano, że responsywna kontrola nad niekrytycznymi obciążeniami podłączonymi do sieci jest skuteczną strategią zdolną do złagodzenia niepożądanych fluktuacji wprowadzanych przez te odnawialne zasoby. W ten sposób pokolenie zamiast odpowiadać na zmiany popytu, popyt odpowiada na zmiany w pokoleniu. To jest podstawa odpowiedzi na zapotrzebowanie. W celu wdrożenia systemów reagowania na zapotrzebowanie niezbędna staje się koordynacja dużej liczby rozproszonych zasobów poprzez czujniki, siłowniki i protokoły komunikacyjne. Aby były skuteczne, urządzenia muszą być ekonomiczne, solidne, a jednocześnie skuteczne w zarządzaniu zadaniami kontrolnymi. Ponadto skuteczna kontrola wymaga silnej zdolności do koordynowania dużych sieci urządzeń, zarządzania i optymalizacji tych rozproszonych systemów zarówno z punktu widzenia ekonomicznego, jak i bezpieczeństwa.

Ponadto zwiększona obecność zmiennego wytwarzania energii ze źródeł odnawialnych powoduje większą potrzebę zamawiania przez władze większej liczby usług pomocniczych w celu zrównoważenia sieci. Jedną z takich usług jest rezerwa na nieprzewidziane okoliczności, która służy do regulacji częstotliwości sieci w sytuacjach awaryjnych. Wielu niezależnych operatorów systemów opracowuje zasady rynków usług pomocniczych w taki sposób, aby odpowiedź popytu mogła uczestniczyć obok tradycyjnych zasobów po stronie podaży – dostępna moc generatorów może być wykorzystywana bardziej efektywnie, gdy działają zgodnie z projektem, co skutkuje niższymi kosztami i mniejszym zanieczyszczeniem. Wraz ze wzrostem stosunku generacji inwerterowej w porównaniu z generacją konwencjonalną maleje mechaniczna bezwładność wykorzystywana do stabilizacji częstotliwości. W połączeniu z wrażliwością generacji opartej na falowniku na częstotliwości nieustalone, coraz większego znaczenia nabiera świadczenie usług pomocniczych z innych źródeł niż generatory.

Technologie redukcji popytu

Dostępne są technologie, a kolejne są w trakcie opracowywania, aby zautomatyzować proces odpowiedzi na zapotrzebowanie. Takie technologie wykrywają potrzebę zmniejszania obciążenia , komunikują zapotrzebowanie uczestniczącym użytkownikom, automatyzują zmniejszanie obciążenia i weryfikują zgodność z programami reagowania na zapotrzebowanie. GridWise i EnergyWeb to dwie główne inicjatywy federalne w Stanach Zjednoczonych mające na celu rozwój tych technologii. Uniwersytety i przemysł prywatny również prowadzą badania i rozwój na tym polu. Skalowalne i kompleksowe rozwiązania programowe dla DR umożliwiają rozwój biznesu i przemysłu.

Niektóre zakłady użyteczności publicznej rozważają i testują zautomatyzowane systemy połączone z użytkownikami przemysłowymi, komercyjnymi i mieszkalnymi, które mogą zmniejszyć zużycie w okresach szczytowego zapotrzebowania, zasadniczo nieznacznie opóźniając pobór. Chociaż wielkość opóźnionego zapotrzebowania może być niewielka, konsekwencje dla sieci (w tym finansowe) mogą być znaczące, ponieważ planowanie stabilności systemu często obejmuje budowanie zdolności na wypadek ekstremalnych zdarzeń szczytowego zapotrzebowania, plus margines bezpieczeństwa w rezerwie. Takie zdarzenia mogą wystąpić tylko kilka razy w roku.

Proces ten może obejmować wyłączenie lub wyłączenie niektórych urządzeń lub zlewów (a gdy zapotrzebowanie jest nieoczekiwanie niskie, potencjalnie zwiększenie wykorzystania). Na przykład, ogrzewanie może zostać wyłączone lub może zostać podkręcona klimatyzacja lub chłodzenie (podniesienie do wyższej temperatury zużywa mniej energii elektrycznej), nieznacznie opóźniając pobór do momentu, gdy minie szczyt użytkowania. W mieście Toronto niektórzy użytkownicy mieszkaniowi mogą uczestniczyć w programie (Peaksaver AC), w ramach którego operator systemu może automatycznie sterować podgrzewaczami ciepłej wody lub klimatyzacją podczas szczytowego zapotrzebowania; sieć czerpie korzyści z opóźnienia szczytowego zapotrzebowania (pozwalając elektrowniom w szczytowym okresie czasu na cykliczność lub unikanie wydarzeń szczytowych), a uczestnik czerpie korzyści z opóźnienia zużycia do czasu po okresach szczytowego zapotrzebowania, kiedy ceny powinny być niższe. Chociaż jest to program eksperymentalny, rozwiązania te na dużą skalę mogą znacznie zmniejszyć zapotrzebowanie szczytowe. Powodzenie takich programów zależy od opracowania odpowiedniej technologii, odpowiedniego systemu ustalania cen energii elektrycznej oraz kosztu technologii bazowej. Bonneville Power eksperymentował z technologiami bezpośredniego sterowania w rezydencjach w Waszyngtonie i Oregonie i odkrył, że uniknięta inwestycja w transmisję uzasadniałaby koszt technologii.

Inne metody wdrażania odpowiedzi na żądanie dotyczą raczej subtelnego skrócenia cykli pracy, niż wprowadzania komplikacji termostatu . Można je wdrożyć za pomocą oprogramowania systemów automatyki budynku dostosowanego do potrzeb klienta lub za pomocą metod opartych na logice roju koordynujących wiele obciążeń w obiekcie (np. sterowniki EnviroGrid firmy Encycle).

Podobne podejście można zastosować do zarządzania szczytowym zapotrzebowaniem na klimatyzację w regionach o szczytach letnich. Wstępne chłodzenie lub utrzymywanie nieco wyższych ustawień termostatu może pomóc w zmniejszeniu zapotrzebowania szczytowego.

W 2008 roku ogłoszono, że elektryczne lodówki będą sprzedawane w Wielkiej Brytanii, wyczuwając dynamiczny popyt, który opóźni lub przyspieszy cykl chłodzenia w oparciu o częstotliwość monitorowania sieci, ale nie są one łatwo dostępne od 2018 r.

Klienci przemysłowi

Klienci przemysłowi również odpowiadają na zapotrzebowanie. W porównaniu z odbiorami komercyjnymi i mieszkalnymi, odbiory przemysłowe mają następujące zalety: wielkość zużycia energii przez przemysłowy zakład produkcyjny i zmiana mocy, jaką może zapewnić, są na ogół bardzo duże; poza tym zakłady przemysłowe zwykle posiadają już infrastrukturę kontroli, komunikacji i udziału w rynku, co umożliwia zapewnienie odpowiedzi na zapotrzebowanie; ponadto niektóre zakłady przemysłowe, takie jak huta aluminium, są w stanie zaoferować szybką i dokładną regulację zużycia energii. Na przykład, Alcoa „s Warrick Operacja uczestniczy w MISO jako wykwalifikowany zasobu reakcji popytu i Trimet Aluminium wykorzystuje huty jako krótkoterminowego Nega-baterii. Wybór odpowiednich branż do realizacji odpowiedzi odbioru opiera się zazwyczaj na ocenie tzw. wartości utraconego obciążenia . Niektóre centra danych znajdują się daleko od siebie w celu zapewnienia nadmiarowości i mogą migrować obciążenia między sobą, jednocześnie realizując reakcję na zapotrzebowanie.

Krótkoterminowe niedogodności dla długoterminowych korzyści

Zrzucanie obciążeń podczas szczytowego zapotrzebowania jest ważne, ponieważ zmniejsza zapotrzebowanie na nowe elektrownie. Aby odpowiedzieć na wysokie zapotrzebowanie szczytowe, przedsiębiorstwa użyteczności publicznej budują bardzo kapitałochłonne elektrownie i linie. Szczytowe zapotrzebowanie występuje zaledwie kilka razy w roku, więc te aktywa wykorzystują zaledwie ułamek ich pojemności. Użytkownicy energii elektrycznej płacą za tę bezczynną moc poprzez ceny, jakie płacą za energię elektryczną. Według koalicji Demand Response Smart Grid Coalition 10-20% kosztów energii elektrycznej w Stanach Zjednoczonych wynika ze szczytowego zapotrzebowania w ciągu zaledwie 100 godzin w roku. DR jest sposobem dla przedsiębiorstw użyteczności publicznej na zmniejszenie zapotrzebowania na duże nakłady kapitałowe, a tym samym na utrzymanie ogólnie niższych stawek; istnieje jednak granica ekonomiczna takich obniżek, ponieważ konsumenci tracą produkcyjną lub wygodną wartość niewykorzystanej energii elektrycznej. W związku z tym mylące jest patrzenie tylko na oszczędności kosztów, jakie może przynieść odpowiedź na zapotrzebowanie, bez uwzględnienia tego, z czego konsument rezygnuje w tym procesie.

Znaczenie dla funkcjonowania rynków energii elektrycznej

Szacuje się, że obniżenie popytu o 5% spowodowałoby 50% obniżkę cen w godzinach szczytu kalifornijskiego kryzysu elektroenergetycznego w latach 2000-2001. W sytuacji, gdy konsumenci stoją w obliczu szczytowych cen i zmniejszając popyt, rynek powinien stać się bardziej odporny na celowe wycofywanie ofert ze strony podaży.

Zużycie energii elektrycznej w budynkach mieszkalnych i komercyjnych często drastycznie się różni w ciągu dnia, a reakcja na zapotrzebowanie próbuje zmniejszyć tę zmienność w oparciu o sygnały cenowe. Istnieją trzy podstawowe zasady tych programów:

1. Niewykorzystane urządzenia do produkcji energii elektrycznej stanowią mniej efektywne wykorzystanie kapitału (niewielkie przychody uzyskuje się, gdy nie działają).
2. Systemy i sieci elektryczne zazwyczaj skalują całkowitą potencjalną produkcję w celu zaspokojenia przewidywanego zapotrzebowania szczytowego (z wystarczającą rezerwą mocy, aby poradzić sobie z nieprzewidzianymi zdarzeniami).
3. Poprzez „wygładzanie” popytu w celu zmniejszenia szczytów, wymagane będą mniejsze inwestycje w rezerwę operacyjną, a istniejące obiekty będą eksploatowane częściej.

Ponadto znaczące szczyty mogą występować rzadko, na przykład dwa lub trzy razy w roku, co wymaga znacznych inwestycji kapitałowych, aby sprostać nieczęstym zdarzeniom.

Ustawa o polityce energetycznej USA dotycząca odpowiedzi odbioru

Stany Zjednoczone Energy Policy Act z 2005 roku został upoważniony do Sekretarza Energii do przedłożenia Kongresu USA „raportu, który identyfikuje i określa ilościowo narodowe korzyści wynikające z reakcji na popyt i sprawia, że zalecenie w sprawie osiągnięcia poziomów określonych takich świadczeń do 1 stycznia 2007 r. " Taki raport został opublikowany w lutym 2006 roku.

Raport szacuje, że w 2004 r. potencjalna zdolność reagowania na zapotrzebowanie wyniosła około 20 500 megawatów ( MW ), 3% całkowitego zapotrzebowania szczytowego w USA, podczas gdy rzeczywista redukcja zapotrzebowania szczytowego wyniosła około 9 000 MW (1,3% wartości szczytowej), pozostawiając duży margines na poprawę. Ponadto szacuje się, że zdolność zarządzania obciążeniem spadła o 32% od 1996 r. Czynniki wpływające na ten trend to mniejsza liczba przedsiębiorstw użyteczności publicznej oferujących usługi zarządzania obciążeniem, spadek liczby zapisów do istniejących programów, zmieniająca się rola i odpowiedzialność przedsiębiorstw użyteczności publicznej oraz zmieniająca się równowaga podaży/popytu.

Aby zachęcić do stosowania i wdrażania odpowiedzi odbioru w Stanach Zjednoczonych, Federalna Komisja Regulacji Energetyki (FERC) wydała w marcu 2011 r. zarządzenie nr 745, które wymaga określonego poziomu rekompensaty dla dostawców odpowiedzi odbioru ekonomicznego, którzy uczestniczą w hurtowych rynkach energii . Porządek jest bardzo kontrowersyjny i sprzeciwia się wielu ekonomistom energii, w tym profesorowi Williamowi W. Hoganowi z Harvard University 's Kennedy School . Profesor Hogan twierdzi, że zamówienie nadmiernie rekompensuje dostawcom odpowiedzi na zapotrzebowanie, zachęcając w ten sposób do ograniczania energii elektrycznej, której wartość ekonomiczna przewyższa koszt jej wytworzenia. Profesor Hogan dalej twierdzi, że rozporządzenie nr 745 jest antykonkurencyjne i jest równoznaczne z „…wnioskiem organu regulacyjnego w celu wyegzekwowania kartelu kupującego”. Kilka poszkodowanych stron, w tym stan Kalifornia, wniosło pozew do sądu federalnego, kwestionując legalność Rozkazu 745. Debata na temat efektywności ekonomicznej i uczciwości Rozkazu 745 pojawiła się w serii artykułów opublikowanych w The Electricity Journal.

W dniu 23 maja 2014 r. Sąd Apelacyjny DC uchylił w całości zarządzenie 745. W dniu 4 maja 2015 r. Sąd Najwyższy Stanów Zjednoczonych zgodził się na rewizję orzeczenia DC Circuit, odnosząc się do dwóch pytań:

1. Czy Federalna Komisja Regulacji Energetyki zasadnie doszła do wniosku, że ma uprawnienia na mocy Federalnej Ustawy o Energetyce, 16 USC 791a i nast., do regulowania zasad stosowanych przez operatorów hurtowych rynków energii elektrycznej w celu płacenia za zmniejszenie zużycia energii elektrycznej i odzyskiwania tych płatności poprzez korekty do stawek hurtowych.
2. Czy Sąd Apelacyjny popełnił błąd uznając, że przepis wydany przez Federalną Komisję Regulacji Energetyki jest arbitralny i kapryśny.

W dniu 25 stycznia 2016 r. Sąd Najwyższy Stanów Zjednoczonych w decyzji 6-2 w sprawie FERC przeciwko Electric Power Supply Ass'n stwierdził, że Federalna Komisja Regulacji Energetyki działała w ramach swoich uprawnień, aby zapewnić „sprawiedliwe i rozsądne” stawki w hurtowej sprzedaży energii rynek.

Redukcja popytu i wykorzystanie generatorów diesla w UK National Grid

W grudniu 2009 r. UK National Grid miał zakontraktowane 2369 MW w celu zapewnienia odpowiedzi na zapotrzebowanie, znane jako STOR , strona popytowa dostarcza 839 MW (35%) z 89 lokalizacji. Z tego 839 MW około 750 MW to generacja rezerwowa, a pozostała część to redukcja obciążenia. Dokument oparty na szeroko zakrojonych półgodzinnych profilach zapotrzebowania i zaobserwowanych zmianach zapotrzebowania na energię elektryczną dla różnych budynków komercyjnych i przemysłowych w Wielkiej Brytanii pokazuje, że tylko niewielka mniejszość zaangażowała się w przesuwanie obciążenia i zmniejszanie zapotrzebowania, podczas gdy większość odpowiedzi na zapotrzebowanie jest zapewniana przez - przez generatory.

Zobacz też

Bibliografia