Регулирование спроса — это изменение потребления электроэнергии потребителем электроэнергии для лучшего соответствия спроса на электроэнергию предложению. [1] До снижения стоимости гидроаккумулирующих станций и аккумуляторов в 21 веке электроэнергию было трудно хранить, поэтому коммунальные службы традиционно согласовывали спрос и предложение, регулируя производительность своих электростанций , включая или отключая генерирующие блоки или импортируя электроэнергию из других коммунальных служб. Существуют ограничения на то, чего можно достичь со стороны предложения, поскольку некоторым генерирующим блокам может потребоваться много времени, чтобы выйти на полную мощность, некоторые блоки могут быть очень дорогими в эксплуатации, а спрос иногда может превышать мощность всех имеющихся электростанций вместе взятых. Регулирование спроса, тип управления спросом на электроэнергию , стремится регулировать спрос на электроэнергию в режиме реального времени вместо регулирования предложения.
Коммунальные предприятия могут подавать своим клиентам сигналы о запросах на электроэнергию различными способами, включая простой учет в часы пониженной нагрузки, когда электроэнергия дешевле в определенное время суток, и интеллектуальный учет , когда клиентам могут сообщаться явные запросы или изменения цен.
Клиент может скорректировать спрос на электроэнергию, отложив некоторые задачи, требующие большого количества электроэнергии, или может решить платить более высокую цену за электроэнергию. Некоторые клиенты могут переключить часть своего потребления на альтернативные источники, такие как солнечные панели и аккумуляторы на месте.
Во многих отношениях ответ на спрос можно просто обозначить как экономическую систему нормирования поставок электроэнергии, поддерживаемую технологиями. В ответ на спрос добровольное нормирование осуществляется ценовыми стимулами — предложением более низкой чистой цены за единицу в обмен на снижение потребления электроэнергии в пиковые периоды. Прямое следствие заключается в том, что пользователи мощности электроэнергии, не снижающие использование (нагрузку) в пиковые периоды, будут платить «пиковые» цены за единицу, либо напрямую, либо с учетом общих тарифов.
Принудительное нормирование, если оно будет применяться, будет осуществляться посредством веерных отключений в периоды пиковой нагрузки. На практике летние волны тепла и зимние сильные заморозки могут характеризоваться запланированными отключениями электроэнергии для потребителей и предприятий, если добровольное нормирование посредством стимулов не сможет адекватно снизить нагрузку, чтобы соответствовать общему энергоснабжению.
По данным Федеральной комиссии по регулированию энергетики США , с 2011 года реагирование на спрос (DR) определялось как: «Изменения в потреблении электроэнергии конечными потребителями по сравнению с их обычными моделями потребления в ответ на изменения цен на электроэнергию с течением времени или на поощрительные выплаты, призванные побудить потребителей к более низкому потреблению электроэнергии в периоды высоких оптовых рыночных цен или когда надежность системы находится под угрозой». [2] DR включает в себя все преднамеренные изменения в моделях потребления электроэнергии, направленные на то, чтобы побудить потребителей изменить сроки, уровень мгновенного спроса или общее потребление электроэнергии. [3] В 2013 году ожидалось, что программы реагирования на спрос будут разработаны для снижения потребления электроэнергии или его переноса с пиковых на непиковые периоды в зависимости от предпочтений и образа жизни потребителей. [4] В 2016 году реагирование на спрос определялось как «широкий спектр действий, которые могут быть предприняты на стороне потребителя счетчика электроэнергии в ответ на определенные условия в электросистеме, такие как перегрузка сети в пиковый период или высокие цены». [5] В 2010 году ответ на спрос был определен как сокращение спроса, призванное снизить пиковый спрос или избежать чрезвычайных ситуаций в системе. Это может быть более экономически эффективной альтернативой, чем добавление генерирующих мощностей для удовлетворения пиковых и случайных всплесков спроса. Основная цель DR — активно вовлекать клиентов в изменение их потребления в ответ на ценовые сигналы. Цель — отражать ожидания поставок через ценовые сигналы потребителей или средства управления и обеспечивать динамические изменения потребления относительно цены. [6]
В электросетях DR похож на динамические механизмы спроса для управления потреблением электроэнергии клиентами в ответ на условия поставки, например, заставляя клиентов электроэнергии сокращать свое потребление в критические моменты или в ответ на рыночные цены. [7] Разница в том, что механизмы реагирования на спрос реагируют на явные запросы на отключение, тогда как динамические устройства спроса пассивно отключаются, когда ощущается напряжение в сети. Реагирование на спрос может включать фактическое сокращение потребляемой мощности или запуск локальной генерации, которая может быть или не быть подключена параллельно с сетью. [8] Это совершенно иная концепция, чем энергоэффективность , которая означает использование меньшего количества энергии для выполнения тех же задач, на постоянной основе или всякий раз, когда эта задача выполняется. В то же время реагирование на спрос является компонентом интеллектуального спроса на энергию, который также включает энергоэффективность, управление энергией дома и здания, распределенные возобновляемые ресурсы и зарядку электромобилей. [9] [10]
Текущие схемы реагирования на спрос реализуются с крупными и мелкими коммерческими, а также бытовыми клиентами, часто с использованием специализированных систем управления для сброса нагрузки в ответ на запрос коммунальной службы или рыночных ценовых условий. Услуги (освещение, машины, кондиционирование воздуха) сокращаются в соответствии с заранее запланированной схемой приоритетности нагрузки в критические временные рамки. Альтернативой сбросу нагрузки является локальная генерация электроэнергии для дополнения электросети . В условиях ограниченного предложения электроэнергии реагирование на спрос может значительно снизить пиковую цену и, в целом, волатильность цен на электроэнергию.
Реагирование на спрос обычно используется для обозначения механизмов, используемых для поощрения потребителей к снижению спроса, тем самым снижая пиковый спрос на электроэнергию. Поскольку системы генерации и передачи электроэнергии, как правило, рассчитаны на соответствие пиковому спросу (плюс запас на ошибку прогнозирования и непредвиденные события), снижение пикового спроса снижает общие требования к заводским и капитальным затратам . Однако в зависимости от конфигурации генерирующих мощностей реагирование на спрос может также использоваться для увеличения спроса (нагрузки) в периоды высокого производства и низкого спроса. Некоторые системы могут, таким образом, поощрять хранение энергии к арбитражу между периодами низкого и высокого спроса (или низких и высоких цен). Майнинг биткойнов — это энергоемкий процесс для преобразования компьютерной аппаратной инфраструктуры, навыков программного обеспечения и электроэнергии в электронную валюту. [11] Майнинг биткойнов используется для увеличения спроса в часы избытка за счет потребления более дешевой энергии. [12]
Существует три типа реагирования на спрос: экстренное реагирование на спрос, экономическое реагирование на спрос и реагирование на спрос вспомогательных услуг. [13] Экстренное реагирование на спрос применяется для предотвращения непреднамеренных перерывов в обслуживании в периоды дефицита поставок. Экономическое реагирование на спрос применяется для того, чтобы позволить потребителям электроэнергии сократить свое потребление, когда производительность или удобство потребления этой электроэнергии для них менее ценны, чем оплата за электроэнергию. Реагирование на спрос вспомогательных услуг состоит из ряда специальных услуг, которые необходимы для обеспечения безопасной работы сети передачи и которые традиционно предоставлялись генераторами.
В большинстве систем электроснабжения некоторые или все потребители платят фиксированную цену за единицу электроэнергии независимо от себестоимости производства на момент потребления. Потребительская цена может быть установлена правительством или регулирующим органом и обычно представляет собой среднюю стоимость за единицу продукции за определенный период времени (например, год). Поэтому потребление не чувствительно к себестоимости производства в краткосрочной перспективе (например, на почасовой основе). С экономической точки зрения потребление электроэнергии потребителями неэластично в короткие сроки, поскольку потребители не сталкиваются с фактической ценой производства; если бы потребители столкнулись с краткосрочными издержками производства, они были бы более склонны изменить свое использование электроэнергии в ответ на эти ценовые сигналы. Чистый экономист мог бы экстраполировать концепцию, чтобы выдвинуть гипотезу о том, что потребители, обслуживаемые по этим фиксированным тарифам, наделены теоретическими «колл-опционами» на электроэнергию, хотя в действительности, как и в любом другом бизнесе, клиент просто покупает то, что предлагается по согласованной цене. [15] Клиент в универмаге, покупающий товар за 10 долларов в 9.00 утра, может заметить 10 продавцов в зале, но только один занят обслуживанием его или ее, в то время как в 3.00 дня клиент может купить тот же товар за 10 долларов и заметить, что все 10 продавцов заняты. Аналогичным образом себестоимость продаж универмага в 9.00 утра может быть в 5-10 раз больше себестоимости продаж в 3.00 дня, но было бы неправдоподобно утверждать, что клиент, не заплатив значительно больше за товар в 9.00 утра, чем в 3.00 дня, имел «колл-опцион» на товар за 10 долларов.
Практически во всех энергосистемах электроэнергия вырабатывается генераторами, которые распределяются в порядке значимости, т. е. сначала используются генераторы с наименьшей предельной стоимостью (самой низкой переменной стоимостью производства), затем следуют следующие по дешевизне и т. д., пока не будет удовлетворен мгновенный спрос на электроэнергию. В большинстве энергосистем оптовая цена электроэнергии будет равна предельной стоимости генератора с самой высокой стоимостью, который поставляет энергию, которая будет меняться в зависимости от уровня спроса. Таким образом, колебания цен могут быть значительными: например, в Онтарио в период с августа по сентябрь 2006 года оптовые цены (в канадских долларах), выплачиваемые производителям, варьировались от пиковых значений в 318 долларов за МВт·ч до минимальных (отрицательных) 3,10 доллара за МВт·ч. [16] [17] Нередко цена меняется в два-пять раз из-за ежедневного цикла спроса. Отрицательная цена указывает на то, что производители платили за поставку электроэнергии в сеть (и потребители, платящие цены в режиме реального времени, могли фактически получить скидку за потребление электроэнергии в этот период). Обычно это происходит ночью, когда спрос падает до уровня, когда все генераторы работают на минимальном уровне мощности, и некоторые из них должны быть отключены. Отрицательная цена является стимулом для осуществления этих отключений наименее затратным способом. [18]
Два исследования Carnegie Mellon в 2006 году рассматривали важность реагирования на спрос для электроэнергетической отрасли в общих чертах [19] и с конкретным применением ценообразования в реальном времени для потребителей для регионального передающего органа PJM Interconnection , обслуживающего 65 миллионов клиентов в США с 180 гигаватт генерирующей мощности. [20] Последнее исследование показало, что даже небольшие изменения пикового спроса будут иметь большое влияние на экономию для потребителей и позволят избежать затрат на дополнительную пиковую мощность: изменение пикового спроса на 1% приведет к экономии в 3,9%, миллиарды долларов на уровне системы. Примерно 10% снижение пикового спроса (достижимое в зависимости от эластичности спроса ) приведет к системной экономии от 8 до 28 миллиардов долларов.
В дискуссионном документе Ахмад Фаруки, руководитель Brattle Group , подсчитал, что 5-процентное снижение пикового спроса на электроэнергию в США может дать приблизительно 35 миллиардов долларов экономии затрат за 20-летний период, без учета стоимости учета и коммуникаций, необходимых для внедрения динамического ценообразования, необходимого для достижения этих сокращений. Хотя чистая выгода будет значительно меньше заявленных 35 миллиардов долларов, она все равно будет весьма существенной. [21] В Онтарио, Канада, Независимый оператор электроэнергетической системы отметил, что в 2006 году пиковый спрос превысил 25 000 мегаватт в течение всего 32 системных часов (менее 0,4% времени), в то время как максимальный спрос в течение года составил чуть более 27 000 мегаватт. Таким образом, возможность «срезать» пиковый спрос на основе надежных обязательств позволит провинции сократить построенную мощность приблизительно на 2 000 мегаватт. [22]
В электросети потребление и производство электроэнергии должны быть сбалансированы в любое время; любой значительный дисбаланс может вызвать нестабильность сети или серьезные колебания напряжения, а также вызвать сбои в сети. Таким образом, общая генерирующая мощность определяется так, чтобы соответствовать общему пиковому спросу с некоторой погрешностью и допуском на непредвиденные обстоятельства (например, отключение установок в периоды пикового спроса). Операторы обычно планируют использовать наименее дорогую генерирующую мощность (с точки зрения предельной стоимости ) в любой заданный период и использовать дополнительную мощность более дорогих установок по мере увеличения спроса. Реагирование на спрос в большинстве случаев направлено на снижение пикового спроса, чтобы снизить риск потенциальных нарушений, избежать дополнительных требований к капитальным затратам для дополнительных установок и избежать использования более дорогих или менее эффективных работающих установок. Потребители электроэнергии также будут платить более высокие цены, если генерирующая мощность используется из более дорогостоящего источника выработки электроэнергии.
Регулирование спроса также может использоваться для увеличения спроса в периоды высокого предложения и низкого спроса. Некоторые типы генерирующих установок должны работать почти на полную мощность (например, атомные), в то время как другие типы могут производить с незначительной предельной стоимостью (например, ветряные и солнечные). Поскольку обычно существует ограниченная емкость для хранения энергии, регулирование спроса может попытаться увеличить нагрузку в эти периоды, чтобы сохранить стабильность сети. Например, в провинции Онтарио в сентябре 2006 года был короткий период времени, когда цены на электроэнергию были отрицательными для некоторых пользователей. Хранение энергии , такое как гидроаккумулирующие электростанции, является способом увеличения нагрузки в периоды низкого спроса для использования в более поздние периоды. Использование регулирования спроса для увеличения нагрузки встречается реже, но может быть необходимым или эффективным в системах, где есть большие объемы генерирующих мощностей, которые нельзя легко циклически выключить.
Некоторые сети могут использовать механизмы ценообразования, которые не работают в режиме реального времени, но их проще реализовать (например, пользователи платят более высокие цены днем и более низкие цены ночью), чтобы обеспечить некоторые преимущества механизма реагирования на спрос с менее строгими технологическими требованиями. В Великобритании с 1970-х годов действует Economy 7 и аналогичные схемы, которые пытаются сместить спрос, связанный с электрическим отоплением, на ночные периоды непиковой нагрузки. Совсем недавно, в 2006 году, Онтарио начало внедрять программу «умных счетчиков», которая реализует ценообразование «по времени использования» (TOU), которое устанавливает уровни цен в соответствии с графиками пиковой, средней и малой нагрузки. Зимой пиковая нагрузка определяется как утро и ранний вечер, средняя пиковая нагрузка — как полдень и поздний вечер, а непиковая нагрузка — как ночь; летом пиковые и среднепиковые периоды меняются местами, что отражает кондиционирование воздуха как движущую силу летнего спроса. По состоянию на 1 мая 2015 года большинство электроэнергетических компаний Онтарио завершили перевод всех клиентов на тарификацию по времени использования с использованием «умных счетчиков» со ставками в пиковые часы около 200% и в средние пиковые часы около 150% от ставки в непиковые часы за кВт·ч.
В Австралии действуют национальные стандарты Demand Response (серия AS/NZS 4755), которые уже несколько десятилетий внедряются по всей стране дистрибьюторами электроэнергии, например, для управления водонагревателями, кондиционерами и насосами для бассейнов. В 2016 году в серию стандартов был добавлен порядок управления накопителями электроэнергии (например, аккумуляторами).
Когда происходит потеря нагрузки (генерирующая мощность падает ниже нагрузки), коммунальные службы могут применить отключение нагрузки (также известное как программа аварийного снижения нагрузки , [23] ELRP ) в обслуживаемых зонах посредством целевых отключений, веерных отключений или по соглашениям с конкретными промышленными потребителями с высокой нагрузкой об отключении оборудования в периоды пикового спроса в масштабах всей системы. [24]
Потребителям энергии нужен стимул для ответа на такой запрос от поставщика услуг реагирования на спрос. Стимулы реагирования на спрос могут быть формальными или неформальными. Коммунальная компания может создать тарифный стимул, передав краткосрочное повышение цен на электроэнергию, или они могут ввести обязательные сокращения во время сильной жары для отдельных крупных потребителей, которым компенсируют их участие. Другие пользователи могут получить скидку или другой стимул, основанный на твердых обязательствах по сокращению мощности в периоды высокого спроса, [25] иногда называемых негаваттами [22] (термин был придуман Эмори Ловинсом в 1985 году). [26] Например, Калифорния ввела свой собственный ELRP, где после объявления чрезвычайной ситуации зарегистрированные клиенты получают кредит за снижение потребления электроэнергии (1 доллар за кВт· ч в 2021 году, 2 доллара в 2022 году). [27]
Коммерческие и промышленные потребители электроэнергии могут налагать сброс нагрузки на себя без запроса от коммунальной службы. Некоторые предприятия генерируют собственную электроэнергию и хотят оставаться в пределах своих мощностей по производству энергии, чтобы не покупать электроэнергию из сети. Некоторые коммунальные службы имеют коммерческие тарифные структуры, которые устанавливают стоимость электроэнергии для клиента на месяц на основе момента максимального использования или пикового спроса. Это побуждает пользователей выравнивать свой спрос на энергию, что известно как управление спросом на энергию , которое иногда требует временного сокращения услуг.
Интеллектуальный учет был реализован в некоторых юрисдикциях для обеспечения ценообразования в реальном времени для всех типов пользователей, в отличие от фиксированного ценообразования в течение всего периода спроса. В этом приложении пользователи имеют прямой стимул сократить свое использование в периоды высокого спроса и высоких цен. Многие пользователи могут быть не в состоянии эффективно сократить свой спрос в разное время, или пиковые цены могут быть ниже уровня, необходимого для того, чтобы вызвать изменение спроса в течение коротких периодов времени (пользователи имеют низкую ценовую чувствительность , или эластичность спроса низкая). Существуют автоматизированные системы управления, которые, хотя и эффективны, могут быть слишком дорогими, чтобы быть осуществимыми для некоторых приложений.
Интеллектуальные сетевые приложения улучшают способность производителей и потребителей электроэнергии общаться друг с другом и принимать решения о том, как и когда производить и потреблять электроэнергию. [10] [28] Эта новая технология позволит клиентам перейти от реагирования на спрос на основе событий, когда коммунальное предприятие запрашивает сброс нагрузки, к более круглосуточному реагированию на спрос, когда клиент видит стимулы для постоянного контроля нагрузки. Хотя этот диалог увеличивает возможности реагирования на спрос, клиенты по-прежнему в значительной степени зависят от экономических стимулов и неохотно отказываются от полного контроля над своими активами в пользу коммунальных компаний. [29]
Одним из преимуществ интеллектуального сетевого приложения является ценообразование на основе времени. Клиенты, которые традиционно платят фиксированную ставку за потребляемую энергию ( кВтч ) и запрашиваемую пиковую нагрузку, могут установить свой порог и скорректировать свое использование, чтобы воспользоваться колеблющимися ценами. Это может потребовать использования системы управления энергопотреблением для управления приборами и оборудованием и может включать экономию масштаба. Еще одним преимуществом, в основном для крупных клиентов с генерацией, является возможность тщательно контролировать, переключать и балансировать нагрузку таким образом, чтобы клиент мог экономить пиковую нагрузку и не только экономить на кВтч и кВт/месяц, но и иметь возможность торговать тем, что он сэкономил на энергетическом рынке. Опять же, это требует сложных систем управления энергопотреблением, стимулов и жизнеспособного торгового рынка.
Приложения для интеллектуальных сетей расширяют возможности реагирования на спрос, предоставляя данные в режиме реального времени производителям и потребителям, однако движущей силой этой практики остаются экономические и экологические стимулы.
Одним из важнейших средств реагирования на спрос в будущих интеллектуальных сетях являются электромобили. Агрегация этого нового источника энергии, который также является новым источником неопределенности в электрических системах, имеет решающее значение для сохранения стабильности и качества интеллектуальных сетей, следовательно, парковки электромобилей можно считать субъектом агрегации реагирования на спрос. [30]
Современная электросеть переходит от традиционных вертикально интегрированных структур коммунальных служб к распределенным системам, поскольку она начинает интегрировать более высокие уровни проникновения возобновляемой генерации энергии. Эти источники энергии часто распределены диффузно и прерывисты по своей природе. Эти особенности создают проблемы в стабильности и эффективности сети, что приводит к ограничениям на количество этих ресурсов, которые могут быть эффективно добавлены в сеть. В традиционной вертикально интегрированной сети энергия предоставляется коммунальными генераторами, которые способны реагировать на изменения спроса. Выработка возобновляемыми ресурсами регулируется условиями окружающей среды и, как правило, не способна реагировать на изменения спроса. Было показано, что отзывчивый контроль над некритическими нагрузками, подключенными к сети, является эффективной стратегией, способной смягчить нежелательные колебания, вносимые этими возобновляемыми ресурсами. [31] Таким образом, вместо того, чтобы генерация реагировала на изменения спроса, спрос реагирует на изменения генерации. Это основа реагирования на спрос. Для внедрения систем реагирования на спрос становится необходимой координация большого количества распределенных ресурсов с помощью датчиков, исполнительных механизмов и протоколов связи. Чтобы быть эффективными, устройства должны быть экономичными, надежными и при этом эффективными в управлении своими задачами контроля. Кроме того, эффективный контроль требует мощной возможности координировать большие сети устройств, управляя и оптимизируя эти распределенные системы как с экономической точки зрения, так и с точки зрения безопасности.
Кроме того, возросшее присутствие переменной возобновляемой генерации обуславливает большую потребность властей в закупке большего количества вспомогательных услуг для баланса сети. Одной из таких услуг является резерв на случай непредвиденных обстоятельств, который используется для регулирования частоты сети в непредвиденных обстоятельствах. Многие независимые системные операторы структурируют правила рынков вспомогательных услуг таким образом, чтобы реакция спроса могла участвовать наряду с традиционными ресурсами со стороны предложения - имеющаяся мощность генераторов может использоваться более эффективно при эксплуатации в соответствии с проектом, что приводит к снижению затрат и уменьшению загрязнения. По мере увеличения соотношения инверторной генерации по сравнению с обычной генерацией, механическая инерция, используемая для стабилизации частоты, уменьшается. В сочетании с чувствительностью инверторной генерации к переходным частотам предоставление вспомогательных услуг из других источников, чем генераторы, становится все более важным. [32] [33]
Технологии доступны, и еще больше находятся в стадии разработки, для автоматизации процесса реагирования на спрос. Такие технологии определяют необходимость сброса нагрузки , сообщают о спросе участвующим пользователям, автоматизируют сброс нагрузки и проверяют соответствие программам реагирования на спрос. GridWise и EnergyWeb являются двумя основными федеральными инициативами в Соединенных Штатах по разработке этих технологий. Университеты и частная промышленность также проводят исследования и разработки в этой области. Масштабируемые и комплексные программные решения для DR обеспечивают рост бизнеса и отрасли.
Некоторые коммунальные службы рассматривают и тестируют автоматизированные системы, подключенные к промышленным, коммерческим и жилым пользователям, которые могут сократить потребление в периоды пикового спроса, по сути, немного задерживая потребление. Хотя величина задержки спроса может быть небольшой, последствия для сети (включая финансовые) могут быть существенными, поскольку планирование стабильности системы часто включает в себя наращивание мощности для экстремальных пиковых событий спроса, а также запас прочности в резерве. Такие события могут происходить только несколько раз в год.
Процесс может включать в себя отключение или выключение определенных приборов или раковин (и, когда спрос неожиданно низок, потенциальное увеличение потребления). Например, отопление может быть отключено или кондиционирование воздуха или охлаждение может быть включено (увеличение до более высокой температуры потребляет меньше электроэнергии), немного задерживая потребление до тех пор, пока не пройдет пик потребления. [34] В городе Торонто некоторые бытовые пользователи могут участвовать в программе (Peaksaver AC [35] ), в рамках которой системный оператор может автоматически управлять водонагревателями или кондиционированием воздуха во время пикового спроса; сеть выигрывает, задерживая пиковый спрос (давая пиковым установкам время для включения или избегая пиковых событий), а участник выигрывает, задерживая потребление до периодов после пикового спроса, когда цены должны быть ниже. Хотя это экспериментальная программа, в масштабе эти решения имеют потенциал для значительного снижения пикового спроса. Успех таких программ зависит от разработки соответствующей технологии, подходящей системы ценообразования на электроэнергию и стоимости базовой технологии. Компания Bonneville Power провела эксперименты с технологиями прямого управления в жилых домах Вашингтона и Орегона и обнаружила, что инвестиции в предотвращение передачи электроэнергии оправдают стоимость технологии. [36]
Другие методы реализации реагирования на спрос решают проблему постепенного сокращения рабочих циклов, а не внедрения понижений термостата . [37] Они могут быть реализованы с помощью индивидуального программирования систем автоматизации зданий или с помощью методов роевой логики, координирующих несколько нагрузок на объекте (например, контроллеры EnviroGrid компании Encycle). [38] [39]
Аналогичный подход может быть реализован для управления пиковым спросом на кондиционирование воздуха в регионах с летним пиком. Предварительное охлаждение или поддержание немного более высокой настройки термостата может помочь в снижении пикового спроса. [40]
В 2008 году было объявлено, что в Великобритании будут продаваться электрические холодильники, чувствительные к динамическому спросу , которые будут задерживать или ускорять цикл охлаждения на основе мониторинга частоты сети [41], но по состоянию на 2018 год они еще не поступили в продажу.
Промышленные потребители также обеспечивают реагирование на спрос. По сравнению с коммерческими и жилыми нагрузками промышленные нагрузки имеют следующие преимущества: [42] величина потребления электроэнергии промышленным производственным предприятием и изменение мощности, которое оно может предоставить, как правило, очень велики; кроме того, промышленные предприятия обычно уже имеют инфраструктуры для управления, связи и участия на рынке, что позволяет обеспечить реагирование на спрос; более того, некоторые промышленные предприятия, такие как алюминиевый завод [43], способны предложить быструю и точную корректировку своего потребления электроэнергии. Например, Alcoa 's Warrick Operation участвует в MISO в качестве квалифицированного ресурса реагирования на спрос, [44] а Trimet Aluminium использует свой плавильный завод в качестве краткосрочной отрицательной батареи. [45] Выбор подходящих отраслей для предоставления реагирования на спрос, как правило, основан на оценке так называемой стоимости потерянной нагрузки . [46] Некоторые центры обработки данных расположены далеко друг от друга для обеспечения избыточности и могут перемещать нагрузки между ними, одновременно выполняя реагирование на спрос. [47]
Сброс нагрузки во время пикового спроса важен, поскольку он снижает потребность в новых электростанциях. Чтобы реагировать на высокий пиковый спрос, коммунальные предприятия строят очень капиталоемкие электростанции и линии. Пиковый спрос случается всего несколько раз в год, поэтому эти активы работают на лишь небольшой части своей мощности. Потребители электроэнергии платят за эту простаивающую мощность через цены, которые они платят за электроэнергию. По данным Demand Response Smart Grid Coalition, 10%–20% расходов на электроэнергию в Соединенных Штатах обусловлены пиковым спросом в течение всего лишь 100 часов в году. [48] DR — это способ для коммунальных предприятий сократить потребность в крупных капитальных затратах и, таким образом, поддерживать низкие ставки в целом; однако существует экономический предел для таких сокращений, поскольку потребители теряют производительную или удобную ценность непотребленной электроэнергии. Таким образом, ошибочно смотреть только на экономию затрат, которую может обеспечить реакция на спрос, не принимая во внимание то, от чего отказывается потребитель в этом процессе.
Подсчитано [14] , что 5%-ное снижение спроса привело бы к 50%-ному снижению цен в пиковые часы калифорнийского энергетического кризиса 2000–2001 гг. Поскольку потребители сталкиваются с пиковыми ценами и снижают свой спрос, рынок должен стать более устойчивым к преднамеренному отзыву предложений со стороны предложения.
Потребление электроэнергии в жилых и коммерческих помещениях часто резко меняется в течение дня, и ответ на спрос пытается сократить изменчивость на основе ценовых сигналов. В основе этих программ лежат три основных принципа:
Кроме того, существенные пики могут происходить лишь изредка, например, два-три раза в год, что требует значительных капиталовложений для реагирования на нечастые события.
Закон США об энергетической политике 2005 года обязывает министра энергетики представить Конгрессу США «отчет, который определяет и количественно оценивает национальные выгоды от реагирования на спрос и дает рекомендации по достижению конкретных уровней таких выгод к 1 января 2007 года». Такой отчет был опубликован в феврале 2006 года. [49]
В отчете подсчитано, что в 2004 году потенциальная способность реагирования на спрос составила около 20 500 мегаватт ( МВт ), 3% от общего пикового спроса в США, в то время как фактическое снижение пикового спроса составило около 9 000 МВт (1,3% от пикового), что оставляет достаточный запас для улучшения. Далее подсчитано, что способность управления нагрузкой упала на 32% с 1996 года. Факторы, влияющие на эту тенденцию, включают меньшее количество коммунальных служб, предлагающих услуги по управлению нагрузкой, снижение набора в существующие программы, изменение роли и ответственности коммунальных служб и изменение баланса спроса и предложения.
Чтобы поощрить использование и реализацию реагирования на спрос в Соединенных Штатах, Федеральная комиссия по регулированию энергетики (FERC) в марте 2011 года издала Приказ № 745, который требует определенного уровня компенсации для поставщиков экономического реагирования на спрос, которые участвуют в оптовых рынках электроэнергии. [50] Приказ является весьма спорным и был выдвинут против ряда экономистов в области энергетики, включая профессора Уильяма У. Хогана из Школы Кеннеди Гарвардского университета . Профессор Хоган утверждает, что приказ чрезмерно компенсирует поставщикам реагирования на спрос, тем самым поощряя сокращение электроэнергии, экономическая стоимость которой превышает стоимость ее производства. Профессор Хоган далее утверждает, что Приказ № 745 является антиконкурентным и равносилен «... применению регулирующих полномочий для обеспечения картеля покупателя». [51] Несколько затронутых сторон, включая штат Калифорния, подали иск в федеральный суд, оспаривая законность Приказа 745. [52] Дебаты относительно экономической эффективности и справедливости Приказа 745 появились в серии статей, опубликованных в The Electricity Journal. [53] [54] [55]
23 мая 2014 года Окружной апелляционный суд округа Колумбия полностью отменил постановление 745. [56] 4 мая 2015 года Верховный суд США согласился пересмотреть постановление Окружного суда округа Колумбия, рассмотрев два вопроса:
25 января 2016 года Верховный суд США в решении 6-2 по делу FERC против Electric Power Supply Ass'n пришел к выводу, что Федеральная комиссия по регулированию энергетики действовала в рамках своих полномочий, чтобы обеспечить «справедливые и разумные» тарифы на оптовом рынке электроэнергии. [58]
FERC издала приказ № 2222 от 17 сентября 2020 года, позволяющий распределенным энергетическим ресурсам участвовать в региональных оптовых рынках электроэнергии. [59] [60] Операторы рынка представили первоначальные планы соответствия к началу 2022 года. [61]
По состоянию на декабрь 2009 года National Grid имела 2369 МВт, законтрактованных для обеспечения реагирования на спрос, известного как STOR , сторона спроса обеспечивает 839 МВт (35%) с 89 площадок. Из этих 839 МВт примерно 750 МВт — это резервная генерация, а остальное — снижение нагрузки. [62] Статья, основанная на обширных получасовых профилях спроса и наблюдаемом изменении спроса на электроэнергию для различных коммерческих и промышленных зданий в Великобритании, показывает, что только небольшое меньшинство занимается переключением нагрузки и снижением спроса, в то время как большая часть реагирования на спрос обеспечивается резервными генераторами. [63]
Миграция нагрузки в пределах существующей мощности центра обработки данных в часы сокращения в CAISO может сократить выбросы парниковых газов на 113–239 кт CO 2e в год и поглотить до 62% от общего сокращения с отрицательными затратами на снижение выбросов в 2019 г.
{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (link)