stringtranslate.com

Управление спросом на энергию

Управление спросом на энергию , также известное как управление спросом ( DSM ) или реагирование на спрос ( DSR ) [1] , представляет собой изменение потребительского спроса на энергию с помощью различных методов, таких как финансовое стимулирование [2] и изменение поведения посредством образования.

Обычно целью управления спросом является поощрение потребителя использовать меньше энергии в часы пик или перенести время использования энергии на непиковое время, например, на ночное время и выходные. [3] Управление пиковым спросом не обязательно снижает общее потребление энергии , но можно ожидать, что оно снизит потребность в инвестициях в сети и/или электростанции для удовлетворения пикового спроса. Примером может служить использование накопителей энергии для хранения энергии в непиковые часы и ее разрядки в часы пик. [4]

Более новое применение DSM — помощь операторам сетей в балансировке переменной генерации от ветровых и солнечных установок, особенно когда сроки и величина спроса на энергию не совпадают с возобновляемой генерацией. Генераторы, которые включаются в работу в периоды пикового спроса, часто работают на ископаемом топливе. Минимизация их использования снижает выбросы углекислого газа и других загрязняющих веществ. [5] [6]

Термин DSM был придуман после энергетических кризисов 1973 и 1979 годов . [7] Правительства многих стран предписали выполнение различных программ по управлению спросом. Ранним примером является Закон о национальной политике энергосбережения 1978 года в США , которому предшествовали аналогичные действия в Калифорнии и Висконсине . Управление спросом было публично представлено Институтом исследований в области электроэнергетики (EPRI) в 1980-х годах. [8] В настоящее время технологии DSM становятся все более осуществимыми благодаря интеграции информационно-коммуникационных технологий и энергосистемы, новым терминам, таким как интегрированное управление спросом (IDSM) или интеллектуальная сеть . [9] [10]

Операция

Американская электроэнергетическая промышленность изначально в значительной степени зависела от импорта иностранной энергии, будь то в форме потребляемой электроэнергии или ископаемого топлива , которое затем использовалось для производства электроэнергии. Во время энергетических кризисов в 1970-х годах федеральное правительство приняло Закон о политике регулирования коммунальных услуг (PURPA) , надеясь снизить зависимость от иностранной нефти и способствовать повышению энергоэффективности и альтернативным источникам энергии. Этот закон вынудил коммунальные предприятия получать максимально дешевую электроэнергию от независимых производителей, что в свою очередь способствовало развитию возобновляемых источников энергии и побудило коммунальные предприятия сократить объем необходимой им электроэнергии, тем самым продвигая программы повышения энергоэффективности и управления спросом. [11]

Потребление электроэнергии может существенно меняться в краткосрочные и среднесрочные периоды времени в зависимости от текущих погодных условий. Обычно оптовая система электроэнергии подстраивается под меняющийся спрос, направляя дополнительную или меньшую генерацию. Однако в пиковые периоды дополнительная генерация обычно обеспечивается менее эффективными («пиковыми») источниками. К сожалению, мгновенные финансовые и экологические издержки использования этих «пиковых» источников не обязательно отражаются в системе розничных цен. Кроме того, способность или готовность потребителей электроэнергии подстраиваться под ценовые сигналы путем изменения спроса ( эластичность спроса ) может быть низкой, особенно в короткие сроки. На многих рынках потребители (особенно розничные клиенты) вообще не сталкиваются с ценообразованием в реальном времени, а платят по ставкам, основанным на среднегодовых затратах или других сконструированных ценах. [ требуется ссылка ]

Действия по управлению спросом на электроэнергию направлены на то, чтобы приблизить спрос и предложение на электроэнергию к воспринимаемому оптимуму и помочь предоставить конечным потребителям электроэнергии преимущества для снижения их спроса. В современной системе все более распространенным становится комплексный подход к управлению спросом. IDSM автоматически посылает сигналы системам конечного потребления для сброса нагрузки в зависимости от состояния системы. Это позволяет очень точно настраивать спрос, чтобы гарантировать, что он всегда соответствует предложению, снижает капитальные затраты для коммунального предприятия. Критическими состояниями системы могут быть пиковые периоды или районы с уровнями переменной возобновляемой энергии , в периоды, когда спрос необходимо корректировать в сторону повышения, чтобы избежать перепроизводства, или в сторону понижения, чтобы помочь с растущими потребностями. [ требуется ссылка ]

В целом, корректировка спроса может происходить различными способами: посредством реагирования на ценовые сигналы, такие как постоянные дифференцированные тарифы для вечернего и дневного времени или периодические дни с высокой стоимостью использования, изменения поведения, достигаемые с помощью домашних сетей , автоматизированного управления, например, с помощью дистанционно управляемых кондиционеров, или с помощью постоянной корректировки нагрузки с помощью энергоэффективных приборов. [ требуется ссылка ]

Логические основы

Спрос на любой товар может быть изменен действиями участников рынка и правительства ( регулирование и налогообложение). Управление спросом на энергию подразумевает действия, которые влияют на спрос на энергию. DSM изначально был принят в электроэнергетике, но сегодня он широко применяется в коммунальных услугах, включая воду и газ. [ необходима цитата ]

Сокращение спроса на энергию противоречит тому, что делали и поставщики энергии, и правительства на протяжении большей части современной промышленной истории. В то время как реальные цены на различные формы энергии снижались на протяжении большей части промышленной эпохи из-за экономии масштаба и технологий, ожидание на будущее противоположно. Раньше было не неразумно поощрять использование энергии, поскольку в будущем можно было ожидать более обильных и дешевых источников энергии или поставщик установил избыточные мощности, которые стали бы более прибыльными за счет увеличения потребления. [ необходима цитата ]

В централизованно планируемых экономиках субсидирование энергии было одним из основных инструментов экономического развития. Субсидии в сфере энергоснабжения все еще распространены в некоторых странах. [ необходима цитата ]

Вопреки исторической ситуации, ожидается, что цены на энергию и ее доступность ухудшатся. Правительства и другие государственные субъекты, если не сами поставщики энергии, стремятся применять меры по регулированию спроса на энергию, которые повысят эффективность потребления энергии. [ необходима цитата ]

Типы

Шкала

В целом управление спросом можно разделить на четыре категории: национальный масштаб, масштаб коммунального предприятия, масштаб сообщества и масштаб отдельного домохозяйства.

Национальный масштаб

Повышение энергоэффективности является одной из важнейших стратегий управления спросом. [18] Повышение энергоэффективности может быть реализовано на национальном уровне посредством законодательства и стандартов в жилищном секторе, строительстве, бытовой технике, транспорте, машинах и т. д.

Масштаб полезности

В период пикового спроса коммунальные службы могут управлять водонагревателями, насосами для бассейнов и кондиционерами на больших территориях, чтобы снизить пиковый спрос, например, в Австралии и Швейцарии. Одной из распространенных технологий является пульсирующее управление: высокочастотный сигнал (например, 1000 Гц) накладывается на обычное электричество (50 или 60 Гц) для включения или выключения устройств. [19] В экономиках, ориентированных на услуги, таких как Австралия, пиковый спрос на электроэнергию часто приходится на конец дня или начало вечера (с 16:00 до 20:00). Потребление в жилых и коммерческих помещениях является наиболее значительной частью этих типов пикового спроса. [20] Поэтому для коммунальных служб (распределителей электроэнергии) имеет смысл управлять водонагревателями, насосами для бассейнов и кондиционерами в жилых помещениях.

Масштаб сообщества

Другие названия могут быть «соседство», «участок» или «район». Системы центрального отопления в общинах существуют уже много десятилетий в регионах с холодными зимами. Аналогично, пиковый спрос в регионах с пиковой нагрузкой летом необходимо контролировать, например, Техас и Флорида в США, Квинсленд и Новый Южный Уэльс в Австралии. Управление спросом может быть реализовано в масштабах общины для снижения пикового спроса на отопление или охлаждение. [21] [22] Другим аспектом является достижение здания или общины с нулевым потреблением энергии . [23]

Управление энергией, пиковым спросом и счетами на уровне сообщества может быть более осуществимым и жизнеспособным из-за коллективной покупательной способности, переговорной силы, большего количества вариантов в области энергоэффективности или хранения, [24] большей гибкости и разнообразия в производстве и потреблении энергии в разное время, например, использование фотоэлектрических систем для компенсации дневного потребления или для хранения энергии.

Бытовые весы

В районах Австралии более 30% (2016) домохозяйств имеют фотоэлектрические системы на крыше. Для них полезно использовать бесплатную энергию солнца, чтобы сократить импорт энергии из сети. Кроме того, управление спросом может быть полезным, когда рассматривается системный подход: работа фотоэлектрических систем, кондиционеров, систем хранения энергии аккумуляторов, водонагревателей, эксплуатационные характеристики здания и меры по повышению энергоэффективности. [25]

Примеры

Квинсленд, Австралия

Коммунальные компании в штате Квинсленд, Австралия, установили устройства на некоторые бытовые приборы, такие как кондиционеры или в бытовые счетчики для управления водонагревателями, насосами для бассейнов и т. д. Эти устройства позволят энергетическим компаниям удаленно циклично использовать эти предметы в часы пик. Их план также включает повышение эффективности энергопотребляющих предметов и предоставление финансовых стимулов потребителям, которые используют электричество в непиковые часы, когда для энергетических компаний его производство обходится дешевле. [26]

Другим примером является то, что при управлении спросом домохозяйства юго-восточного Квинсленда могут использовать электроэнергию от фотоэлектрической системы на крыше для нагрева воды. [27]

Торонто, Канада

В 2008 году Toronto Hydro, монопольный дистрибьютор энергии в Онтарио, зарегистрировал более 40 000 человек, чтобы иметь удаленные устройства, прикрепленные к кондиционерам, которые энергетические компании используют для компенсации скачков спроса. Пресс-секретарь Таня Брукмюллер говорит, что эта программа может снизить спрос на 40 мегаватт во время чрезвычайных ситуаций. [28]

Индиана, США

Alcoa Warrick Operation участвует в MISO в качестве квалифицированного ресурса реагирования на спрос, что означает, что он обеспечивает реагирование на спрос с точки зрения энергии, вращающегося резерва и услуг по регулированию. [29] [30]

Бразилия

Управление спросом может применяться к электроэнергетическим системам, основанным на тепловых электростанциях, или к системам, где преобладают возобновляемые источники энергии , такие как гидроэлектроэнергия , но с дополнительной тепловой генерацией , например, в Бразилии .

В случае Бразилии, несмотря на то, что выработка гидроэлектроэнергии составляет более 80% от общего объема, для достижения практического баланса в системе генерации энергия, вырабатываемая гидроэлектростанциями, обеспечивает потребление ниже пикового спроса . Пиковая выработка обеспечивается за счет использования электростанций, работающих на ископаемом топливе. В 2008 году бразильские потребители заплатили более 1 млрд. долл. США [31] за дополнительную термоэлектрическую генерацию, которая ранее не была запрограммирована.

В Бразилии потребитель платит за все инвестиции в обеспечение энергией, даже если завод простаивает. Для большинства тепловых электростанций, работающих на ископаемом топливе, потребители платят за «топливо» и другие эксплуатационные расходы только тогда, когда эти электростанции вырабатывают энергию. Энергия, за единицу произведенной энергии, дороже на тепловых электростанциях, чем на гидроэлектростанциях. Только несколько бразильских теплоэлектростанций используют природный газ , поэтому они загрязняют окружающую среду значительно больше, чем гидроэлектростанции. Электроэнергия, вырабатываемая для удовлетворения пикового спроса, имеет более высокие затраты — как инвестиционные, так и эксплуатационные расходы — а загрязнение имеет значительные экологические издержки и потенциально финансовую и социальную ответственность за его использование. Таким образом, расширение и эксплуатация текущей системы не так эффективны, как могли бы быть при использовании управления спросом. Следствием этой неэффективности является рост тарифов на электроэнергию, который перекладывается на потребителей. [ необходима цитата ]

Более того, поскольку электроэнергия вырабатывается и потребляется практически мгновенно, все объекты, такие как линии электропередач и распределительные сети, построены для пикового потребления. В непиковые периоды их полная мощность не используется. [ необходима цитата ]

Сокращение пикового потребления может принести пользу эффективности электрических систем, таких как бразильская система, различными способами: откладывая новые инвестиции в распределительные и передающие сети и уменьшая необходимость в дополнительной работе тепловой энергии в пиковые периоды, что может уменьшить как оплату инвестиций в новые электростанции для поставок только в пиковые периоды, так и воздействие на окружающую среду, связанное с выбросами парниковых газов . [ необходима ссылка ]

Проблемы

Некоторые утверждают, что управление спросом было неэффективным, поскольку оно часто приводило к более высоким расходам на коммунальные услуги для потребителей и меньшей прибыли для коммунальных служб. [32]

Одной из основных целей управления спросом является возможность взимать плату с потребителя на основе реальной цены коммунальных услуг на тот момент. Если бы потребители могли взимать меньшую плату за использование электроэнергии в непиковые часы и большую в пиковые часы, то спрос и предложение теоретически поощряли бы потребителя использовать меньше электроэнергии в пиковые часы, тем самым достигая основной цели управления спросом. [ необходима цитата ]

Смотрите также

Примечания

  1. ^ "Гибкость электросистемы". Ofgem . Правительство Соединенного Королевства. 2013-06-17. Архивировано из оригинала 2020-06-19 . Получено 7 сентября 2016 .
  2. ^ Чиу, Вэй-Ю; Сан, Хунцзянь; Пур, Х. Винсент (2013). «Управление энергетическим дисбалансом с использованием надежной схемы ценообразования». IEEE Transactions on Smart Grid . 4 (2): 896–904. arXiv : 1705.02135 . doi : 10.1109/TSG.2012.2216554. S2CID  5752292.
  3. ^ "Управление спросом". Управление энергетики . Правительство Западной Австралии. Архивировано из оригинала 20 марта 2012 года . Получено 30 ноября 2010 года .
  4. ^ Wei-Yu Chiu; Hongjian Sun; HV Poor (ноябрь 2012 г.). «Управление системой хранения энергии на стороне спроса в интеллектуальной сети». Третья международная конференция IEEE 2012 г. по коммуникациям в интеллектуальных сетях (SmartGridComm) (PDF) . стр. 73, 78, 5–8. doi :10.1109/SmartGridComm.2012.6485962. ISBN 978-1-4673-0910-3. S2CID  15881783.
  5. ^ Джеффри Гринблатт; Джейн Лонг (сентябрь 2012 г.). «Энергетическое будущее Калифорнии: портреты энергетических систем для достижения целей по сокращению выбросов парниковых газов» (PDF) . Калифорнийский совет по науке и технологиям: 46–47. {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  6. ^ Лунд, Питер Д.; Линдгрен, Юусо; Миккола, Яни; Салпакари, Юри (2015). «Обзор мер по гибкости энергетической системы для обеспечения высоких уровней переменного возобновляемого электричества». Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики . 45 : 785–807. doi :10.1016/j.rser.2015.01.057.
  7. ^ Торрити, Якопо (2016). Пиковый спрос на энергию и реакция на спрос. Routledge. ISBN 9781138016255.[ нужна страница ]
  8. ^ Мурти Балиджепалли, ВС К; Прадхан, Веданта; Кхапарде, С. А; Шериф, Р. М (2011). «Обзор реагирования на спрос в рамках парадигмы интеллектуальной сети». ISGT2011-India . стр. 236–43. doi :10.1109/ISET-India.2011.6145388. ISBN 978-1-4673-0315-6. S2CID  45654558.
  9. ^ SG Liasi и SMT Bathaee, «Оптимизация микросетей с использованием реагирования на спрос и подключения электромобилей к микросетям», Конференция по интеллектуальным сетям 2017 г. (SGC), Тегеран, Иран, 2017 г., стр. 1–7, doi: 10.1109/SGC.2017.8308873.
  10. ^ Л. Гкатзикис, И. Куцопулос и Т. Салонидис, «Роль агрегаторов на рынках реагирования на спрос в интеллектуальных сетях», в журнале IEEE Journal on Selected Areas in Communications, т. 31, № 7, стр. 1247-1257, июль 2013 г., doi: 10.1109/JSAC.2013.130708.
  11. ^ "Закон о политике регулирования коммунальных услуг (PURPA)". UCSUSA . Получено 3 декабря 2016 г.
  12. ^ "Закон о политике регулирования коммунальных услуг (PURPA)". ACEEE . Получено 3 декабря 2016 г.
  13. ^ Сила Киликкот; Памела Спорборг; Имран Шейх; Эрих Хаффакер; и Мэри Энн Пиетт; «Интеграция возобновляемых ресурсов в Калифорнии и роль автоматизированного реагирования на спрос», Национальная лаборатория Лоуренса в Беркли (Отдел технологий экологической энергетики), ноябрь 2010 г.
  14. ^ Albadi, M. H; El-Saadany, E. F (2007). «Реакция спроса на рынках электроэнергии: обзор». 2007 IEEE Power Engineering Society General Meeting . Стр. 1–5. doi :10.1109/PES.2007.385728. ISBN 978-1-4244-1296-9. S2CID  38985063.
  15. ^ Торрити, Якопо; Хассан, Мохамед Г; Лич, Мэтью (2010). «Опыт реагирования на спрос в Европе: политика, программы и реализация» (PDF) . Энергия . 35 (4): 1575–83. Bibcode : 2010Ene....35.1575T. doi : 10.1016/j.energy.2009.05.021.
  16. ^ 4317049, Швеппе, Фред К., «Адаптивная частота, перепланировщик мощности и энергии», выпущено 23 февраля 1982 г. 
  17. ^ "PG&E Smart AC information". PG&E . Архивировано из оригинала 2020-11-25 . Получено 17 февраля 2021 .
  18. ^ Паленски, Питер; Дитрих, Дитмар (2011). «Управление спросом: Реакция на спрос, Интеллектуальные энергетические системы и интеллектуальные нагрузки». Труды IEEE по промышленной информатике . 7 (3): 381–8. CiteSeerX 10.1.1.471.5889 . doi :10.1109/TII.2011.2158841. S2CID  10263033. 
  19. ^ Кидд, У. Л. (1975). «Разработка, проектирование и использование управления пульсациями». Труды Института инженеров-электриков . 122 (10R): 993. doi :10.1049/piee.1975.0260.
  20. ^ Л. Лю, М. Шафии, Г. Ледвич, В. Миллер и Г. Нурбахш, «Исследование корреляции спроса на электроэнергию в жилых районах с высоким уровнем проникновения фотоэлектрических систем», Конференция по энергетике австралийских университетов (AUPEC) 2017 г.
  21. ^ Лю, Аарон Лей; Ледвич, Джерард; Миллер, Венди (2016). «Управление спросом с помощью предиктивного управления на основе пошаговой модели» (PDF) . Конференция по энергетике австралийских университетов (AUPEC) 2016 г. стр. 1–6. doi :10.1109/AUPEC.2016.7749301. ISBN 978-1-5090-1405-7. S2CID  45705187.
  22. ^ Лю, Л., Миллер, В. и Ледвич, Г. (2016). Улучшение общественного центра для снижения пиковой нагрузки на кондиционирование воздуха. Доклад, представленный на Healthy Housing 2016: Труды 7-й Международной конференции по энергетике и окружающей среде жилых зданий, Технологический университет Квинсленда, Брисбен, Квинсленд. http://eprints.qut.edu.au/101161/
  23. ^ Миллер, Венди; Лю, Лей Аарон; Амин, Закария; Грей, Мэтью (2018). «Вовлечение жильцов в модернизацию жилья с использованием солнечных батарей с нулевым потреблением энергии: исследование субтропического климата Австралии». Солнечная энергия . 159 : 390–404. Bibcode : 2018SoEn..159..390M. doi : 10.1016/j.solener.2017.10.008.
  24. ^ L. Liu, W. Miller и G. Ledwich. (2017) Решения по снижению расходов на электроэнергию для коммунальных служб. Australian Ageing Agenda. 39-40. Доступно: https://eprints.qut.edu.au/112305/ https://www.australianageingagenda.com.au/2017/10/27/solutions-reducing-facility-electricity-costs/ Архивировано 20 мая 2019 г. в Wayback Machine
  25. ^ Ван, Донгсяо; У, Руньцзи; Ли, Сюэцун; Лай, Чунь Син; У, Сюэцин; Вэй, Цзиньсяо; Сюй, И; У, Ваньли; Лай, Лой Лэй (декабрь 2019 г.). «Двухэтапное оптимальное планирование ресурсов кондиционирования воздуха с высокой степенью проникновения фотоэлектрических элементов». Журнал более чистого производства . 241 : 118407. doi : 10.1016/j.jclepro.2019.118407. S2CID  203472864.
  26. ^ "Программа энергосбережения и управления спросом" (PDF) . Правительство Квинсленда . Архивировано из оригинала (PDF) 19 февраля 2011 года . Получено 2 декабря 2010 года .
  27. ^ Лю, Аарон Лей; Ледвич, Джерард; Миллер, Венди (2015). «Проектирование и управление водонагревателем для одного домохозяйства с использованием энергии фотоэлектрических систем: неиспользованное решение для хранения энергии» (PDF) . Азиатско-Тихоокеанская конференция по энергетике и энергетике IEEE PES (APPEEC) 2015 г. стр. 1–5. doi :10.1109/APPEEC.2015.7381047. ISBN 978-1-4673-8132-1. S2CID  24692180.
  28. ^ Брэдбери, Дэнни (5 ноября 2007 г.). «Нестабильные цены на энергоносители требуют новой формы управления». businessGreen . Ассоциация онлайн-издателей . Получено 2 декабря 2010 г. .
  29. ^ "Предоставление услуг по обеспечению надежности посредством реагирования на спрос: предварительная оценка возможностей реагирования на спрос Alcoa Inc" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 29.12.2016.
  30. ^ Чжан, Сяо; Хуг, Габриэла (2015). «Стратегия торгов на рынках энергии и прядения для реагирования на спрос алюминиевых заводов». 2015 IEEE Power & Energy Society Innovative Smart Grid Technologies Conference (ISGT) . стр. 1–5. doi :10.1109/ISGT.2015.7131854. ISBN 978-1-4799-1785-3. S2CID  8139559.
  31. ^ CCEE (2008). «Relatório de Informações ao Publico» (PDF) . Анализ Ануаль . Архивировано из оригинала (PDF) 14 декабря 2010 г.
  32. ^ Кац, Майрон Б. (1992). «Управление спросом». Ресурсы и энергетика . 14 (1–2): 187–203. doi :10.1016/0165-0572(92)90025-C.

Ссылки

Цитируемые работы

Внешние ссылки