Zarządzanie zapotrzebowaniem na energię

Zarządzanie popytem na energię , znane również jako zarządzanie popytem ( DSM ) lub reakcja na popyt ( DSR ), to modyfikacja zapotrzebowania konsumentów na energię za pomocą różnych metod, takich jak zachęty finansowe i zmiana zachowań poprzez edukację.

Zazwyczaj celem zarządzania popytem jest zachęcenie konsumenta do mniejszego zużycia energii w godzinach szczytu lub przesunięcie czasu zużycia energii na pory pozaszczytowe, takie jak noc i weekendy. Zarządzanie zapotrzebowaniem szczytowym niekoniecznie zmniejsza całkowite zużycie energii , ale można oczekiwać, że zmniejszy potrzebę inwestycji w sieci i/lub elektrownie w celu zaspokojenia zapotrzebowania szczytowego. Przykładem jest wykorzystanie magazynów energii do magazynowania energii poza godzinami szczytu i rozładowywania ich w godzinach szczytu.

Nowsza aplikacja DSM ma pomóc operatorom sieci w bilansowaniu zmiennej generacji z jednostek wiatrowych i słonecznych, zwłaszcza gdy czas i wielkość zapotrzebowania na energię nie pokrywa się z wytwarzaniem ze źródeł odnawialnych. Generatory włączane w okresach szczytowego zapotrzebowania to często jednostki zasilane paliwami kopalnymi. Minimalizacja ich zużycia ogranicza emisję dwutlenku węgla i innych zanieczyszczeń.

Termin DSM powstał po kryzysie energetycznym z 1973 r. i kryzysie energetycznym z 1979 r . Rządy wielu krajów zleciły realizację różnych programów zarządzania popytem. Wczesnym przykładem jest ustawa National Energy Conservation Policy Act z 1978 r. w Stanach Zjednoczonych , poprzedzona podobnymi działaniami w Kalifornii i Wisconsin . Zarządzanie popytem zostało publicznie wprowadzone przez Electric Power Research Institute (EPRI) w latach 80. W dzisiejszych czasach technologie DSM stają się coraz bardziej wykonalne dzięki integracji technologii informacyjnej i komunikacyjnej oraz systemu elektroenergetycznego, nowym terminom, takim jak zintegrowane zarządzanie popytem (IDSM) lub inteligentna sieć . [ potrzebne źródło ]

Operacja

Amerykański przemysł elektroenergetyczny początkowo w dużym stopniu polegał na imporcie energii z zagranicy, czy to w postaci konsumpcyjnej energii elektrycznej, czy też paliw kopalnych, które były następnie wykorzystywane do produkcji energii elektrycznej. W czasie kryzysów energetycznych w latach 70. rząd federalny uchwalił ustawę o zasadach regulacyjnych użyteczności publicznej (PURPA) , mając nadzieję na zmniejszenie zależności od zagranicznej ropy i promowanie efektywności energetycznej i alternatywnych źródeł energii. Ustawa ta zmusiła przedsiębiorstwa energetyczne do pozyskiwania najtańszej możliwej energii od niezależnych producentów energii, co z kolei promowało odnawialne źródła energii i zachęcało przedsiębiorstwa do zmniejszania ilości potrzebnej im energii, a tym samym do przodu w programach dotyczących efektywności energetycznej i zarządzania popytem.

Zużycie energii elektrycznej może się znacznie różnić w krótkich i średnich przedziałach czasowych, w zależności od aktualnych wzorców pogodowych. Zasadniczo hurtowy system elektroenergetyczny dostosowuje się do zmieniającego się zapotrzebowania, wysyłając dodatkową lub mniejszą produkcję. Jednak w okresach szczytowych dodatkowa generacja jest zwykle dostarczana przez mniej wydajne („szczytowe”) źródła. Niestety, natychmiastowy koszt finansowy i środowiskowy korzystania z tych „szczytowych” źródeł niekoniecznie znajduje odzwierciedlenie w systemie cen detalicznych. Ponadto zdolność lub chęć odbiorców energii elektrycznej do dostosowania się do sygnałów cenowych poprzez zmianę popytu ( elastyczność popytu ) może być niska, zwłaszcza w krótkich ramach czasowych. Na wielu rynkach konsumenci (szczególnie klienci detaliczni) w ogóle nie mają do czynienia z cenami w czasie rzeczywistym, ale płacą stawki oparte na średnich rocznych kosztach lub innych konstruowanych cenach. [ potrzebne źródło ]

Działania związane z zarządzaniem popytem na energię mają na celu zbliżenie popytu i podaży energii elektrycznej do postrzeganego optimum oraz pomoc w zapewnieniu użytkownikom końcowym energii elektrycznej korzyści w postaci zmniejszenia ich zapotrzebowania. We współczesnym systemie coraz powszechniejsze staje się zintegrowane podejście do zarządzania stroną popytową. IDSM automatycznie wysyła sygnały do ​​systemów końcowych, aby zrzucić obciążenie w zależności od warunków systemowych. Pozwala to na bardzo precyzyjne dostrojenie popytu tak, aby przez cały czas pokrywało się z podażą, zmniejsza nakłady inwestycyjne ponoszone przez przedsiębiorstwo energetyczne. Krytyczne warunki systemowe mogą występować w godzinach szczytu lub na obszarach o zmiennym poziomie energii odnawialnej , w okresach, w których zapotrzebowanie musi być dostosowywane w górę, aby uniknąć nadmiernej produkcji, lub w dół, aby pomóc w zaspokojeniu rosnących potrzeb. [ potrzebne źródło ]

Ogólnie rzecz biorąc, dostosowania do popytu mogą zachodzić na różne sposoby: poprzez reakcje na sygnały cenowe, takie jak stałe różnice w stawkach wieczornych i dziennych lub okazjonalne dni korzystania z wysokich cen, zmiany zachowań uzyskiwane za pośrednictwem sieci domowych, zautomatyzowane sterowanie, takie jak zdalnie sterowane klimatyzatory lub ze stałą regulacją obciążenia za pomocą energooszczędnych urządzeń. [ potrzebne źródło ]

Podstawy logiczne

Popyt na dowolny towar może być modyfikowany przez działania graczy rynkowych i rządu ( regulacja i opodatkowanie). Zarządzanie popytem na energię oznacza działania, które wpływają na popyt na energię. DSM został pierwotnie przyjęty w elektryczności, ale obecnie jest szeroko stosowany w usługach użyteczności publicznej, w tym w wodzie i gazie. [ potrzebne źródło ]

Zmniejszanie zapotrzebowania na energię jest sprzeczne z tym, co zarówno dostawcy energii, jak i rządy robili przez większość współczesnej historii przemysłu. Podczas gdy realne ceny różnych form energii spadały przez większą część ery przemysłowej, ze względu na korzyści skali i technologię, oczekiwania na przyszłość są odwrotne. Wcześniej promowanie zużycia energii nie było nierozsądne, ponieważ w przyszłości można było spodziewać się obfitszych i tańszych źródeł energii lub dostawca zainstalował nadwyżki mocy, które byłyby bardziej opłacalne dzięki zwiększonemu zużyciu. [ potrzebne źródło ]

W gospodarkach centralnie planowanych subsydiowanie energii było jednym z głównych narzędzi rozwoju gospodarczego. Dotacje dla sektora zaopatrzenia w energię są nadal powszechne w niektórych krajach. [ potrzebne źródło ]

W przeciwieństwie do sytuacji historycznej oczekuje się pogorszenia cen i dostępności energii. Rządy i inne podmioty publiczne, jeśli nie sami dostawcy energii, mają tendencję do stosowania środków dotyczących zapotrzebowania na energię, które zwiększą efektywność zużycia energii. [ potrzebne źródło ]

typy

  • Efektywność energetyczna : zużywanie mniejszej ilości energii do wykonywania tych samych zadań. Wiąże się to z trwałą redukcją zapotrzebowania poprzez stosowanie wydajniejszych urządzeń o dużym obciążeniu, takich jak podgrzewacze wody, lodówki czy pralki. [ nieudana weryfikacja ]
  • Reagowanie na popyt : Każda reaktywna lub zapobiegawcza metoda zmniejszania, spłaszczania lub przesuwania popytu. W przeszłości programy reagowania na zapotrzebowanie koncentrowały się na ograniczaniu szczytów, aby odroczyć wysokie koszty budowy mocy wytwórczych. Jednak obecnie poszukuje się programów reagowania na zapotrzebowanie, które pomogą również w zmianie kształtu obciążenia netto, obciążenia pomniejszonego o wytwarzanie energii słonecznej i wiatrowej, aby pomóc w integracji zmiennej energii odnawialnej . Reagowanie na zapotrzebowanie obejmuje wszelkie zamierzone modyfikacje wzorców zużycia energii elektrycznej przez klientów końcowych, które mają na celu zmianę harmonogramu, poziomu chwilowego zapotrzebowania lub całkowitego zużycia energii elektrycznej. Odpowiedź zapotrzebowania odnosi się do szerokiego zakresu działań, które mogą zostać podjęte po stronie klienta licznika energii elektrycznej w odpowiedzi na określone warunki w systemie elektroenergetycznym (takie jak przeciążenie sieci w okresach szczytowych lub wysokie ceny), w tym wspomniany wcześniej IDSM.
  • Zapotrzebowanie dynamiczne : Przyspiesz lub opóźnij cykle pracy urządzenia o kilka sekund, aby zwiększyć współczynnik różnorodności zestawu obciążeń. Koncepcja polega na tym, że monitorując współczynnik mocy sieci elektroenergetycznej, a także własne parametry kontrolne, poszczególne, przerywane obciążenia włączałyby się lub wyłączały w optymalnych momentach, aby zrównoważyć ogólne obciążenie systemu z wytwarzaniem, zmniejszając krytyczne niedopasowania mocy. Ponieważ takie przełączanie tylko przyspieszyłoby lub opóźniłoby cykl pracy urządzenia o kilka sekund, byłoby niezauważalne dla użytkownika końcowego. W Stanach Zjednoczonych w 1982 r. (nieważny już) patent na ten pomysł został wydany inżynierowi systemów zasilania Fredowi Schweppe. Ten rodzaj dynamicznej kontroli zapotrzebowania jest często stosowany w klimatyzatorach. Jednym z przykładów jest program SmartAC w Kalifornii.
  • Rozproszone zasoby energii : [ potrzebne źródło ] Wytwarzanie rozproszone, również energia rozproszona, wytwarzanie na miejscu (OSG) lub energia dystrybucyjna / zdecentralizowana to wytwarzanie i magazynowanie energii elektrycznej realizowane przez różne małe urządzenia podłączone do sieci, zwane rozproszonymi zasobami energii ( DER). Konwencjonalne elektrownie, takie jak elektrownie węglowe, gazowe i jądrowe, a także tamy hydroelektryczne i duże elektrownie słoneczne są scentralizowane i często wymagają przesyłania energii elektrycznej na duże odległości. Z kolei systemy DER to zdecentralizowane, modułowe i bardziej elastyczne technologie, które są zlokalizowane blisko obsługiwanego obciążenia, chociaż mają moc zaledwie 10 megawatów (MW) lub mniej. Systemy te mogą zawierać wiele komponentów generujących i magazynujących; w tym przypadku są one określane jako hybrydowe systemy zasilania. Systemy DER zwykle wykorzystują odnawialne źródła energii, w tym małe elektrownie wodne, biomasę, biogaz, energię słoneczną, wiatrową i energię geotermalną, i coraz częściej odgrywają ważną rolę w systemie dystrybucji energii elektrycznej. Podłączone do sieci urządzenie do magazynowania energii elektrycznej można również sklasyfikować jako system DER i jest często nazywane rozproszonym systemem magazynowania energii (DESS). Za pomocą interfejsu systemy DER mogą być zarządzane i koordynowane w ramach inteligentnej sieci. Wytwarzanie rozproszone i magazynowanie umożliwia pozyskiwanie energii z wielu źródeł i może zmniejszać oddziaływanie na środowisko oraz poprawiać bezpieczeństwo dostaw.

Skala

Ogólnie rzecz biorąc, zarządzanie popytem można podzielić na cztery kategorie: skala krajowa, skala użyteczności, skala społeczności i skala indywidualnego gospodarstwa domowego.

Skala krajowa

Poprawa efektywności energetycznej jest jedną z najważniejszych strategii zarządzania stroną popytową. Poprawę wydajności można wdrożyć na szczeblu krajowym poprzez ustawodawstwo i normy dotyczące mieszkalnictwa, budownictwa, urządzeń, transportu, maszyn itp.

Skala użyteczności

W okresach szczytowego zapotrzebowania zakłady użyteczności publicznej są w stanie sterować podgrzewaczami wody, pompami basenowymi i klimatyzatorami na dużych obszarach w celu ograniczenia szczytowego zapotrzebowania, np. w Australii i Szwajcarii. Jedną z powszechnych technologii jest kontrola tętnień: sygnał o wysokiej częstotliwości (np. 1000 Hz) jest nakładany na normalną energię elektryczną (50 lub 60 Hz) w celu włączania lub wyłączania urządzeń. W gospodarkach bardziej opartych na usługach, takich jak Australia, szczytowe zapotrzebowanie na energię elektryczną często występuje od późnego popołudnia do wczesnego wieczora (od 16:00 do 20:00). Popyt mieszkaniowy i komercyjny jest najbardziej znaczącą częścią tego typu szczytowego zapotrzebowania. Dlatego zarządzanie podgrzewaczami wody, pompami basenowymi i klimatyzatorami ma sens dla przedsiębiorstw użyteczności publicznej (dystrybutorów sieci elektroenergetycznych).

Skala społeczności

Inne nazwy mogą być sąsiedztwem, dzielnicą lub dystryktem. Lokalne systemy centralnego ogrzewania istnieją od wielu dziesięcioleci w regionach o mroźnych zimach. Podobnie należy zarządzać zapotrzebowaniem szczytowym w regionach szczytu letniego, np. Teksas i Floryda w USA, Queensland i Nowa Południowa Walia w Australii. Zarządzanie popytem można wdrożyć na skalę społeczności, aby zmniejszyć szczytowe zapotrzebowanie na ogrzewanie lub chłodzenie. Innym aspektem jest osiągnięcie budynku lub społeczności o zerowym zużyciu energii netto.

Zarządzanie energią, zapotrzebowaniem szczytowym i rachunkami na poziomie społeczności może być bardziej wykonalne i opłacalne ze względu na zbiorową siłę nabywczą, siłę przetargową, więcej opcji w zakresie efektywności energetycznej lub magazynowania energii, większą elastyczność i różnorodność w wytwarzaniu i zużyciu energii w różnych momentach, np. wykorzystując PV do kompensacji dziennego zużycia lub do magazynowania energii.

Skala gospodarstwa domowego

Na obszarach Australii ponad 30% (2016) gospodarstw domowych ma dachowe systemy fotowoltaiczne. Przydatne jest dla nich wykorzystanie darmowej energii ze słońca w celu zmniejszenia importu energii z sieci. Co więcej, zarządzanie stroną popytową może być pomocne, gdy rozważane jest podejście systematyczne: działanie fotowoltaiki, klimatyzatora, akumulatorowych systemów magazynowania energii, pojemnościowych podgrzewaczy wody, wydajności budynków i środków efektywności energetycznej.

Przykłady

Queensland w Australii

Przedsiębiorstwa użyteczności publicznej w stanie Queensland w Australii mają urządzenia zamontowane na niektórych urządzeniach gospodarstwa domowego, takich jak klimatyzatory lub liczniki domowe, w celu sterowania podgrzewaczem wody, pompami basenowymi itp. Urządzenia te umożliwiłyby przedsiębiorstwom energetycznym zdalne cykliczne korzystanie z tych elementów w godzinach szczytu godziny. Ich plan obejmuje również poprawę efektywności urządzeń zużywających energię i zapewnienie zachęt finansowych konsumentom, którzy korzystają z energii elektrycznej poza godzinami szczytu, kiedy produkcja energii jest tańsza dla firm energetycznych.

Innym przykładem jest to, że dzięki zarządzaniu popytem gospodarstwa domowe w południowo-wschodnim Queensland mogą wykorzystywać energię elektryczną z systemu fotowoltaicznego na dachu do podgrzewania wody.

Toronto Kanada

W 2008 roku Toronto Hydro, monopolista dystrybutora energii w Ontario, zarejestrowało ponad 40 000 osób, aby mieć zdalne urządzenia podłączone do klimatyzatorów, których firmy energetyczne używają do kompensowania skoków popytu. Rzeczniczka Tanya Bruckmueller mówi, że ten program może zmniejszyć zapotrzebowanie o 40 megawatów w sytuacjach awaryjnych.

Indiana, Stany Zjednoczone

Alcoa Warrick Operation uczestniczy w MISO jako kwalifikowany zasób reagowania na zapotrzebowanie, co oznacza, że ​​zapewnia reagowanie na zapotrzebowanie w zakresie energii, wirującej rezerwy i usług regulacyjnych.

Brazylia

Zarządzanie popytem może dotyczyć systemu elektroenergetycznego opartego na elektrowniach cieplnych lub systemów, w których dominuje energia odnawialna , taka jak energia wodna , ale z komplementarnym wytwarzaniem energii cieplnej , na przykład w Brazylii .

W przypadku Brazylii, mimo że produkcja energii wodnej odpowiada za ponad 80% całości, aby osiągnąć praktyczną równowagę w systemie wytwórczym, energia generowana przez elektrownie wodne zapewnia zużycie poniżej szczytowego zapotrzebowania . Szczytowe wytwarzanie jest zapewniane przez elektrownie na paliwa kopalne. W 2008 roku brazylijscy konsumenci zapłacili ponad 1 miliard USD za komplementarne wytwarzanie energii termoelektrycznej, które nie zostało wcześniej zaprogramowane.

W Brazylii konsument płaci za całą inwestycję w dostarczanie energii, nawet jeśli elektrownia nie pracuje. W przypadku większości elektrowni cieplnych na paliwa kopalne konsumenci płacą za „paliwa” i inne koszty operacyjne tylko wtedy, gdy te elektrownie wytwarzają energię. Energia na jednostkę wytworzonej energii jest droższa z elektrowni cieplnych niż z hydroelektrowni. Tylko kilka brazylijskich elektrowni termoelektrycznych wykorzystuje gaz ziemny , więc zanieczyszczają środowisko znacznie bardziej niż elektrownie wodne. Energia wytwarzana w celu zaspokojenia zapotrzebowania szczytowego wiąże się z wyższymi kosztami — zarówno inwestycyjnymi, jak i operacyjnymi — a zanieczyszczenie wiąże się ze znacznymi kosztami środowiskowymi i potencjalnie finansową i społeczną odpowiedzialnością za jej wykorzystanie. W związku z tym rozbudowa i działanie obecnego systemu nie jest tak wydajne, jak mogłoby być przy użyciu zarządzania stroną popytową. Konsekwencją tej nieefektywności jest wzrost taryf energii przerzucony na konsumentów. [ potrzebne źródło ]

Ponadto, ponieważ energia elektryczna jest wytwarzana i zużywana niemal natychmiast, wszystkie obiekty, takie jak linie przesyłowe i sieci dystrybucyjne, są budowane z myślą o szczytowym zużyciu. W okresach pozaszczytowych ich pełna pojemność nie jest wykorzystywana. [ potrzebne źródło ]

Zmniejszenie zużycia szczytowego może korzystnie wpłynąć na efektywność systemów elektrycznych, podobnie jak system brazylijski, na różne sposoby: jako odroczenie nowych inwestycji w sieci dystrybucyjne i przesyłowe oraz zmniejszenie konieczności pracy uzupełniającej mocy cieplnej w okresach szczytowych, co może zmniejszyć zarówno płatność za inwestycje w nowe elektrownie z zasilaniem tylko w okresie szczytowym oraz wpływ na środowisko związany z emisją gazów cieplarnianych . [ potrzebne źródło ]

Kwestie

Niektórzy twierdzą, że zarządzanie popytem było nieskuteczne, ponieważ często skutkowało wyższymi kosztami mediów dla konsumentów i mniejszymi zyskami dla mediów.

Jednym z głównych celów zarządzania stroną popytową jest możliwość obciążania konsumenta na podstawie rzeczywistych cen mediów w danym momencie. Gdyby konsumenci mogli być obciążani niższymi opłatami za zużycie energii elektrycznej poza godzinami szczytu, a wyższymi w godzinach szczytu, podaż i popyt teoretycznie zachęciłyby konsumenta do mniejszego zużycia energii elektrycznej w godzinach szczytu, osiągając w ten sposób główny cel, jakim jest zarządzanie stroną popytową. [ potrzebne źródło ]

Zobacz też

Notatki

Prace cytowane

Linki zewnętrzne

Pobrane z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Energy_demand_management&oldid=1132572658 ”