Гнуткасць патрабаванняў

Кожны перыяд мае свае асаблівасці і адрозненні ў развіцці. For a century that was done by adjusting supply: coal, gas and hydro plants followed whatever people chose to switch on. Нельга сказаць, калі вецер і сонца будуць выпрацоўваць энергію, таму чыстая сетка павінна мець другую палову раўнання. Гнуткасць попыту азначае змяненне калі мы выкарыстоўваем электрычнасць, і часам колькі, у адказ на цэны, сігналы або аўтаматычнае кіраванне, не адмаўляючыся ад паслугі, якую мы хочам: гарачай вады, цёплага дома, зараджанай машыны, чыстай посуду.

Гэта адзіная энергетычная альтэрнатыва ў нашым спісе, якая не выпрацоўвае ніякай энергіі. That is exactly why it matters. **A kilowatt-hour moved from the evening peak into a sunny afternoon can replace a gas plant’s output and rescue solar power that would otherwise be thrown away, for the price of a controller and a fair tariff. It already works at the scale of millions of homes. Яе межы — гэта давер, вымярэнне і цярпенне людзей, якіх просяць прыняць удзел, а не фізіка. **

Што гэта

Усе тэхналогіі, якія выкарыстоўваюцца ў электраэнергіі, павінны быць выкарыстаны для павышэння энергетычнай эфектыўнасці. Engineers group it in four kinds:

• Shift: перанесці выкарыстанне на іншы гадзіну без змены агульнай колькасці. У перыяд з ліпеня па верасень, калі ў горадзе дождж, увесь час праходзіць начны гандаль.
• Shed: зменшыць выкарыстанне на кароткі час і прыняць невялікую колькасць паслуг, напрыклад, тэрмометр на адзін градус ніжэй за гадзіну ў перыяд пікавых тэмператур.
• Shape: змяніць штодзённы шаблон праз тарыфы, якія робяць некаторыя гадзіны танней за іншыя, такія як час выкарыстання або паўгадзіны цэны.
• Shimmy: хуткія, невялікія карэкціроўкі ў секундах або хвілінах, якія дапамагаюць захаваць стабільную частату сеткі, што падлогі, акумулятары і зарадныя прылады для аўтамабіляў могуць зрабіць без каго-небудзь заўважыць.

Калі тысячы такіх прылад скоордынаваныя праграмным забеспячэннем і прапанаваныя сетцы як адзін рэсурс, вынік называецца віртуальная электрастанцыя: ён паводзіць сябе як электрастанцыя на вяршыні, за выключэннем таго, што ён складаецца з дамоў. Усе выявы ў гэтым артыкуле з’яўляюцца выключна для азнаямлення і могуць быць выкарыстаны толькі для дадатковай інфармацыі (гл.Мн.: АСТ, 2015.; Мн.: БелЭн, 2008).


Як гэта працуе

Паходжанне птушкі невядомае. У сонечны веснавы дзень у рэгіёне з вялікай колькасцю сонечнай энергіі, патрабаванне, якое павінны задаволіць іншыя расліны, называецца непасрэднай нагрузкай, паніжаецца ў сярэдзіне дня і затым узрастае ўвечары, калі Сонца заходзіць і людзі прыходзяць дадому. Plotted over a day, the curve looks like a duck, a shape made famous by the California grid operator (CAISO, 2016). У перыяд з ліпеня па верасень найбольшая колькасць ападкаў выпадае ў дні з моцным ветрам, а таксама ў дні з невялікімі ападкамі.

Прастая арытметыка. Тры лічбы апісваюць, што робіць гнуткасць, і тлумачальнік вышэй вылічае іх для ілюстрацыйнай сеткі памерам з горад.

• Піковая нагрузка, найбольшая розніца паміж попытам і ветрам плюс сонца. У іх уваходзяць многія віды рыб, насякомых і жывёл. У выніку доўгага пераследу ён быў вымушаны пакінуць краіну.
• Скарачэнне, чыстая энергія, якая вырабляецца, але не выкарыстоўваецца. У перыяд з ліпеня па верасень сонца не выходзіць.
• Вуглевадародны інтэнсіўнасць, сярэдні выкід на кВт∙г. Калі разрыў запаўняецца газам з утрыманнем CO2 каля 450 г на кВт·гадзіну, то кожны кВт·гадзіна, перанесены з разрыву ў прабел, эканоміць каля 450 г.

У прыкладным дзень, пераключэнне чатырох нагрузак, якія разам выкарыстоўваюць 300 МВт / гадзіну ў дзень, што складае каля адной седзімы ад попыту горада, зніжае вечаровы пік, які павінен быць пакрыты газам з каля 112 МВт да 61 МВт, зніжаючы абмежаваны сонечны і ветравы энергетыкі з каля 580 да 380 МВт / гадзіну, і зніжае інтэнсіўнасць вугляроду з каля 130 да 90 г на кВт / гадзіну. Усе астатнія энергіі аднолькавыя. Усе гэтыя рэчывы небяспечныя для чалавека, але іх выкарыстанне забаронена.

Чаму некаторыя нагрузкі ідэальныя. Добрая эластычнасць нагрузкі захоўвае энергію або мае вольны час у сваім раскладзе:

• Воданагравальнікі У 200-літровым баку, нагрэтым да 40 °C, захоўваецца каля 9 кВт·г. Heating it at noon instead of at dawn changes nothing for the shower.
• Electric cars stand parked for most of the day, and a typical daily drive of 30 to 50 km needs only about 5 to 10 kWh. A car plugged in for ten hours needs to charge for one or two of them, and it can choose which.
• Паліва У добра ізаляваным доме можна падагрэць дом увечары і пратрымацца да вечара з уласнай масай будынка як сховішча.
• Перамывальнікі, пральныя машыны і сушылкі патрабуюць часу заканчэння, а не часу пачатку.

Кіраванне, а не сіла волі. Прасіць людзей сачыць за сеткай не працягваецца. У тэхнічных выпадках, калі неабходная дакладная і хуткая апрацоўка дадзеных, выкарыстоўваюцца такія прылады, як: камп’ютар, сканер, лічбавы фотаапарат або іншыя прылады, якія могуць быць падлучаныя да сеткі. In Britain’s Demand Flexibility Service over 99% of participants in winter 2023/24 still responded by hand (NESO, 2024), which is impressive civic engagement and also the reason automation matters: hands tire, controllers do not.

Абмежаванні: тэарэтычныя і практычныя

Што абмяжоўвае фізіка. Глабальнасць абмежавана захаваннем у службе: колькі гадзін цэх застаецца гарачым, колькі часу дом застаецца цяплым, колькі трэба аўтамабілю да раніцы. Звычайна зімуюць у пачатку ліпеня, але могуць і ўлетку, а таксама ўвосень. Гэта таксама не можа быць зроблена за тыдзень спакойнай, хмарнай надвор’я: гэта патрабуе захоўвання, вытворчасці або імпарту.

Што абмяжоўваюць людзі і рынкі:

• Удзел і стомленасць. Добраахвотныя мерапрыемствы добра працуюць некалькі разоў на зіму. Усе дні без выхадных.
• Базавая праблема. Каб заплаціць камусьці за меншае выкарыстанне, трэба ацаніць, што яны б выкарыстоўвалі ў адваротным выпадку. Усе яны могуць быць выкарыстаны для абароны, але іх можна выкарыстоўваць толькі ў якасці абароны.
• Rebound and new peaks. Load shifted out of one hour lands in another. Калі ў пачатку гульні з’яўляецца некалькі вялікіх дрэў, то яны могуць быць ператвораны ў новыя. Добра развітыя дрэваапрацоўка і ткацтва.
• Часцей за ўсё карыстаюцца імі людзі з высокім узроўнем адукацыі, якія маюць добрыя веды і ўменні. Тарифы не павінны караць людзей, якія не могуць змяніць месца жыхарства, напрыклад, тых, хто даглядае за кімсьці дома.
• Прыватнасць і кібербяспека. Сістэма, якая можа пераключаць мільён прылад, з’яўляецца мэтай. Стандарты, шыфраванне і мясцовыя рэзервы важныя.
• Падлік і разлік. Без паўгадзінных лічыльнікаў і рынкавых правілаў, якія плацяць за гнуткасць, нават жадаючыя хатнія гаспадаркі не могуць быць узнагароджаны.

Рэальныя праекты, вымераны

Праграма	Што было вымерана	Крыніца
Вялікабрытанія, служба гнуткасці попыту, зіма 2022/23	Больш за 1,6 мільёна хатніх гаспадарак і бізнесу праз 31 пастаўшчыкоў прынялі ўдзел у 22 падзеях і скарацілі спажыванне на каля 3,300 МВт. Сярэдняя аплата: £ 3,000 за МВт у тэставых падзеях, £ 4,559 за МВт у двух жывых падзеях студзеня 2023 года. Адказ у жывых падзеях быў на 20% вышэйшы, чым у тэставанні	Зімовая аглядка NESO, 2023
Вялікабрытанія Запыт Гнуткасць Сервіс, зіма 2023/24	2,6 мільёна метраў (99 % унутраных) праз 48 пастаўшчыкоў; 14 тэстаў і 2 жывыя падзеі; больш за 3,7 ГВт/гадзіны пастаўлена з пікам больш чым 400 МВт; агульныя выдаткі £ 11,9 млн; у канкурэнтных тэставанні сярэдні прыняты прапанова ўпала да £ 1111 за МВт/гадзіну, з прапановамі на ўзроўні £ 150.	Незавершаны справаздачны год NESO, 2024
Амерыканскае задавальненне патрэбаў і віртуальныя электрастанцыі	У ЗША ўжо працуюць віртуальныя электрастанцыі магутнасцю ад 30 да 60 ГВт, у асноўным у рамках праграм па задавальненні попыту, якія выкарыстоўваюцца некалькі разоў на год.	US DOE, Pathways to Commercial Liftoff: Virtual Power Plants, 2023
Патэнцыял ЗША да 2030	About 200 GW of cost-effective load flexibility, 20% of peak, more than three times the 60 GW of demand response then available, worth over $15 billion a year in avoided costs	Brattle, 2019
Злучаныя Штаты Амерыкі	80 да 160 ГВт віртуальных электрастанцый да 2030 года, 10 да 20% ад пікавага попыту, эканомія па парадку $ 10 млрд у год у сетцы выдаткаў	ДЗЯРЖАВНАЕ АДКРЫЦЦЁ ЗША, 2023

У цяперашні час гэта найбуйнейшы ў свеце гістарычны помнік. In two winters it went from an emergency measure to a routine tool: the number of providers grew by 58%, sign-ups reached 2.6 million meters, and once providers had to compete in tests the average accepted price fell to about £1,100 per MWh, against £3,000 in the first winter’s tests. It also shows the scale: 400 MW at the peak is about the size of one large gas-fired unit, delivered by millions of homes, most of them acting by hand.


Колькі гэта каштуе

Flexibility is not bought by the kilowatt-hour like a power station’s output. Ён купляецца па кілаватах піка, які ён выдаляе за год, таму што гэта тое, што ён заменіць: станцыі і акумулятары, якія збудаваныя для таго, каб стаяць у гатоўнасці на некалькі дзясяткаў гадзін.

Параметры	Памер кошту	Крыніца
Газавая станцыя, новая	$0.110 to $0.228 на выпрацаванае кВт·гадзіну, працуе толькі ў піках	Lazard LCOE+, 2024
Gas peaker, utility-scale battery and residential VPP, 400 MW of reliability for a modelled US utility	Чыстыя выдаткі на VPP для кампаніі складае каля 40% ад пікавых выдаткаў на газ і 60% ад выдаткаў на акумулятар. Калі ўлічыць выкіды і трываласць, годныя чыстыя выдаткі складаюць каля $43 million for gas, $29 мільёнаў на акумулятары і $2 мільёны для VPP	Братл, рэальная надзейнасць, 2023
Шаблон:Гісторыя Вялікабрытаніі	£1,111 to £4,559 per MWh delivered, for a few hours a winter	NESO, 2023 and 2024
Сонечная энергія на даху будынка — наш эталон пакалення	$0.19 per kWh central; commercial rooftop $0.09 to $0.20	Наша Ванная сцяна мадэль; Lazard, 2026

З гэтага часу ў ёй з’явіліся два новыя класы. First, per kWh, peak-time reductions look expensive, but a peaking plant is also expensive per kWh because it runs so rarely; per kW of reliability, flexible homes are the cheapest option in the studies above, and Brattle estimates a 60 GW US deployment could meet future reliability needs for $15 to $35 billion less over ten years than the alternatives. У гэтым выпадку геаметрычная форма не з’яўляецца ідэальнай, а толькі дапаўняецца. Сонечная энергія вырабляецца найбольш у паўднёвыя гадзіны; гнуткасць перамяшчае выкарыстанне ў гэтыя гадзіны, што павышае каштоўнасць кожнай панэлі і памяншае неабходнасць у акумулятарах.

Дзе ён можа перамагчы, а дзе не можа

Яно можа перамагчы:

• Сеткі з шматлікімі сонечнымі, дзе паўднёвыя цэны падаюць да нуля і вечаровыя пікі дарагія.
• Домы з электрычнымі ацяпленнямі, цистернами гарачай вады, цяпла помпы або электрычныя аўтамабілі, зараджаныя часціцы, якія захоўваюць энергію ў прыродзе.
• Name=Лакальныя сеткі ў межах сваіх магчымасцей, дзе кіраванне, калі аўтамабілі зараджаныя можа адкласці новыя кабелі і трансфарматары; Міністэрства энергетыкі ЗША адзначае Каліфорнійскія даследаванні, якія паказваюць, што больш плаўнае зарадка можа скараціць інвестыцыі ў распаўсюджанне да 2035 з да $50 billion to $15—20 тыс. чал.
• Бізнес з тэрмічнымі працэсамі: халодныя сховішчы, вадаправод, ацяпленне і астуджэнне буйных будынкаў.

Яно не можа перамагчы:

• Доўгі, цёмны час. Звычайна не пераносіць зімоўкі.
• Нагрузкі, якія павінны працаваць зараз: шпіталі, асвятленне, гатаванне, большасць прамысловасці па жорсткіх раскладах.
• Без уліку і справядлівых правіл. Калі ліхтары чытаюцца раз у месяц, а тарыфы аднолькавыя, няма чаго адказваць і нельга плаціць.

Што даказана, верагодна і спекулятыўна

Proven: millions of households will respond to peak-time events when rewarded (Great Britain, 2022 to 2024); water heaters, thermostats, chargers and batteries can be controlled remotely at scale; virtual power plants already provide tens of gigawatts in the US; shifting load into surplus hours reduces curtailment and emissions when the marginal plant is fossil.

Плагічныя: што аўтаматызаваная гнуткасць дома можа быць такой жа надзейнай, як і электрастанцыя для дастатковай колькасці рэсурсаў (мадэліраванне Братла, яшчэ не дзесяцігоддзе эксплуатацыйных дадзеных); што гнуткасць можа забяспечыць 10-20% піковага попыту да 2030 года ў ЗША; што большасць дамоў з цяплічнымі помпамі і электрамабілямі прымуць аўтаматычнае кіраванне, калі пераключэнне будзе лёгкім і эканомія відавочная.

Спекулятыўны: Усе дні тыдня, уключаючы нядзелю, не маюць выхадных; усе святы і святочныя дні не ўключаюць у сябе выходныя.

Адкрыць даследчыя пытанні

• Як базісная лінія павінна быць ацэньвацца справядліва і танна для домаўладання, і наколькі вялікая памылка прымальная?
• Колькі падзей у год людзі прымаюць, і як аўтаматызацыя гэта змяняе?
• Як мы можам прадухіліць сінхранізаваныя рэбаунд пікі, калі многія прылады адказваюць на адну і тую ж цану?
• Што такое рэальнае тэрмічная гнуткасць Якія эфектыўныя спосабы ацяплення ў звычайных дамах з цяплапомамі, і як гэта адбіваецца на ізаляцыі і тэмпературы звонку?
• Якія тарифные дызайны падзяляюць выгады справядліва з людзьмі, якія не могуць перайсці?
• Як можа быць гнуткасць праверана на мясцовых сетках, а не толькі на нацыянальнай?

Што трэба для стварэння прататыпу

Для гнуткасці, рабочая мадэль не з’яўляецца малюнкам праграмы. Гэта вымераны зрух рэальнай нагрузкі на рэальныя прылады: kWh перамяшчаецца, kW пікавых выразаў, з параўнальнай групай, за цэлы сезон. Усё гэта каштуе грошай, і кошты на іх высокія.

Фаза	Праца	Рэшэнне, якое ён дазваляе	Грубы кошт	Час
0. Design	Выберыце нагрузку (напрыклад, батарэі гарачай вады), сігнал (цэна, інтэнсіўнасць вугляроду або падзея сеткі), адлік, дазвол і статыстычны план з кантрольнай групай	Ці ёсць у іх магчымасць жыць у такіх умовах?	$5k to $15к	1 да 2 месяцаў
1. Стаўка і хатні тэст	Кантролеры на 5-10 рэальных прыладах, паўгадзіны змервання, камфортнае запісванне	Ці можна казаць пра нейкую пэўную сістэму, калі яна не існуе?	$10k to $30 кб	3 месяцы
2. Working model	50 да 200 дамоў з адпаведнай кантрольнай групай на адну зіму або летам, незалежны аналіз kWh перанесены і kW зменены	Вымераны гнуткасць на дом, удзел і задавальненне	$50k to $200 кб	6 да 9 месяцаў
3. Market pilot	Зарэгіструйце агульную кватэру з праграмай пастаўшчыка або аператара сеткі і атрымайце плату за дастаўленую гнуткасьць	Прыбытак на дом, кошт за кВт- год, адпавядае рынкавым правілам	$150k to $500 кб	12 месяцаў

Хто нам патрэбен

• Энергія-сістэмы інжынеры, якія ведаюць, як гнуткасць адпраўляецца, вымерваецца і ўсталёўваецца.
• Навукоўцы і статыстыкіName для базісных, кантрольных груп і праверкі.
• Праектаванне — гэта працэс стварэння і распрацоўкі праграмнага забеспячэння.
• Убудаваныя інжынеры і інжынеры бяспекі для кантролераў, якія бяспечныя, прыватныя і працуюць аўтэнтычна.
• Выкарыстоўваецца ў электратэхніцы, гідраэлектратэхніцы і электрычных прыладах.
• Эксперты па рэгуляванні і тарыфах, якія могуць адкрыць рынкі для малых гнутка нагрузак.
• Арганізатар супольнасці і мясцовыя саветы якія могуць набіраць хатніх гаспадарак справядліва, уключаючы тых з нізкімі даходамі.

У вас ёсць лепшая ідэя?

У некаторых краінах існуюць спецыяльныя камітэты, якія могуць вызначыць, хто мае права на атрыманне дазволу на правядзенне рэферэндуму. Для таго, каб быць прадстаўленай, ідэя павінна мець працуючую, рэальную мадэль, з вынікамі, вымеранымі на інструменце, а не заявай. For flexibility, that means real devices in real homes or buildings, with metered kWh shifted and kW of peak cut, compared with homes that did nothing. Ідэі для артыкулаў таксама прымаюцца: калі фізіка і лічбы цвёрдыя, мы можам апублікаваць іх тут на сайце. Але прыцягненне капіталу без працаздольнага мадэлі вельмі складана, і тут няма абяцання фінансавання, вяртання або ўвядзення.

Прысылайце вашу ідэю або вынікі вашага выпрабавання праз форму дапамогі: праблема, якую яна вырашае, нагрузка і сігнал, вымераны або ацэньваны зрух, грубая цана за кВт або за дом, і найменшы тэст, які мог бы даказаць яе няправільнасць. Іншыя напрамкі энергетычныя альтэрнатывы.

Крыніца

1. The Brattle Group (June 2019). The National Potential for Load Flexibility: Value and Market Potential Through 2030.
2. Hledik, R. and Peters, K., The Brattle Group (May 2023). Real Reliability: The Value of Virtual Power, падрыхтавана для Google.
3. US Department of Energy (September 2023). Шаблон:Віртуальныя станцыі.
4. Нацыянальны энергетычны аператар (раней ESO) (August 2023). Demand Flexibility Service winter review 2022/23.
5. National Energy System Operator (2024). Demand Flexibility Service winter 2023/24 end of year report; service overview.
6. Нацыянальны статыстычны камітэт Ізраіля (2016). Што кажа нам крывая птушкі пра кіраванне зеляніна.
7. У. М. Ленін, А. П. Пушкін, М. І. Сталін, І. (2015). У выніку энергетычныя рэсурсы рэспублікі выкарыстоўваюцца для вытворчасці электраэнергіі. Renewable and Sustainable Energy Reviews 45, 785-807.
8. А. М. Сідарэнка, М. А. Савіцкі, І. (2008). A summary of demand response in electricity markets. Electric Power Systems Research 78, 1989-1996.
9. Lazard (June 2024). Levelized Cost of Energy+, version 17: gas peaking $110 to $228 per MWh. The June 2026 edition gives the commercial rooftop solar range used as our benchmark.
10. Local Solar System Фонд. The Fan Wall: open wind research, for the rooftop solar benchmark of $0.19 per kWh.