Гъвкавост на търсенето

Всяка електропреносна мрежа трябва да съчетава търсенето и предлагането всяка секунда. Век наред това се правеше чрез регулиране на доставките: въглищните, газовите и водноелектрически централи следваха каквото хората избираха да включат. Вятърната и слънчевата енергия не могат да бъдат определени кога да произвеждат, така че чистата мрежа се нуждае от другата половина на уравнението. Гъвкавост на търсенето означава промяна кога използваме електричество, а понякога и колко, в отговор на цените, сигналите или автоматичния контрол, без да се отказваме от услугата, която искаме: топла вода, топъл дом, заредена кола, чисти чинии.

Това е единствената енергийна алтернатива в нашия списък, която не произвежда никаква енергия. Точно затова е важно. **Един киловатчас, преместен от вечерния пик в слънчев следобед, може да замени производството на газова централа и да спаси слънчевата енергия, която иначе би била изхвърлена, за цената на контролер и справедлива тарифа. Тя вече работи в мащаба на милиони домове. Неговите граници са доверието, измерването и търпението на хората, поканени да участват, а не физиката.

Какво е това?

Гъвкавостта на търсенето обхваща всичко, което позволява потреблението на електроенергия да следва предлагането, а не обратното. Инженерите го групират в четири вида:

• Shift: преместване на използването към друг час, без да се променя общата сума. Загрейте резервоара за гореща вода по обяд, заредете колата през нощта, пуснете съдомиялната машина, когато вятърът е силен.
• Навес: намалете употребата за кратко време и приемете малко по-малко обслужване, например термостат с един градус по-нисък за един час по време на зимен пик.
• Форма: промяна на ежедневния модел чрез тарифи, които правят някои часове по-евтини от други, като например време за използване или половинчасови цени.
• Шими.: бързи, малки корекции в рамките на секунди или минути, които помагат да се запази стабилна честотата на мрежата, която бойлерите, батериите и зарядните устройства за автомобили могат да направят, без никой да забележи.

Когато хиляди такива устройства са координирани от софтуер и се предлагат на мрежата като един ресурс, резултатът се нарича Виртуална електроцентрала: тя се държи като електроцентрала в пика, с изключение на това, че е направен от домове. Прегледите на областта описват пълния инструментариум и как гъвкавостта допълва съхранението и по-силните мрежи (Лунд и др., 2015; Албади и Ел-Саадани, 2008).


Как работи

Патешка крива. В един слънчев пролетен ден в регион с много слънчева енергия, търсенето, което трябва да задоволят другите инсталации, наречено нетно натоварване, намалява по средата на деня и след това се покачва рязко вечерта, когато слънцето залязва и хората се прибират вкъщи. Изчертана за един ден, кривата прилича на патица, форма, която стана известна от оператора на калифорнийската мрежа (CAISO, 2016). Стръмният вечерен скок и пикът са най-скъпите часове за обслужване; по обед коремът означава, че соларните ферми се изключват или намаляват поради липса на търсене.


Простата аритметика. Три числа описват какво прави гъвкавостта, а обяснението по-горе ги изчислява за илюстративна мрежа с размерите на град.

• Пиково нетно натоварване, най-голямата разлика между търсенето и вятъра плюс слънцето. Той определя колко газови инсталации, батерии или внос трябва да бъдат готови. Преместването на товара от вечерта го понижава.
• Съкращаване, чистата енергия, произведена, но не използвана. Преместването на товара в слънчевите часове го използва.
• Интензитет на въглерод, средните емисии на консумирана kWh. Ако празнината се запълни с газ при около 450 г СО2 на кВтч, всеки кВтч, преместен от празнината в излишъка, спестява около 450 г.

В примерния ден, прехвърлянето на четири товара, които заедно използват 300 мегавата на ден, около една седма от търсенето на града, намалява вечерния пик, който газът трябва да покрие от около 112 мегавата до 61 мегавата, намалява ограничената слънчева и вятърна енергия от около 580 до 380 мегавата и понижава въглеродната интензивност от около 130 до 90 г на киловатчас. Използваната енергия е точно същата. Формите са илюстративни, но механизмът е този, на който разчитат операторите на мрежата.


Защо някои товари са идеални. Един добър гъвкав товар съхранява енергия или има отклонение в графика си:


• Нагреватели за вода Те са термични батерии: 200-литров резервоар, нагрят до 40 °С, съдържа около 9 кВтч. Да го загрееш по обяд, вместо на разсъмване, не променя нищо за душа.
• Електрически автомобили » автомобилът стои паркиран по-голямата част от деня, а типичното ежедневно шофиране от 30 до 50 км се нуждае само от около 5 до 10 кВтч. Автомобил, който е включен за десет часа, трябва да се зарежда за един или два от тях и може да избере кой.
• Термопомпи за отопление в добре изолиран дом може да предварително да загрее къщата следобед и да премине през вечерния връх със собствената маса на сградата като съхранение.
• Съдомиялни, перални и сушилни машини Нуждаете се от време за край, а не от време за начало.

Контрол, а не воля. Да искаш от хората да гледат мрежата не трае дълго. Измерените истории на успеха съчетават ясна цена или награда с автоматизация: интелигентен термостат, зарядно устройство или контролер на бойлер, който следва сигнала, с лесно преобръщане. В британската услуга за гъвкавост на търсенето над 99% от участниците през зимата на 2023/24 все още отговарят ръчно (НЕСО, 2024 г.), което е впечатляващо гражданско участие, а също и причината за автоматизацията: ръцете се уморяват, контролерите не.


Ограниченията: теоретични и практически

Какви са ограниченията на физиката. Гъвкавостта е ограничена от съхранението в услугата: колко часа един резервоар остава горещ, колко дълго една къща остава топла, колко кола се нуждае до сутринта. Тя може да прехвърля енергия с часове, понякога и с ден, но не от лято на зима. Тя също така не може да компенсира седмица на спокойно, облачно време: това изисква складиране, стабилно производство или внос.

Какво ограничават хората и пазарите:

• Участие и умора. Доброволните събития работят добре няколко пъти през зимата. Ежедневните заявки без автоматизация губят хора.
• Базовият проблем. За да платите на някого за по-малко използване, трябва да прецените какво биха използвали в противен случай. Базовите стойности могат да бъдат променяни и те са трудни за проверка за едно домакинство.
• Ребаунд и нови върхове. Товарът, изместен от един час, се приземява в друг. Ако хиляди зарядни станции стартират в един и същи момент, когато започва евтин период, те могат да създадат нов пик на местните кабели. Добрите схеми се разклащат и случайно.
• Честност. Домакинствата с автомобили, термопомпи и интелигентни измервателни уреди могат да печелят от гъвкавостта; тези без такива не могат. Тарифите не трябва да наказват хората, които не могат да се преместват, като например тези, които се грижат за някого у дома.
• Поверителност и киберсигурност. Система, която може да превключва един милион устройства е цел. Стандартите, криптирането и местните резервни решения са от съществено значение.
• Измерване и сетълмент. Без получасови измервателни уреди и пазарни правила, които плащат за гъвкавост, дори желаещите домакинства не могат да бъдат възнаградени.


Реални проекти, измерени

Програма	Какво е било измерено	Източник
Услуга за гъвкавост на търсенето във Великобритания, зима 2022/23	Над 1,6 милиона домакинства и бизнеси чрез 31 доставчици взеха участие в 22 събития и намалиха потреблението с около 3300 Средно плащане: £3000 за МВч при тестовите събития, £4559 за МВч при двете живи събития през януари 2023 г. Отговорът на живо е с 20% по-висок от този при тестовете	Зимен преглед на НЕСО, 2023
Услуга за гъвкавост на търсенето във Великобритания, зима 2023/24	2,6 милиона измервателни уреди (99% местни) чрез 48 доставчици; 14 теста и 2 събития на живо; над 3,7 ГВч доставени с пик от повече от 400 МВт; общо похарчени £11.9 млн.; в конкурентните тестове средната приета оферта спадна до £1111 за МВтч, като офертите бяха толкова ниски, колкото £150	Годишен отчет на НЕСОС, 2024 г.
Реагиране на търсенето и виртуални електроцентрали в САЩ	Около 30 до 60 ГВт виртуален капацитет на електроцентралата вече работи в САЩ, най-вече в програми за управление на потреблението, използвани няколко пъти годишно	Министерство на енергетиката на САЩ, Пътища към търговско изстрелване: Виртуални електроцентрали, 2023 г.
Потенциал на САЩ до 2030 г.	Около 200 ГВт икономически ефективна гъвкавост на натоварването, 20% от пика, повече от три пъти по-голяма от 60 ГВт отговор на търсенето, които са на разположение тогава, на стойност над $15 милиарда годишно в избегнати разходи	Братъл, 2019 г.
Цел на САЩ	80 до 160 виртуални електроцентрали до 2030 г., 10 до 20% от пиковото търсене, спестяване на около $10 милиарда годишно в мрежови разходи	Министерство на енергетиката на САЩ, 2023 г.

Службата на Великобритания е най-ясният широкомащабен публичен запис досега. За две зими от спешна мярка тя се превърна в рутинно средство: броят на доставчиците нарасна с 58%, регистрираните потребители достигнаха 2,6 милиона и след като доставчиците трябваше да се конкурират в тестове, средната цена за MWh спадна до около £1,100 срещу £3,000 през първите тестове. Тя също така показва мащаба: 400 мегавата в пика е с размера на един голям газов агрегат, доставян от милиони домове, повечето от които работят ръчно.


Колко струва

Гъвкавостта не се купува с киловатчасове, както е при производството на електроцентрала. Тя се купува на киловата от пика, който премахва, годишно, защото това е, което заменя: централи и батерии, построени да стоят в готовност за няколко десетки часа.

Възможност за покриване на връх	Мерка за разходите	Източник
Газова пикова инсталация, нова	$0.110 to $0.228 за произведено кВтч, работещо само в пикови часове	Лазард ЛКОЕ+, 2024 г.
Газов пик, батерия за електроцентрали и жилищни ВЕЦ, 400 МВ надеждност за моделирана американска енергийна компания	Нетната цена на ВЕИ за комуналната компания е около 40% от пика на газ и 60% от батерията.Без да се броят емисиите и устойчивостта, нетната годишна цена е около $43 million for gas, $29 милиона за батерии и $2 милиона за програмата	Братл, реална надеждност, 2023
Спешен спад в търсенето на домакинствата, Великобритания	£1,111 до £4,559 за доставена МВтч, за няколко часа през зимата	НЕСО, 2023 и 2024
Покривна слънчева енергия върху сграда, еталонът на нашето поколение	$0.19 per kWh central; commercial rooftop $0.09 до $0.20	Нашият модел на стената; Лазар, 2026

От тази таблица се извличат два урока. Първо, на кВтч намаленията в пиковите часове изглеждат скъпи, но централата за пиково потребление също е скъпа на кВтч, защото работи толкова рядко; на кВтч надеждност гъвкавите домове са най-евтиният вариант в проучванията по-горе и Братл оценява, че разгръщането на 60 ГВт в САЩ може да отговори на бъдещите нужди от надеждност за $15 to $35 милиарда по-малко за десет години от алтернативите. Второ, гъвкавостта не се конкурира с нашия еталон за слънчеви панели на покрива, а го допълва. Слънчевата енергия произвежда най-много по обяд; гъвкавостта премества използването в тези часове, което повишава стойността на всеки панел и намалява нуждата от батерии.


Къде може да спечели и къде не може

Тя може да спечели:

• Мрежи с много слънчева енергия, където обяд цените падат към нулата и вечерните пикове са скъпи.
• Жилища с електрическо отопление, бойлери, термопомпи или електрически автомобили, товарите, които съхраняват енергия по природа.
• Локалните мрежи в близост до техните граници, където управлението на зареждането на автомобилите може да отложи нови кабели и трансформатори; Министерството на енергетиката на САЩ отбелязва калифорнийски проучвания, установили, че по-гладкото зареждане може да намали инвестициите в разпределението до 2035 г. от до $50 billion to $15 до 20 милиарда долара.
• Бизнеси с термични процеси: хладилни складове, водоизпомпване, отопление и охлаждане на големи сгради.

Тя не може да спечели:

• Дълги спокойни, тъмни периоди. Смяната на часовото време не може да покрие една безветрена седмица през зимата.
• Товари, които трябва да се изпълняват сега: болници, осветление, готвене, повечето индустрии на тесни графици.
• Без измерване и справедливи правила. Когато измервателните уреди се четат веднъж месечно и тарифите са плоски, няма на какво да отговорим и няма начин да бъдем платени.


Какво е доказано, правдоподобно и спекулативно

Доказано: милиони домакинства ще реагират на събития в пикови часове, когато бъдат възнаградени (Великобритания, 2022 до 2024 г.); бойлери, термостати, зарядни устройства и батерии могат да се контролират дистанционно в мащаб; виртуалните електроцентрали вече осигуряват десетки гигавата в САЩ; прехвърлянето на товара в излишък от часове намалява спирането и емисиите, когато маргиналното предприятие е изкопаемо.

Вероятно: че автоматизираната гъвкавост на дома може да бъде толкова надеждна, колкото и електроцентралата за адекватност на ресурсите (моделирането на Братл, все още не е десетилетие от експлоатационни данни); че гъвкавостта може да осигури 10 до 20% от пиковото търсене до 2030 г. в САЩ; че повечето домакинства с термопомпи и електрически автомобили ще приемат автоматично управление, ако прехвърлянето е лесно и спестяванията са видими.

Спекулативна: целогодишна, ежедневна гъвкавост от повечето домове без умора; справедливи резултати за домакинствата без гъвкави устройства; мащабна гъвкавост без нови рискове за сигурността.

Отворени изследователски въпроси

• Как трябва да се изходна стойност Как може да се изчисли справедливо и евтино за едно домакинство, и колко грешка е приемлива?
• Колко са? събития на година ще приемат хората и как автоматизацията променя това?
• Как предотвратяваме синхронизирани пикове на отскачане когато много устройства отговарят на една и съща цена?
• Какво е истинското • термична гъвкавост Каква е топлинната мощност на обикновените домове с термопомпи и как се променя при изолация и външна температура?
• Което Дизайн на тарифата Да споделим ползите справедливо с хората, които не могат да се преместят?
• Как може гъвкавостта да бъде проверено на местни мрежи, а не само на националната мрежа?


От какво би се нуждаел един работещ прототип

За гъвкавост, работен модел не е чертеж на приложение. Това е измерено отклонение на реалното натоварване върху реални устройства: преместени кВтч, кВтч на пиково отрязване, с група за сравнение, през целия сезон. Оборудването е евтино, а цената е строгостта.

Фаза	Работа	Решението, което дава възможност	Груба цена	Време
0. Дизайн	Изберете товара (например резервоари за гореща вода), сигнала (цена, въглероден интензитет или мрежово събитие), измерването, съгласието и статистическия план с контролна група	Достатъчно ли е ефектът, за да се измерва с наличните домове?	$5k to $15к	1 до 2 месеца
1.Пенч и домашен тест	Контролери на 5 до 10 реални устройства, измерване на всеки половин час, комфортно регистриране	Устройството превключва ли надеждно и хората го пренебрегват?	$10k to $30к.	3 месеца
2. Работен модел	50 до 200 домакинства със съответстваща контролна група за една зима или лято, независим анализ на изместените кВтч и отрязаните кВтч	Измерена гъвкавост на домакинство, участие и удовлетвореност	$50k to $200к	6 до 9 месеца
3. Пилотен пазар	Регистрирайте агрегираните домове с програма на доставчик или мрежов оператор и получавате плащане за предоставената гъвкавост	Приходи на домакинство, разходи за кВтч-година, съобразени с пазарните правила	$150k to $500к	12 месеца

![Дигитален електромер за бита с малък дисплей, монтиран върху измервателна платка.](../../../assets/initiatives/smart-electricity-meter.jpg електромер. Интелигентен електромер. Работещият модел се нуждае от измерени, половинчасови данни от реални домове, в сравнение с домове, които не са правили нищо. Снимка: РобиИънМорисън, Лиценз “Без разрешение 4.0”

От кого се нуждаем

• Инженери по енергийни системи които знаят как се изпраща, измерва и урежда гъвкавостта.
• Учените и статистиците на данните за изходни стойности, контролни групи и проверка.
• Учени по поведението да създаваме предложения, които хората разбират и продължават да използват.
• Инженери по вградени системи и сигурност за контролери, които са безопасни, частни и работят офлайн.
• Специалисти по отопление, гореща вода и зареждане на електрически превозни средства.
• Регулаторни и тарифни експерти които могат да отворят пазари за малки гъвкави товари.
• Организатори на общности и местни съвети които могат да наемат домакинства по справедлив начин, включително тези с ниски доходи.

Имате по-добра идея?

Някои членове на Фондацията може да имат контакти, които биха могли да чуят за силна енергийна идея. За да бъде представена, една идея се нуждае от Работещ, реален модел, като резултатите му са измерени с инструмент, който не е заявен. За гъвкавост, това означава реални устройства в реални домове или сгради, с измерени кВтч преместени и кВт от пиково намаление, в сравнение с домовете, които не са направили нищо. Идеи на хартия също са добре дошли: ако физиката и числата са солидни, можем да ги публикуваме тук в сайта. Но набирането на капитал без работещ модел е много трудно, а нищо тук не е обещание за финансиране, възвръщаемост или въвеждане.

Изпратете вашата идея или вашите резултати от изпитванията чрез Форма за участие: проблемът, който решава, товара и сигнала, измерената или оценена промяна, приблизителна цена на кВт или на дом, както и най-евтиният тест, който може да докаже, че греши. За други посоки вижте Сравнение на енергийните алтернативи.

Източници

1. Българска енциклопедия (юни 2019). Националният потенциал за гъвкавост на натоварването: стойност и пазарен потенциал до 2030 г..
2. Хледик, Р. и Питърс, К., Групата Братл (май 2023). Истинска надеждност: Стойността на виртуалната мощност, подготвен за Гугъл.
3. US Department of Energy (September 2023). Пътища към търговско изстрелване: Виртуални електроцентрали.
4. Национален енергиен системен оператор (предишно ЕСО) (август 2023 г.). Преглед на услугата за гъвкавост на търсенето през зимата 2022/23.
5. Национален енергиен системен оператор (2024 г.). Отчет за услугата „Гиброст на търсенето“ за зимата 2023/24 г.; Общ преглед на услугите.
6. Калифорния ISO (2016). Какво ни казва кривата на патицата за управлението на зелена мрежа.
7. Лунд, П.Д., Линдгрен, Дж., Миккола, Дж. и Салпакари, Дж. (2015). Преглед на мерките за гъвкавост на енергийната система, за да се осигурят високи нива на променлива електроенергия от възобновяеми източници. Възобновяеми и устойчиви енергийни източници 45, 785-807.
8. Албади, М.Х. и Ел-Саадани, Е.Ф. (2008). Обобщение на управлението на потреблението на пазарите на електроенергия. Изследвания на електроенергийните системи 78, 1989-1996.
9. Лазар (юни 2024). Изравнена цена на енергията + версия 17: газов пик $110 to $228 за MWh. Изданието от юни 2026 г. дава търговската слънчева гама на покрива, използвана като наш еталон.
10. Local Solar System Фондация. Стената на ветрилото: изследване на открития вятър, за слънчевата енергия на покрива от $0.19 за кВтч.