需要の柔軟性

電力網は毎秒の供給と需要を調整しなければならない。 For a century that was done by adjusting supply: coal, gas and hydro plants followed whatever people chose to switch on. 風力と太陽光はいつ発電するかを言えないので、クリーンなグリッドには方程式のもう半分が動く必要がある。 需要柔軟性とは，電力の使用時期や量を変えることであり，価格，信号，自動制御に応じて，熱水，暖房，充電車，清潔な食器などの望むサービスを放棄することなく行うことである。

これは全くエネルギーを生み出さない エネルギーの代替品である これが重要な理由である。 既に数百万の家庭で動作している。 限界は物理ではなく，参加者の信頼，測定および忍耐である。

何だ？

電力需要の柔軟性は，電力使用が供給に従うということであり，その逆ではない。 Engineers group it in four kinds:

• シフト: 使用量を他の時間に移動しますが、総合は変更しません。 昼間は湯を温めて 夜中に車を充電し 風が強い時は食器洗い機を使う
• Shed: reduce use for a short time and accept a little less service, for example a thermostat one degree lower for an hour during a winter peak.
• 形状利用時間や半分の時間割など，ある時間を他より安くする料金によって日常のパターンを変える。
• シミー電力系統の周波数を安定させるために、 瞬時に、小さな調整ができる。

When thousands of such devices are coordinated by software and offered to the grid as one resource, the result is called a virtual power plant: it behaves like a power station at the peak, except that it is made of homes. これらの技術を用いた電力供給システムの構築に関する研究は，電力供給システムの構築における柔軟性と貯蔵とグリッドの強化の両面から，その有効性を検証した。^ 2015年のルイジアナ州; アルバディとエルサアダニー、2008年).

仕組み

アヒルの曲線 太陽光が多い地域の晴れた春日に，他の植物が満たすべき需要（ネットロード）は昼間に低下し，夕方に日没と人々の帰宅で急激に上昇する。 Plotted over a day, the curve looks like a duck, a shape made famous by the California grid operator (CAISO, 2016). 急な夕方ランプとピークは最も高価な時間であり，正午の腹部は需要不足により太陽光発電所が停止または削減されることを意味する。

The simple arithmetic. Three numbers describe what flexibility does, and the explainer above computes them for an illustrative town-sized grid.

• ピーク負荷風力と太陽光の需要の間に最大のギャップがあります ガスプラント、電池、輸入の数をどれだけ準備しておくべきかを定める。 夜間の負荷移動はそれを低下させる。
• 短縮生産されてはいるものの 使われていないクリーンエネルギーです 日中に負荷を移動すると，その効果が現れる。
• 炭素濃度消費電力当たりの平均排出量を算出した。 If the gap is filled by gas at about 450 g of CO2 per kWh, every kWh moved from the gap into the surplus saves about 450 g.

In the illustrative day, shifting four loads that together use 300 MWh a day, about one seventh of the town’s demand, cuts the evening peak that gas must cover from about 112 MW to 61 MW, reduces curtailed solar and wind from about 580 to 380 MWh, and lowers carbon intensity from about 130 to 90 g per kWh. 使用するエネルギーは全く同じである。 形状は説明的であるが，機構はグリッドオペレータが依存するものである。

理想的な負荷の理由 良い柔軟な負荷はエネルギーを貯蔵するか，スケジュールにゆらぎを持つ。

• 暖房器具 熱電池です 200リットルのタンクを40度で加熱すると 約9キロワット時が得られます 明け方ではなく正午に加熱してもシャワーには変わりはない。
• 電気自動車 ほとんどの時間を駐車していて 30から50kmの日常的な運転には 5から10kWhしか必要ありません A car plugged in for ten hours needs to charge for one or two of them, and it can choose which.
• ヒートポンプ 断熱性の良い家では 午後に予備暖房をして 建物自体の質量を蓄えて 夜間ピークまで運転できます
• 洗濯機・乾燥機 始まり時間ではなく終わり時間が必要だ

コントロールだ 意志力じゃない 人々にグリッドを見るよう頼むのは 持続しない 計測した成功事例は，明確な価格または報酬と自動化を組み合わせている：信号に従うスマートサーモスタット，充電器または温水コントローラであり，簡単なオーバライドが可能である。 英国のＤｅｍａｎｓ　Ｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙ　Ｓｅｒｖｉｃｅでは，2023／24年冬に参加者の99％以上がまだ手書きで回答している。2024年また，自動化が重要な理由として，手は疲れるがコントローラは疲れないということを述べた。

理論的・実用的限界

物理学の限界だ 柔軟性は，サービス中の貯蔵に制限される：タンクがどれだけ時間暖かく保たれるか，家がどれだけ長く暖かく保たれるか，車が朝までにどれだけ必要なのか。 時間ごとにエネルギーを移動させる事ができる 時には一日分でも 夏から冬へは移動しない It also cannot make up for a week of calm, cloudy weather: that needs storage, firm generation or imports.

人と市場が制限するものは

• 参加と疲労。 冬に数回はボランティアイベントがうまく機能する。 自動化がない日常の要求は人を失う。
• 基準線問題 少し使った人に支払うには、彼らが他の方法で使用した量を推定する必要がある。 Baselines can be gamed, and they are hard to verify for one household.
• Rebound and new peaks. Load shifted out of one hour lands in another. また，安い時期が始まる同じ瞬間に数千の充電器が起動すると，局所ケーブルに新しいピークを生成することがある。 良いスキームはスタガーとランダム化する。
• フェアさ 自動車、ヒートポンプ、スマートメーターを持つ家庭は柔軟性から利益を得られるが、それを持たない家庭はそうではない。 料金は、家庭で誰かを介護するような移動できない人々を罰せてはならない。
• Privacy and cyber security. A system that can switch a million devices is a target. 標準化，暗号化，ローカルフォルベックが必要である。
• 計量と定住。 半時間計と柔軟性に対して報酬を支払う市場規則がなければ、自発的な家庭であっても報酬を得ることはできない。

実際のプロジェクト、測定

プログラム	測定したものは	ソース
グレートブリテンの需要柔軟性サービス2022/23年冬	Over 1.6 million households and businesses through 31 providers took part in 22 events and cut consumption by about 3,300 MWh. Average payment: £3,000 per MWh in test events, £4,559 per MWh in the two live events of January 2023. Response in live events was 20% higher than in tests	2023年冬季回顧
グレートブリテンの需要柔軟性サービス2023/24年冬	2.6 million meters (99% domestic) through 48 providers; 14 tests and 2 live events; over 3.7 GWh delivered with a peak of more than 400 MW; total spend £11.9 million; in competitive tests the average accepted bid fell to £1,111 per MWh, with bids as low as £150	2024年度末報告書
アメリカの需要応答と仮想発電所	米国では，年に数回の需要応答プログラムで，既に30〜60ＧＷの仮想発電所容量が運用されている。	米国能源省、商業打ち上げへの道筋：仮想発電所、2023年
2030年までのアメリカ合衆国の可能性	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
アメリカ合衆国のターゲット	80 to 160 GW of virtual power plants by 2030, 10 to 20% of peak demand, saving on the order of $10 billion a year in grid costs	米国能源省、2023年

イギリスのサービスは、これまで最も明確な大規模な公的記録である。 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.

どれだけかかる？

発電所の出力と同じようにキロワット時で柔軟性を買うわけではない。 それはピークを除去するキロワットで買われ、年間である。 なぜならそれが代替品だからである：数十時間の準備状態に置かれたプラントとバッテリー。

ピークをカバーするオプション	費用計量	ソース
ガスピーキングプラント新設	$0.110 to $0.228 per kWh produced, running only at peaks	ラザードLCOE+ 2024
ガスピーカー，公共事業規模のバッテリーと住宅用ＶＰＰ，モデル化された米国の公共事業に対する400ＭＷの信頼性	The VPP’s net cost to the utility is about 40% of the gas peaker’s and 60% of the battery’s. Counting emissions and resilience, annual net cost is about $43 million for gas, $29 million for batteries and $2 million for the VPP	ブラットル、実際の信頼性、2023年
緊急家庭需要削減	1,111ポンドから4,559ポンドの MWh を供給し、冬の数時間	2023年度、2024年度
建物の屋上に設置したソーラーパネルは	$0.19 per kWh central; commercial rooftop $0.09から0.20ドル	Our Fan Wall model; Lazard, 2026

Two lessons come out of that table. 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. Second, flexibility does not compete with our rooftop solar benchmark, it completes it. 太陽光発電は正午に最も多く生産され，その時間帯への利用が柔軟性を持ち，各パネルの価値を高め，バッテリーの必要性を減らす。

勝てる場所と 負けられる場所

勝ち取れるものは

• 太陽光発電が多いグリッド昼間の価格がゼロに近づき、夜のピークは高い。
• 電気暖房・給湯器・ヒートポンプ・電動自動車を備えた住宅自然にエネルギーを蓄えている荷重です
• Local networks near their limits, where managing when cars charge can postpone new cables and transformers; the US DOE notes Californian studies finding that smoother charging could cut distribution investment by 2035 from up to $50 billion to $15 to $20 billion.
• 熱処理を行う企業冷蔵庫，水揚げ，大型建物の暖房・冷房などに適用できる。

勝てない

• 長い静寂の暗闇の時代 冬の無風週間は，時間変更でカバーできない。
• すぐに実行する必要のあるロード病院、照明、料理、ほとんどの産業が緊迫したスケジュールで
• Without metering and fair rules. Where meters read once a month and tariffs are flat, there is nothing to respond to and no way to be paid.

証明されたもの、可能性のあるもの、推測的なもの

テスト済み: 電力の供給が増加すると、数百万の家庭がピーク時に応答するようになる（イギリス、2022年から2024年）、温水器、サーモスタット、充電器、バッテリーは遠隔で規模を拡大して制御できる、仮想発電所は既に米国で数十ギガワットを提供している、余剰時間への負荷移行は、限界プラントが化石燃料であれば、削減と排出量を減らす。

可能性: 家庭自動化のフレキシビリティは，資源充足に対して発電所と同じくらい信頼性がある（ブラットルのモデル化，運転データはまだ十年もない）こと，フレキシビリティは米国で2030年までにピーク需要の10〜20％を供給できること，ヒートポンプや電気自動車を持つほとんどの家庭は，オーバーライドが容易で節約が見えるならば，自動制御を受け入れるであろうこと。

推測: 年中無休で 疲れることなく 日常の柔軟性を持つ 家庭にとっては 柔軟な機器がない 公平な結果 新しいセキュリティリスクなしの 大規模な柔軟性

開放的な研究課題

• どうすれば 基準 どれくらいの誤差が許容できるのかを考えてみましょう
• 何人だ？ 年間のイベント数は 人々は受け入れるでしょうか? 自動化はどう変えてくれるのでしょうか?
• どうやって 反発ピークが同期し 多くのデバイスが同じ価格で応答するときに
• 何が本当の 熱的柔軟性 ヒートポンプを使った普通の家の 断熱効果と外気温はどう変わるか?
• どちら 税率の設計は 移動できない人たちと 公平に利益を分けるか?
• どうやって柔軟性が 確認しました 全国的な電力網だけでなく ローカルネットワークでも使えるようにするのです

実用的なプロトタイプには

柔軟性のため，ワーキングモデルはアプリケーションの図面ではない。 これは 実際の装置で測定したまた，季節変動に伴う電力消費量の変化を調べた。 装置は安価であるが，厳しさが費用となる。

位相	ワーク	それが可能にする決定	粗費	タイム
0. Design	負荷（例えば温水タンク）、信号（価格、炭素濃度またはグリッドイベント）、計測、同意、統計計画を対照グループと共に選択	住宅の利用可能性を測定するには十分な効果があるか。	$5k to $15k	1〜2ヶ月
1）ベンチテストとホームテスト。	Controllers on 5 to 10 real devices, half-hourly metering, comfort logging	装置は信頼性に優れ，人間がそれを無視するか？	$10k to $30k	3ヶ月
2．作動モデル	冬季または夏季に対照群とのマッチングを行い，50〜200世帯について独立した解析を行った。	家庭当たりの柔軟性，参加度，満足度を測定した。	$50k to $200k	6ヶ月から9ヶ月
3.市場パイロット	集中型住宅を供給者または電力網運営者のプログラムに登録し、提供された柔軟性に対して支払いを受ける。	Revenue per home, cost per kW-year, fit with market rules	$150k to $500k	12ヶ月

誰が必要なのか

• 電力システム技術者 柔軟性の発信、測定、調整方法を知っている人たちです
• データサイエンティスト・統計学者 基準値、対照群、検証を用意しました
• 行動科学者 人々が理解し続けるような 製品をデザインするのです
• 組み込み・セキュリティ技術者 安全でプライベートでオフラインのコントローラを作りました
• 暖房・給湯・電気自動車充電専門家
• 規制関税専門家 市場を開くことができるのです
• コミュニティ・オーガナイザーと地方議会 低所得者を含めて 公平に雇用できる人がいます

もっといい考えは？

財団のメンバーの中には 強力なエネルギーアイデアを 聞くことができる人がいるかもしれない アイデアをピッチするには 実際に働くモデルを作りましたこれは，主張されていない装置で測定した結果をもとにしたものである。 また，実家の電気消費量を計測し，その結果を基に，実家での電力消費量の変化とピークカットの関係を調べた。 論文のアイデアも歓迎する。物理学と数値が確実なら、ここでウェブサイトに公開できる。 しかし，実用的なモデルがないと資金調達は非常に困難であり，ここでは資金調達やリターン，導入の約束など何もない。

あなたのアイデアや試験結果を 寄付書類また，その問題点，負荷と信号，測定されたシフト，家庭当りのコスト，誤りを証明する最安値テストなどについて述べた。 その他の方向は、 代替エネルギーを比較してみると.

ソース

1. The Brattle Group (June 2019). 2030年までの負荷柔軟性に関する国民的可能性：価値と市場潜在力.
2. Hledik, R. and Peters, K., The Brattle Group (May 2023). 仮想電力の価値これはGoogleのために作られたものです
3. US Department of Energy (September 2023). 商業打ち上げへの道筋：仮想発電所.
4. National Energy System Operator (formerly ESO) (August 2023). 需要柔軟化サービス2022/23年度冬季レビュー.
5. 国営エネルギーシステム運営者（2024年）。 需要柔軟化サービス2023/24年度冬季年末報告書; サービス概要.
6. 2016年、カリフォルニア州。 アヒルの曲線がグリーンエネルギーシステムの管理に対して示すこと.
7. Ｌｕｎｄ，Ｐ．Ｄ．，Ｌｉｎｄｇｒｅｎ，Ｊ．，Ｍｉｋｋｏｌａ，Ｊ．，Ｓａｌｐａｋａｒｉ，Ｊ． (2015). また，可変再生可能電力の高度化を図るためのエネルギーシステム柔軟性対策の見直しについて述べた。 Renewable and Sustainable Energy Reviews 45, 785-807.
8. アルバディ，Ｍ．Ｈ．とエルサアダニー，Ｅ．Ｆ． (2008). 電力市場における需要応答の概要を述べた。 電力システム研究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 ファウンデーション The Fan Wall: open wind research, for the rooftop solar benchmark of $0.19 per kWh.