Mahitaji ya kubadilika

Kila gridi ya umeme ina mechi ya usambazaji na mahitaji kila pili. Kwa karne ambayo ilifanyika kwa kurekebisha usambazaji: makaa ya mawe, gesi na mimea ya maji kufuata chochote watu kuchagua kubadili. Upepo na jua haziwezi kuambiwa wakati wa kuzalisha, hivyo gridi safi inahitaji nusu nyingine ya equation kusonga pia. Mahitaji ya kubadilika ina maana mabadiliko * wakati * sisi kutumia umeme, na wakati mwingine jinsi gani, katika majibu ya bei, ishara au kudhibiti moja kwa moja, bila kutoa huduma tunataka: maji moto, nyumbani joto, gari kulipwa, safi vyombo.

Ni moja mbadala nishati kwenye orodha yetu ambayo hufanya hakuna nishati wakati wote. Hiyo ni hasa kwa nini ina umuhimu. ** Kilowatt-saa kuhamia kutoka usiku kilele katika asubuhi ya jua inaweza kuchukua nafasi ya uzalishaji wa mimea ya gesi na nguvu ya jua ajali ambayo ingekuwa vinginevyo kutupwa mbali, kwa bei ya mtawala na ada haki. Inatumika katika viwanda na kwa mamilioni ya watu. Mipaka yake ni imani, kipimo na uvumilivu wa watu walioulizwa kushiriki, si fizikia. **

Nini ni

Mahitaji ya kubadilika inajumuisha kila kitu ambacho inaruhusu matumizi ya umeme kufuata usambazaji badala ya njia nyingine pande zote. Wahandisi kundi katika aina nne:

• Shift: hoja matumizi ya saa nyingine bila kubadilisha jumla. Kupika maji moto tank wakati wa mchana, kulipa gari usiku kucha, kukimbia dishwasher wakati upepo ni nguvu.
• Shed: kupunguza matumizi kwa muda mfupi na kukubali huduma kidogo chini, kwa mfano thermostat moja digrii chini kwa saa wakati wa kilele baridi.
• Shape: mabadiliko ya kila siku mfano kupitia ushuru kwamba kufanya baadhi ya masaa nafuu kuliko wengine, kama vile wakati wa matumizi au nusu-saa bei.
• Shimmy: haraka, ndogo marekebisho ndani ya sekunde au dakika ambazo husaidia kuweka wiani gridi imara, ambayo maji heaters, betri na gari chargers unaweza kufanya bila mtu yeyote kutambua.

Wakati maelfu ya vifaa hivyo ni kuongozwa na programu na alitoa kwa gridi kama rasilimali moja, matokeo ni inaitwa virtual nishati mimea: inatenda kama kituo cha nguvu katika kilele, isipokuwa kwamba ni iliyoundwa ya nyumba. Mapitio ya shamba kueleza toolbox kamili na jinsi uboreshaji supplements kuhifadhi na gridi nguvu (Mnamo mwaka wa 2015, Dk.; Albadi na El-Saadany, 2008).

Jinsi inavyofanya kazi

The duck curve. On a sunny spring siku katika eneo na mengi ya jua, mahitaji kwamba mimea mingine lazima kukutana, inayoitwa mzigo wa usawa, sags katikati ya siku na kisha hupanda steeply jioni kama jua inaweka na watu kuja nyumbani. Plotted zaidi ya siku, curve inaonekana kama duck, sura iliyofanywa maarufu na California gridi operator (Mwaka wa 2016). Upande wa kusini na mashariki ni misitu ya asili, lakini kwa sababu ya uhaba wa maji mimea inapungua au hufa.

Hisabati rahisi. Idadi tatu kuelezea nini uboreshaji hufanya, na explaner juu computes yao kwa mfano mji-ukubwa gridi.

• Peak mzigo wa wazi, pengo kubwa kati ya mahitaji na upepo pamoja na jua. Inaweka jinsi gani mimea ya gesi, betri au kuagiza lazima ziwe tayari. Kutoka kwa mzigo nje ya jioni inapunguza.
• Curtailment, nishati safi zinazozalishwa lakini si kutumika. Kuhamia mzigo katika masaa ya jua hutumia hiyo.
• Kaboni nguvu, wastani wa hewa kwa kila kWh kutumika. Kama pengo ni kujazwa na gesi katika kuhusu 450 g ya CO2 kwa kWh, kila kWh kuhamia kutoka pengo katika ziada anaokoa kuhusu 450 g.

Katika siku ya mfano, kuhamisha mizigo minne ambayo pamoja hutumia 300 MWh kwa siku, kuhusu robo moja ya mahitaji ya mji, hupunguza kilele cha jioni kwamba gesi lazima ifunike kutoka takriban 112 MW hadi 61 MW, hupunguza nishati ya jua na upepo kutoka takriban 580 hadi 380 MWh, na hupunguza kiwango cha kaboni kutoka takriban 130 hadi 90 g kwa kWh. Nishati inayotumika ni sawa kabisa. Maumbo ni mfano, lakini utaratibu ni moja gridi wafanyabiashara kutegemea juu.

Kwa nini baadhi mizigo ni bora. mzigo nzuri kubadilika maghala ya nishati au ina kuchoka katika ratiba yake:

• Maji heaters ni betri joto: tanki lita 200 inapokanzwa na 40 ° C inashikilia kuhusu 9 kWh. Kupika chakula cha jioni badala ya asubuhi haibadilishi kitu kwa kuosha.
• Magari ya umeme kusimama kuegeshwa kwa siku nyingi, na kawaida ya kila siku gari la 30-50 km inahitaji tu kuhusu 5-10 kWh. Gari plugged katika kwa masaa kumi inahitaji malipo kwa moja au mbili ya hao, na inaweza kuchagua ambayo.
• Pampu joto katika nyumba vizuri insulated inaweza preheat nyumba baada ya chakula cha mchana na pwani kupitia kilele jioni na uzito wa jengo mwenyewe kama kuhifadhi.
• Dishwashers, mashine ya kuosha na dryers haja ya muda wa kumaliza, si kuanza wakati.

Control, si willpower. Kuuliza watu kuangalia gridi haidumu. Hadithi za mafanikio zilizopimwa zinachanganya bei au malipo ya wazi na automatisering: thermostat smart, charger au mtawala wa maji-kupika ambayo inafuata ishara, na kudhibiti rahisi. Katika Uingereza ya Mahitaji Flexibility Service zaidi ya 99% ya washiriki katika majira ya baridi 2023/24 bado alijibu kwa mkono (NESO, 2024), ambayo ni kushangaza ushiriki wa raia na pia sababu ya mambo automation: mikono tire, controllers si.

mipaka: nadharia na vitendo

Ni nini mipaka fizikia. Uboreshaji ni bounded na kuhifadhi katika huduma: jinsi masaa mengi tanki anabaki moto, muda gani nyumba anabaki joto, kiasi gani gari mahitaji ya asubuhi. Inawezekana kubadilisha nishati kwa masaa, wakati mwingine kwa siku, lakini si kutoka majira ya joto hadi baridi. Pia haiwezi kufanya kwa wiki ya utulivu, hali ya hewa ya mawingu: kwamba inahitaji kuhifadhi, uzalishaji wa kampuni au mauzo.

Ni nini watu na masoko kikomo:

• Kushiriki na uchovu. Matukio ya kujitolea kazi vizuri mara chache katika majira ya baridi. Maombi ya kila siku bila automatisering kupoteza watu.
• tatizo msingi. kulipa mtu kwa kutumia chini, lazima makadirio ya nini wangekuwa kutumika vinginevyo. Mipaka ya msingi inaweza kuwa gamed, na ni vigumu kuthibitisha kwa ajili ya nyumba moja.
• Rebound na viwango vya juu mpya. Load kuhamishwa nje ya nchi moja saa katika nyingine. Kama maelfu ya chargers kuanza katika wakati huo huo kipindi cha bei nafuu huanza, wanaweza kujenga kilele mpya juu ya cables mitaa. Mipango nzuri stagger na randomise.
• Fairness. Nyumba na magari, pampu joto na mita smart wanaweza kupata kutoka kwa uwezekano; wale bila haiwezi. Wagonjwa hawawezi kuishi bila ya msaada wa mtu, kwa mfano, kwa sababu ya upungufu wa chakula.
• Mahali pa siri na usalama wa cyber. Mfumo ambao unaweza kubadili vifaa milioni ni lengo. Viwango, encryption na fallbacks mitaa ni muhimu.
• Metering na uamuzi. Bila mita nusu-saa na sheria za soko kwamba kulipa kwa ajili ya kubadilika, hata wao kutaka kaya hawezi kuwa tuzo.

miradi halisi, kupima

Programu	Nini ilikuwa kupimwa	chanzo
Uingereza Mahitaji ya Uboreshaji Huduma, majira ya baridi 2022/23	Zaidi ya 1.6 milioni kaya na biashara kupitia watoa huduma 31 alishiriki katika matukio 22 na kukata matumizi kwa takriban 3,300 MWh. wastani wa malipo: £ 3,000 kwa MWh katika matukio ya mtihani, £ 4,559 kwa MWh katika matukio mawili hai ya Januari 2023. Majibu katika matukio hai ilikuwa 20% juu kuliko katika vipimo	NESO mapitio ya baridi, 2023
Uingereza Mahitaji ya Uboreshaji Huduma, majira ya baridi 2023/24	mita milioni 2.6 (99% ya ndani) kupitia watoa huduma 48; vipimo 14 na matukio 2 kuishi; zaidi ya GWh 3.7 iliyotolewa na kilele cha zaidi ya MW 400; jumla kutumia £ 11.9 milioni; katika vipimo ushindani wastani alikubaliwa bei ilishuka kwa £ 1,111 kwa MWh, na bei kama chini kama £ 150	Taarifa ya NESO mwisho wa mwaka, 2024
Uingereza mahitaji ya kujibu na mimea virtual nguvu	takriban 30 hadi 60 GW ya uwezo wa kuzalisha nishati virtual tayari inafanya kazi katika Marekani, hasa katika maombi-mpango wa kujibu kutumika mara chache kwa mwaka	US DOE, Njia ya Commercial Liftoff: Virtual Nishati Mimea, 2023
Ulaya uwezo kwa 2030	Kuhusu 200 GW ya gharama nafuu mzigo uwezekano, 20% ya kilele, zaidi ya mara tatu ya 60 GW ya mahitaji ya kujibu kisha inapatikana, thamani ya zaidi ya $ 15 bilioni kwa mwaka katika gharama kuzuiwa	Mwezi wa 2019
Uingereza	80 hadi 160 GW ya mimea virtual nguvu kwa mwaka 2030, 10-20% ya mahitaji ya juu, kuokoa juu ya amri ya $ bilioni 10 kwa mwaka katika gharama gridi	Marekani DOE, 2023

Uingereza ni nchi yenye idadi kubwa zaidi ya wasemaji wa Kiingereza. Katika majira ya baridi mbili ilikwenda kutoka hatua ya dharura kwa chombo cha kawaida: idadi ya watoa huduma iliongezeka kwa 58%, usajili ulifikia mita milioni 2.6, na mara moja watoa huduma walikuwa kushindania katika vipimo wastani wa bei iliyokubaliwa ilishuka hadi karibu £ 1,100 kwa MWh, dhidi ya £ 3,000 katika vipimo vya kwanza vya majira ya baridi. Pia inaonyesha kiwango: MW 400 katika kilele ni kuhusu ukubwa wa moja kubwa gesi-kuteketezwa kitengo, iliyotolewa na mamilioni ya nyumba, wengi wao kutenda kwa mkono.

Ni nini gharama

Uboreshaji haununuliwi kwa kilowati-saa kama pato la kituo cha nguvu. Ni kununuliwa na kilowatt ya kilele kuondoa, kwa mwaka, kwa sababu hiyo ni nini inachukua nafasi: mimea na betri kujengwa kusimama tayari kwa ajili ya masaa kadhaa kumi.

Chaguo la kushughulikia kilele	gharama hatua	chanzo
gesi kupanda, mpya	$0.110 to $ 0.228 kwa kWh zinazozalishwa, mbio tu katika milima	Lazard LCOE+, mwaka wa 2024
Peaker gesi, matumizi ya betri-kiwango na makazi VPP, MW 400 ya uaminifu kwa ajili ya modeled Marekani huduma	gharama halisi ya VPP kwa huduma ni kuhusu 40% ya juu ya gesi na 60% ya betri. Kuhesabu uzalishaji na uimara, kila mwaka gharama halisi ni kuhusu $43 million for gas, $ milioni 29 kwa ajili ya betri na $ milioni 2 kwa VPP	Brattle, Real Reliability, 2023
dharura kupunguza mahitaji ya kaya, Uingereza	£ 1,111 kwa £ 4,559 kwa MWh iliyotolewa, kwa masaa machache ya baridi	NESO, 2023 na 2024
Rooftop jua juu ya jengo, kizazi chetu kipimo	$0.19 per kWh central; commercial rooftop $0.09 hadi $0.20	Mfano wa ukuta wa mashabiki; Lazard, 2026

Masomo mawili yanatoka katika meza hiyo. Kwanza, kwa kila kWh, kupunguzwa kwa wakati wa juu kunaonekana gharama kubwa, lakini mmea wa peaking pia ni ghali kwa kila kWh kwa sababu inaendeshwa mara chache sana; kwa kila kW ya uaminifu, nyumba za kubadilika ni chaguo la bei nafuu katika tafiti hapo juu, na Brattle anakadiria kuwa matumizi ya GW 60 ya Marekani yanaweza kukidhi mahitaji ya uaminifu ya baadaye kwa $15 to $ bilioni 35 chini zaidi ya miaka kumi kuliko mbadala. Pili, uwezekano haushiriki na kipimo chetu cha jua cha paa, kinakamilisha. Solar huzalisha zaidi wakati wa mchana; uboreshaji huenda kutumia katika masaa hayo, ambayo huongeza thamani ya kila bodi na kupunguza haja ya betri.

Ambapo inaweza kushinda, na ambapo haiwezi

Inaweza kushinda:

• Grids na mengi ya jua, ambapo bei ya mchana kuanguka kuelekea sifuri na usiku milima ni ghali.
• nyumba na inapokanzwa umeme, tanki ya maji moto, pampu joto au magari ya umeme, mizigo ambayo kuhifadhi nishati kwa asili.
• Mitandao ya mitaa karibu na mipaka yao, ambapo kuendesha wakati magari malipo inaweza kuweka nyuma cables mpya na transformers; Marekani DOE taarifa Californian utafiti kugundua kwamba kulipa smoother inaweza kupunguza usambazaji wa uwekezaji kwa mwaka 2035 kutoka hadi $50 billion to $15 $ bilioni 20.
• Biashara na taratibu joto: maduka baridi, pampu maji, inapokanzwa na baridi ya majengo makubwa.

Inawezekana kushinda:

• Long utulivu, nyakati giza. Shifting masaa hawezi kushughulikia wiki windless katika majira ya baridi.
• Mizigo ambayo lazima kukimbia sasa: hospitali, taa, kupikia, sekta nyingi juu ya ratiba ngumu.
• Ingawa hakuna sheria za kupima na haki. Pale ambapo mita husoma mara moja kwa mwezi na bei ni sawa, hakuna kitu cha kujibu na hakuna njia ya kulipwa.

Nini ni kuthibitishwa, plausible na speculative

Proven: mamilioni ya kaya kujibu matukio ya juu-wakati wakati alipewa (Uingereza, 2022 hadi 2024); maji heaters, thermostats, chargers na betri inaweza kudhibitiwa kutoka mbali katika kiwango; mimea virtual nguvu tayari kutoa makumi ya gigawatts nchini Marekani; kubadili mzigo katika masaa ziada hupunguza upungufu na uzalishaji wakati kupanda ndogo ni mafuta.

Plausible: kwamba automatisering nyumbani uwezekano wa kuwa kama kuaminika kama mtambo wa nguvu kwa ajili ya rasilimali ya kutosha (Brattle ya modeling, bado si muongo wa data shughuli); kwamba uwezekano unaweza kutoa 10 hadi 20% ya mahitaji ya juu na 2030 katika Marekani; kwamba kaya nyingi na pampu joto na magari ya umeme watakubali kudhibiti moja kwa moja kama override ni rahisi na akiba ni dhahiri.

Speculative: mwaka mzima, kila siku uwezekano kutoka nyumba nyingi bila uchovu; matokeo ya haki kwa ajili ya kaya bila vifaa kugeuka; uwezekano mkubwa bila hatari mpya ya usalama.

Kufungua maswali ya utafiti

• Je, baseline lazima kukadiriwa kwa haki na bei nafuu kwa ajili ya kaya, na ni kiasi gani makosa inakubalika?
• Ni matukio yapi kwa mwaka watu watakubali, na ni jinsi gani automatisering hubadilisha hilo?
• Je, sisi kuzuia synchronised rebound milima wakati vifaa vingi kujibu kwa bei sawa?
• Ni nini kweli joto uwezekano ya nyumba za kawaida na pampu joto, na jinsi gani ni mabadiliko na insulation na nje ya joto?
• Ambayo tarifa miundo kushiriki faida kwa haki na watu ambao hawawezi kubadili?
• Jinsi gani uwezekano wa kuwa kuthibitishwa kwenye mitandao ya mitaa, siyo tu juu ya gridi ya taifa?

Nini prototype kazi inahitaji

Kwa ajili ya uwezekano, mfano wa kazi si michoro ya programu. Ni kipimo mabadiliko ya mzigo halisi juu ya vifaa halisi: kWh kuhamia, kW ya kilele kukatwa, na kundi kulinganisha, zaidi ya msimu kamili. Vifaa ni ya bei nafuu; ukali ni nini gharama.

Awamu	Kazi	Uamuzi inaruhusu	Gharama ya kawaida	Muda
0. kubuni	Chagua mzigo (kwa mfano tanki la maji ya moto), ishara (bei, kiwango cha kaboni au tukio gridi), kupima, idhini na mpango wa takwimu na kundi kudhibiti	Je, athari kubwa ya kutosha kupima na nyumba zilizopo?	$5k to $15k	1 hadi miezi 2
1. Benchi na nyumbani mtihani	Wadhibiti juu ya 5 hadi 10 vifaa halisi, nusu saa kupima, faraja logging	Je, kifaa kugeuka kwa uhakika, na watu override ni?	$10k to $30k	Miezi 3
2. Kazi mfano	50 hadi 200 nyumba na kundi kudhibiti alicheza kwa moja baridi au majira ya joto, uchambuzi huru wa kWh kubadilishwa na kW kukatwa	Kipimo cha uboreshaji kwa nyumba, ushiriki na kuridhisha	$50k to $200k	6 hadi miezi 9
3. soko la majaribio	Kujiunga nyumba kukusanywa na mtoa au gridi mpango wa operator na kupata kulipwa kwa ajili ya uboreshaji iliyotolewa	mapato kwa nyumba, gharama kwa kW-mwaka, fit na sheria za soko	$150k to $500k	miezi 12

Ambao tunahitaji

• Power-mifumo wahandisi ambao wanajua jinsi uwezekano ni kutumwa, kupima na kukaa.
• Data wanasayansi na wataalamu wa takwimu kwa baselines, vikundi kudhibiti na uthibitisho.
• Behavioural wanasayansi kubuni inatoa watu kuelewa na kuendelea kutumia.
• Embedded na wahandisi usalama kwa ajili ya watawala kwamba ni salama, binafsi na kazi offline.
• Inafanya, maji ya moto na umeme-gari wahusika kulipa.
• Udhibiti na ushuru wataalamu ambao wanaweza kufungua masoko ya mizigo ndogo kubadilika.
• Waandaaji wa jamii na baraza la mitaa ambao wanaweza kuajiri kaya kwa haki, ikiwa ni pamoja na wale wenye kipato cha chini.

Kuwa na wazo bora?

Baadhi ya wanachama wa Taasisi inaweza kuwa na mawasiliano ambayo inaweza kusikia pitch kwa wazo nguvu nishati. Ili kutolewa, wazo linahitaji kazi, mfano wa maisha halisi, na matokeo yake yanapimwa kwenye chombo, si kudai. Kwa ajili ya uboreshaji, kwamba ina maana vifaa halisi katika nyumba halisi au majengo, na kWh metered kuhamishwa na kW ya kilele kukatwa, ikilinganishwa na nyumba ambayo alifanya kitu. Mawazo ya karatasi ni kuwakaribisha pia: kama fizikia na idadi ni imara, tunaweza kuchapisha yao hapa kwenye tovuti. Lakini kukusanya mtaji bila mfano wa kazi ni vigumu sana, na hakuna hapa ni ahadi ya fedha, kurudi au maelezo.

Kutuma wazo lako au matokeo yako ya majaribio kupitia fomu mchango: tatizo inatatua, mzigo na ishara, kipimo au makadirio mabadiliko, gharama kavu kwa kila kW au kwa nyumba, na mtihani rahisi kwamba inaweza kuthibitisha ni kosa. Kwa maelekezo mengine, angalia energy alternatives compared.

Chanzo

1. Mji mkuu ni Braga (2019). Uwezekano wa Taifa kwa Load Flexibility: Thamani na Market Uwezekano kupitia 2030.
2. Hledik, R. and Peters, K., The Brattle Group (May 2023). Real Kuaminika: Thamani ya Virtual Power, tayari kwa ajili ya Google.
3. US Department of Energy (September 2023). Pathways kwa Commercial Liftoff: Virtual Nishati Plants.
4. National Energy System Operator (formerly ESO) (August 2023). Mahitaji ya Uboreshaji wa Huduma ya majira ya baridi 2022/23.
5. National Energy System Operator (2024). Mahitaji ya Uboreshaji wa Huduma ya baridi 2023/24 mwisho wa mwaka ripoti; maelezo ya jumla ya huduma.
6. Mji mkuu ni Cali (2016). Ni nini curve duck inatuambia kuhusu kusimamia gridi ya kijani.
7. Watakatifu wa Agano la Kale Orodha ya Watakatifu Wakristo Orodha ya Watakatifu Wafransisko Lindgren, J., Mikkola, J. and Salpakari, J. (2015). Uchambuzi wa hatua za mfumo wa nishati ya kubadilika ili kuruhusu viwango vya juu vya umeme wa kubadilishana. Utafiti wa Nishati ya Kudumu na Inayoweza Kurekebishwa 45, 785-807.
8. Albadi, M.H. na El-Saadany, E.F. (2008). muhtasari wa majibu ya mahitaji katika masoko ya umeme. Utafiti wa Mifumo ya Nishati ya Umeme 78, 1989-1996.
9. Lazard (June 2024). Levelized Gharama ya Nishati+, toleo 17: gesi kilele $110 to $228 kwa MWh. toleo Juni 2026 inatoa biashara ya juu ya jua mbalimbali kutumika kama kigezo chetu.
10. Local Solar System Foundation. The Fan Wall: utafiti wa upepo wazi, kwa ajili ya jua juu ya paa kipimo cha $ 0.19 kwa kWh.