Demand flexibility

Her bir elektrik geçiriji ulgamy her sekuntda isleg we üpjünçilik bilen deňeşdirilmelidir. Bir asyrlap bu iş üpjünçiligi dolandyrmak arkaly edildi: kömür, gaz we suw elektrik stansiýalary adamlary saýlap alan zatlaryna görä işledi. Rüzgâr we gün şöhlesi ne wagt öndüriljekdigi aýdylyp bilmez, şonuň üçin arassa bir çeperiň deňlemegiň beýleki ýarymynyň hem hereket etmesine zerurlygy bar. Islegleriň üýtgemegi, biz elektrik energiýasyny nädip we haçan ulanýanymyzy üýtgetmekdir, käbir ýagdaýlarda bolsa, bahalara, signallara ýa-da awtomatiki dolandyryşa jogap hökmünde isleýän hyzmatlarymyzdan el çekmezden: gyzgyn suw, ýagty öý, çalt işleýän awtoulag, arassa nahar.

Bu biziň sanawymyzda hiç hili energiýa öndürmeýän bir energiýa alternatiwasy. Bu örän möhüm. **Bir kilowat-sagat agşamyň iň ýokary derejesinden güneşli bir günortana geçip, gaz zawodynyň çykarýan energiýasyny we başgaça ýitiriljek gün şöhlesini kontroleriň bahasy we adalatly tarif bilen çalşyrýar. Ol millionlarça öýleriň ölçeginde işleýär. Bu oýunda çäkler, fizika däl-de, ynam, ölçeg we gatnaşmak üçin soralan adamlaryň sabyrlylygydyr.

Bu nämedir

Islegiň çydamlylygy, elektrik energiýasynyň ulanylyşyny üpjünçiligiň ýerine başga bir tarapa görä dowam etdirmäge mümkinçilik berýän her zady öz içine alýar. Inženerler ony dört görnüşe bölýärler:

• Shift: use to another hour without changing the total Günortada gyzgyn suw saklaýjyny gyzdyr, gijesi maşyny zarýad et, güýçli howa bolsa süzgüçleri işlet.
• Shed: gysga wagt üçin ulanmak azaldyp we az hyzmat kabul et, mysal üçin bir sagat üçin termostaty bir derejä aşak düşür.
• Shape: her günki şablony tarifler arkaly üýtget, olar käbir sagatlary beýlekilerden gymmatly edýär, misal üçin ulanmak wagty ýa-da yarym sagatlyk bahalar.
• Shimmy: tiz, kiçi düzedişler sekuntlar ýa minutlar içinde gridiň frekwensiýasyny durnukly saklamakda kömek eder, suw gyzdyryjylar, batareýalar we awtoulag şarj edijiler hiç kimňin duýdurmazdan edip biler.

Bu ýaly binlerçe enjam programma üpjünçiligi tarapyndan koordinirlenende we bir çeşme hökmünde gride hödürlenende, netije virtual power plant diýlip atlandyrylýar: ol ýokarykda bir elektrik stansiýasy ýaly hereket edýär, ýöne öýlerden ybarat. Bu meýdançanyň synlary doly alet gapyny we nädip elýeterliligi saklamak we güýçli çeperleri tamamlaýandygyny beýan edýär (Lund et al., 2015; Albadi and El-Saadany, 2008).

Nädip işleýär

The duck curve. Bir güneşli bahar güni birçok gün şöhlesi bolan bir sebitde, beýleki ösümlikleriň ýetmekci bolmaly talaplar, net load diýlip atlandyrylýan, günün ortasynda aşak düşýär we soňra agşam gün batyşy bilen we adamlar öýlerine gelenlerinde belentden çykýar. Bir gün içinde çyzylan, egri bir ösümke ýaly görünýär, Kaliforniýa graýt operatory (CAISO, 2016) tarapyndan meşhur edilen bir şekil. Günortadan soňra we günortadan öňki wagtlar iň gymmatly wagtlar bolup, günortada bolsa güneş elektrik stansiýalary ýapylýar ýa-da talap ýoklugy sebäpli çäklendirilýär.

The simple arithmetic. Üç sany rakam flexibility-niň näme edýändigini beýan edýär, we üstki düşündiriji olary bir şäher ululykly çyra üçin hasaplaýar.

• Peak net load, the largest gap between demand and wind plus solar. Bu näçe gazy, batareýalary ýa-da importy taýyn saklamak gerekdigini kesgitleýär. Akşamdan soň ýük daşalmak ony peselder.
• Curtailment, the clean energy produced but not used. Gün şöhleli wagtlara ýüki geçirmek ony ulanýar.
• Carbon intensity, the average emissions per kWh consumed. Eger gap gaz bilen doldurylan bolsa 450 g CO2 per kWh, her bir kWh gapdan artykmaçlyga göçürlen her bir kWh 450 g tygşytlaýar.

Şu günki günde, bir wagtda günde 300 MWh ulanýan dört ýüküň, şäheriň islegleriniň takmynan ýediden birini, daşky gurşawy gaz bilen üpjün etmek üçin gerek bolan akşamyň ýokary derejesini 112 MW-dan 61 MW-a çenli azaldýar, gün we howa energiýasyny 580-den 380 MWh-a çenli azaltýar we karbon intensiwligini 130-dan 90 g / kWh-a çenli peseltýär. Ulanylan energiýa dogrydan-dogry şol birdir. Şekiller görkezmek üçindir, emma mehanizm bir grid operatorlary ykrar edýärler.

Näme üçin käbir ýükler ideal. Bir gowy elýeterli ýük energiýa saklaýar ýa-da onuň meýilnamasında boşluk bar:

• Suw gyzdyryjylar termal batareýalar: 200 litrlik tank 40 °C-de gyzdyrylanda takmynan 9 kWh saklaýar. Şäher
• Elektrikli maşynlar günüň köp böleginde parkda durýarlar we gündelik 30-50 km aralykdaky bir ýola diňe 5-10 kWh gerek bolýar. On sagatlap batareýa bilen işleýän awtoulag olaryň birini ýa-da ikisini öçürmeli, we ol haýsyny saýlap biler.
• Heat pumps in a well-isolated home can preheat the house in the afternoon and coast through the evening peak with the building’s own mass as storage.
• Dish Washers, Washing Machines and Dryers a end time need, not a start time.

Kontrol, isle-güç däl. Adamlardan çetni görmegi soramak uzak dowam etmez. Baýraklylyk hekaýalary aňrybaş baha ýa-da öwgüni awtomatizasiýa bilen birleşdirýär: akylly termostat, şarj ediji ýa-da suw gyzdyryjy kontroler, bular signaly yzarlaýar we oňat üsti bilen geçýärler. Britaniýanyň Isleg Eňillik Hizmetinde 2023/24 ýylky gyşda gatnaşyjylaryň 99% -den gowragy aşakdakylara jogap berdiler: NESO, 2024), bu täsirli raýat gatnaşygy we awtomatlaşdyrmagyň ähmiýeti üçin sebäpdir: eller tiz, kontrolerler etmeýär.

Sülgüler: teoriki we praktiki

Fizikanyň çäklendirmeleri. Elýeterlilik hyzmatyň saklamagy bilen çäklendirilýär: tank näçe sagat gyzgyn galýar, öý näçe wagt gyzgyn galýar, maşyna sagat näçe gerek bolýar. Ol energiýany sagatlarda, bazen günlerde, ýöne ýazdan gyşa däl-de, üýtgetip biler. Ol bir hepdelik asuda, bulutly howa üçin hem kompensasiýa bolup bilmez: bu bolsa saklamak, öndürmek ýa-da import etmek zerurlygy döredýär.

Näme adamlar we bazarlar çäklendirýär:

• Participation and fatigue. Özbaşdak wakalar gyşda birnäçe gezek gowy işleýär. Her günki soraglar awtomatizasiýasyz adamlary ýitirir.
• The baseline problem. Bir adama azrak ulanmak üçin töleg etmek üçin, siz olaryň başgaça ulanyp biljek zatlaryny hasaplamalysyňyz. Baselines gamed bolup biler, we olar bir öý üçin barlamak kyn.
• Rebound and new peaks. Bir sagatdan çykan ýük başga bir sagata düşdi. Eger müňlerçe şarj edijiler bir wagtyň özünde başlasalar, olar ýerli kabellerde täze bir ýokary derejesini döredip biler. Täze öwrümler
• Adalatlylyk. Awtomobilleri, gyzgynlyk pompalary we akylly ölçeýjileri bolan öýler bu çydamlylykdan peýda alyp biler; olardan başgalary bolsa bilmez. Tarifler öýde kimdir birine kömek edýän ýaly, köçä çykyp bilmeýän adamlary jezalandyrmaýar.
• Gyzgynlyk we kiber howpsuzlyk. Milyon alnagy çalşyrýan bir sistema bir maksatdyr. Ştandartlar, şifrleme we ýerli galplyklar zerurdyr.
• Metering and settlement. Yarym sagatlyk ölçeýjiler we bazar düzgünleri bolmazdan, isleýän öýler hem hödürlenip bilmez.

Real proýekt, ölçeýji

Program	Näme ölçenildi	Menba
Büyük Britaniýa Isleg Eňilçilik Hizmetleri, 2022/23 gyş	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	NESO winter review, 2023
Büyük Britaniýa Isleg Eňilçilik Hizmetleri, 2023/24 gyş	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 dropped to £1,111 per MWh, with bids as low as £150	NESO ýyl ahyrky hasabaty, 2024
US talap jogap we wirtual elektrik stansiýalar	ABŞ-da 30-dan 60 GW-a çenli wirtual elektrik stansiýasynyň kuwwaty işleýär, esasan hem ýylda birnäçe gezek ulanylýan isleg-jogap programmalarynda	US DOE, Pathways to Commercial Liftoff: Virtual Power Plants, 2023
2030-njy ýyla çenli ABŞ-nyň mümkinçiligi	200 GW töweregi bahasy täsirli ýük esnekligi, 20% peak, üç gezekden gowrak 60 GW isleg jogap soň elýeterli, bahasy $15 milliarddan gowrak ýyllyk çykdajylary saklamak	Brattle, 2019
US target	2030-njy ýyla çenli 80-den 160 GW-a çenli wirtual elektrik stansiýalary, iň ýokary islegiň 10-dan 20% -ine çenli, ýylda $ 10 milliard töweregi grid çykdajylaryny tygşytlaýar	US DOE, 2023

Britaniýanyň hyzmaty şu wagta çenli iň aýan uly ölçegli jemgyýetçilik rekordy. Iki ýyl içinde ol bir agyr ýagdaý üçin çäreleriň rutini guralyna öwrüldi: üpjün edijileriň sany 58% artdy, hasaba alnanlar 2.6 million metre ýetdi we bir gezek üpjün edijiler synaglarda bäsleşdiler ortaça kabul edilen baha 1,100 £ / MWh töweregi düşdi, ilkinji synagda 3,000 £ garşy. Bu hem ölçegi görkezýär: 400 MW ýokary derejesinde bir uly gaz bilen işleýän enjamyň ululygy, millionlarça öýler tarapyndan berlen, olaryň köpüsi el bilen hereket edýär.

Neçe

Elýeterlilik bir elektrik stansiýasynyň çykarýan energiýasy ýaly kilowatta-sagdan satyn alynmaýar. Ol her ýyl çykarýan kilowaty bilen satyn alynýar, sebäbi bu onuň ýerine geçýän zat: bir näçe onlaýn sagat üçin taýýar durmaga gurlan desgalar we batareýalar.

Bir çepe örtmek üçin opşenler	_Gün tertibi	Menba
Gazy äkitmek stansiýasy, täze	$0.110 to $0.228 per kWh produced, running only at peaks	Lazard LCOE+, 2024
Gaz peýker, utility-scale batareýa we ýaşaýyş VPP, 400 MW US modellenen utility üçin ygtybarlylyk	VPP-niň netto bahasy gazyň 40% we batareýalaryň 60% -ini düzýär. Çykyşlary we durnuklylygy hasaplasaň, ýyllyk netto bahasy batereýalar üçin $43 million for gas, $29 million we VPP üçin $2 million töweregidir	Brattle, Real Reliability, 2023
Ýüksek Britaniýa	1,111 to 4,559 £ per MWh delivered, for a few hours a winter	NESO, 2023 and 2024
Binanyň daşynda gün şöhlesi, biziň nesilimiziň ölçegleri	$0.19 per kWh central; commercial rooftop $0.09 to $0.20	Ýol Fan Diwar Modeli; Lazard, 2026

Bu stoldan iki ders çykýar. Ilki bilen, kWh-a görä, peak-time azaldyşy gymmat görünýär, ýöne bir peaking kärhanasy hem kWh-a görä gymmatdyr sebäbi ol az işleýär; ygtybarlylyk üçin kW-a görä, elýeterli öýler ýokardaky barlaglarda iň ucuz opsiýadyr we Brattle 60 GW ABŞ-nyň ýerleşdirmegi geljekki ygtybarlylyk zerurlyklaryny $15 to $35 milliarddan az on ýyl içinde alternatiwlerden doly üpjün edip biler. Ikinjiden, bu çydamlylyk biziň gün energiýasyny ulanmagyň ölçeglerimiz bilen bäsleşmän, olary doly üpjün edýär. Gün şöhlesi günortada iň köp öndürýär; elýeterlilik bu sagatlara peýdalanyp biler ki her paneliň bahasyny bejerýär we batareýa islegini azaltýar.

Oň ýeňip biljek we ýeňip bilmejek ýeri

Ony ýeňip biler:

• Birçok gün şöhlesi bilen gritler, ortagün bahalary sıfryňa düşýän we agşam çykmalar gymmatly.
• Elektrik gyzdyryjyly öýler, gyzgyn suw tanklary, gyzgyn pompalar ýa-da elektrik maşynlar, energiýany saklaýan ýükler.
• Öz çäklerine ýakyn ýerdäki ulgamlar, awtoulaglaryň ýüklenýän wagtyny dolandyrmak täze kableleri we transformatorlary yza süýşürip biler; ABŞ-nyň DOE-si Kaliforniýa ylmy barlaglarynyň has çalt ýüklenmegiň 2035-nji ýyla çenli paýlaşmak maýa goýumyny $50 billion to $15-den 20 milliard dollara çenli azaltyp biljekdigini belleýär.
• Business with thermal processes: sowuk saklamak, suw pompalamak, gyzdyrmak we uly binalaryň sowadylmagy.

Oň ýeňip bilmez:

• Long calm, dark periods. Shifting hours cannot cover a windless week in winter.
• Bu wagt işledilmeli ýükler: keselhanalar, ýagtylyk, aşhana, köpçülikleýin önümçilikler gysga möhletli.
• 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.

Näme subut edilen, mümkin we spekulatiw

Dogrulan: millionlarça öýler peak-time wakalara jogap berer, eger olar sylaglansa (Büyük Britaniýa, 2022den 2024e); suw gyzdyryjylar, termostatlar, şarj edijiler we batareýalar uzakdan ölçegde dolandyrylyp bilner; wirtual elektrik stansiýalary ABŞ’da onlaýn gigawtlary elbetde üpjün eder; boş wagta ýüki geçirmek, çäkli stansiýa fosil bolsa, kesişmeleri we emissiýany azaltýar.

Plausible: awtomatlaşdyrylan öý elýeterliligi resurs ýeterlikligi üçin elektrik stansiýasy ýaly ygtybarly bolup biler (Brattle’s modeling, not yet a decade of operation data); awtomatikleşdirilen öý elýeterliligi 2030-a çenli ABŞ-da iň ýokary islegiň 10% -den 20% -ine ýetip biler; eger üsti geçiş ýeňil bolsa we tygşytlamalar görünýän bolsa, gyzgyn pompalar we elektrik awtoulaglary bolan öýleriň köpüsi awtomatik kontroly kabul eder.

Speculative: ýyl-dönüm, her günlik elýeterliligi köp öýlerden; elýeterli enjamlary bolmadyk öýler üçin dogry netijeler; täze howpsuzlyk howpsuzlygy bolmadyk uly ölçegli elýeterlilik.

Aç

• Bir baseline nädip bir öý üçin dogry we arzan hasaplanmaly, we näçe hata kabul edilmeli?
• Näçe her ýyl üçin wakalar adamlar kabul edermi we awtomatlaşdyryş ony nädip üýtgeder?
• Birnäçe enjam bir baha üçin jogap berende biz nädip seniňleşen gaýdyş çöküşleri saklaýarys?
• Ýygtyýarly termal flexibility normal öýleriň gyzgynlyk pompalary nämedir we ol izolýasiýa bilen we daşky temperatura bilen nähili üýtgeýär?
• Haýsy tarife döwri üýtgetmeýän adamlar bilen peýdalary deň paýlaýar?
• Nädip elýeterli bolup biler barla diňe milli grétde däl, eýsem ýerli grétlerde hem?

Işleýji prototipiň näme gerek bolar

Elýeterlilik üçin, işleýän model bir programiň çyzgysy däl. Bu a real load’s measured shift on real devices: kWh moved, kW of peak cut, with a comparison group, over a full season. Eşýalar gymmat; ýöne, olaryň bahasy ýokarda.

Faýllar	Iş	Bu karary mümkin edýä	_Göçür	Zaman
0. Design	Ýük (meselem gyzgyn suw tanklary), senäli (bal, karbon intensiwligi ýa-da grid wakasy), ölçeýji, ylalaşma we kontrol topar bilen statistik plany saýlaň	Bu täsir ýeterlik ulymy we elýeterli öýler bilen ölçemek üçin?	$5k to $15k	1 to 2 months
1. Bench we öý synag	Kontroller 5den 10e real alkyşlarda, yarym sagatlyk ölçeýji, rahat ýazgy	Alyç ygtybarly çalşyrmy, we adamlar ony üsti bilen geçýämi?	$10k to $30k	3 aý
2. Working model	50 to 200 homes with a matched control group for one winter or summer, independent analysis of kWh shifted and kW cut	Ýurt, gatnaşyk we kanagatlanma boýunça ölçeýän elýeterliligi	$50k to $200k	6 to 9 months
3. Market pilot	Bir satyjy ýa-da aragatnaşyk operatory programmasy bilen birikdirlen öýleri ýaz we berlen elýeterlilik üçin töleg al	Her öýe düşýän girdeji, her kW-ýyla çykdajy, bazar düzgünlerine laýyk	$150k to $500k	12 aý

Kime gerek

• Energiýa-sistemalar inženerleri, olar nädip elýeterliligi iberilýändigini, ölçelip we kesgitlenendigini bilýär.
• Data scientists and statisticians for baselines, control groups and verification.
• Behavioral scientists to design offers people understand and keep using.
• Embedded we howpsuzlyk inženerleri howpsuz, hususy we offline işleýän kontroller üçin.
• Iňňeleme, gyzgyn suw we elektrikli ulaglary ýüklemek hünärmenleri.
• Regulatory we tarif ekspertler ki olar bazarlary kiçi elýeterli ýüklere açyp bilerler.
• Toplum guramaçylary we ýerli geňeşler , az girdejili adamlary hem öz içine alýan, maşgalalary deň derejede işe alyp biler.

Näçe

Faýunsyň käbir agzalarynyň güýçli energiýa niýeti üçin bir ses eşidip biljek gatnaşyklary bolup biler. Bir pikiri hödürlemek üçin, onuň bir işleýän, hakykat-haýal model gerekdir, netijeleri bir enjamda ölçenilmelidir, talap edilmemelidir. Elýeterlilik üçin, bu aňladýan hakykatly enjamlarda hakykatly öýler ýa binalar, ölçeýän kWh göçürlen we kW’yň peak kesmek bilen, hiç zat etmedik öýlere deňeşdirilende. Kagyz pikirler hem hoşallyk bilen kabul edilýär: eger fizika we sanlar berk bolsa, biz olary şu ýerde web saýtda çap edip bileris. Emma işleýän modelsiz maýa toplamak gaty kyn, we bu ýerde hiç zat maliýeleşdirmek, dolanşyk ýa-da tanyşdyrmak barada wagyz etmeýär.

Siziň pikiriňizi ýa-da synag netijeleriňizi contribution form arkaly iberiň: çözýän problema, ýük we senäýal, ölçemeli ýa-da hasaplanmaly üýtgetme, kW üçin ýa-da öý üçin takmynan baha, we ony ýalňyş görkezjek iň gymmat synag. Başga ugurlar üçin, energi alternatifs compared gör.

Mendiler

1. The Brattle Group (June 2019). Load Flexibility üçin Milli Potensial: 2030-njy ýyla çenli baha we bazar Potensial.
2. Hledik, R. we Peters, K., The Brattle Group (May 2023). Hakykatda Ykjamlyk: Virtuel Işiň Ýükselişi, Google üçin taýýarlandy.
3. US Department of Energy (September 2023). Pathways to Commercial Liftoff: Virtual Power Plants.
4. Milli energiýa ulgamynyň operatory (öňki ESO) (2023-nji ýylyň awgust aýy). 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. 2016-njy ýyldan Kaliforniýa ştatynyň gubernatory. Bek egri bize yaşıl çet dolandyrmak barada näme aýdýar?
7. Lund, P.D., Lindgren, J., Mikkola, J. we Salpakari, J. (2015). Review of energy system flexibility measures to enable high levels of variable renewable electricity. Renewable and Sustainable Energy Reviews 45, 785-807.
8. Al-Saadany, E.F. (2008). Elektrik bazarlarynda isleglere jogap bermek üçin bir jemleme. Electric Power Systems Research 78, 1989-1996.
9. Lazard (June 2024). Levelized Cost of Energy+, version 17: gas peaking $110 to $228 per MWh. 2026-njy ýylyň iýun aýynyň neşiri biziň ölçegimiz hökmünde ulanylýan söwda diwarly gün şöhlesi aralygyny berýär.
10. Local Solar System Temelli The Fan Wall: open wind research, for a rooftop solar benchmark of $0.19 per kWh.