Кіріспе
Тұтынушылардың ең жоғары жүктеме кезіндегі энергия пайдалануын өзгерту
Energy demand management, also known as demand side management (DSM) or demand side response (DSR), is the modification of consumer demand for energy through various methods such as financial incentives and behavioral change through education. Usually, the goal of demand side management is to encourage the consumer to use less energy during peak hours, or to move the time of energy use to off peak times such as nighttime and weekends. Peak demand management does not necessarily decrease total energy consumption, but could be expected to reduce the need for investments in networks and/or power plants for meeting peak demands. An example is the use of energy storage units to store energy during off peak hours and discharge them during peak hours. A newer application for DSM is to aid grid operators in balancing variable generation from wind and solar units, particularly when the timing and magnitude of energy demand does not coincide with the renewable generation. Generators brought on line during peak demand periods are often fossil fuel units. Minimizing their use reduces emissions of carbon dioxide and other pollutants. The term DSM was coined following the time of the 1973 energy crisis and 1979 energy crisis. Governments of many countries mandated performance of various programs for demand management. An early example is the National Energy Conservation Policy Act of 1978 in the U. S., preceded by similar actions in California and Wisconsin. Demand side management was introduced publicly by Electric Power Research Institute (EPRI) in the 1980s. Nowadays, DSM technologies become increasingly feasible due to the integration of information and communications technology and the power system, new terms such as integrated demand side management (IDSM), or smart grid.
Энергия сұранысын басқару, сондай-ақ сұраныс жағындағы басқару (DSM) немесе сұраныс жағындағы жауап (DSR) деп аталады, бұл қаржылық ынталандырулар және білім беру арқылы мінез-құлықты өзгерту сияқты әртүрлі әдістер арқылы тұтынушылардың энергияға деген сұранысын өзгерту болып табылады. Әдетте, сұраныс жағын басқарудың мақсаты тұтынушыны ең жоғары жүктеме кезінде энергияны аз пайдалануға немесе энергияны пайдалану уақытын түнгі және демалыс күндері сияқты ең төмен жүктеме кезіне ауыстыруға ынталандыру болып табылады. Ең жоғары сұранысты басқару жалпы энергия тұтынуды міндетті түрде азайта бермейді, бірақ желілерге және/немесе электр станцияларына инвестиция қажеттілігін азайтуға мүмкіндік береді. Мысалы, энергияны сақтау құрылмыларын ең төмен жүктеме кезінде энергияны сақтау және ең жоғары жүктеме кезінде оны пайдалануға болады. DSM-нің жаңа қолданысы – жел және күн электр станцияларынан алынатын энергияның өзгеруін теңгеруге желі операторларына көмектесу, әсіресе энергия сұранысының уақыты мен мөлшері жаңаруға жарамды энергиямен сәйкес келмеген жағдайларда. Ең жоғары сұраныс кезеңдерінде қосылатын генераторлар көбінесе қызыл отынмен жұмыс істейтін станциялар болып табылады. Оларды барынша азайту көмірқышқыл газы және басқа да зиянды заттардың шығарылуын азайтады. DSM термині 1973 жылғы және 1979 жылғы энергетикалық дағдарыстардан кейін пайда болды. Көптеген елдердің үкіметтері сұранысты басқару бойынша әртүрлі бағдарламаларды іске асыруды міндеттеді. Мысалы, АҚШ-та 1978 жылы қабылданған Ұлттық энергияны сақтау саясаты туралы заң, бұған дейін Калифорния және Висконсин штатындағы ұқсас шаралар болды. Сұраныс жағын басқаруды 1980-ші жылдары Электр энергетикасын зерттеу институты (EPRI) көпшілікке таныстырды. Қазіргі уақытта ақпараттық және коммуникациялық технологиялардың электр жүйесімен интеграциялануының арқасында DSM технологиялары кеңінен қолданылуда, сондай-ақ сұраныс жағындағы интеграцияланған басқару (IDSM) немесе «ақылды желі» сияқты жаңа терминдер пайда болып келеді.
Energy demand management, also known as demand side management (DSM) or demand side response (DSR), is the modification of consumer demand for energy through various methods such as financial incentives and behavioral change through education. Usually, the goal of demand side management is to encourage the consumer to use less energy during peak hours, or to move the time of energy use to off peak times such as nighttime and weekends. Peak demand management does not necessarily decrease total energy consumption, but could be expected to reduce the need for investments in networks and/or power plants for meeting peak demands. An example is the use of energy storage units to store energy during off peak hours and discharge them during peak hours. A newer application for DSM is to aid grid operators in balancing variable generation from wind and solar units, particularly when the timing and magnitude of energy demand does not coincide with the renewable generation. Generators brought on line during peak demand periods are often fossil fuel units. Minimizing their use reduces emissions of carbon dioxide and other pollutants. The term DSM was coined following the time of the 1973 energy crisis and 1979 energy crisis. Governments of many countries mandated performance of various programs for demand management. An early example is the National Energy Conservation Policy Act of 1978 in the U. S., preceded by similar actions in California and Wisconsin. Demand side management was introduced publicly by Electric Power Research Institute (EPRI) in the 1980s. Nowadays, DSM technologies become increasingly feasible due to the integration of information and communications technology and the power system, new terms such as integrated demand side management (IDSM), or smart grid.
Операция
Америкалық электр энергетикасы бастапқыда электр энергиясын өндіру үшін пайдаланылатын тұтыну электр энергиясы немесе жанармай түрінде шетелдік энергия импорттауға көп тәуелді болды. 1970 жылдардағы энергетикалық дағдарыстар кезінде федералды үкімет шетелдік мұнайға тәуелділікті азайту, энергия тиімділігін және баламалы энергия көздерін қолдау мақсатымен «Қоғамдық пайдалылықты реттеу саясаты» заңын (PURPA) қабылдады. Бұл заң коммуналдық кәсіпорындарды тәуелсіз электр өндірушілерден ең арзан электр энергиясын алуға міндеттеді, бұл жаңартылатын энергия көздерін дамытуға көмектесті және коммуналдық кәсіпорындарды қажетті қуат мөлшерін азайтуға ынталандырды, соның салдарынан энергия тиімділігі және сұранысты басқару саласындағы бағыттарды ілгерілетуге септі. Электр энергиясын қолдану ауа райының қазіргі жағдайына байланысты қысқа және орташа мерзімде айтарлықтай өзгеруі мүмкін. Әдетте, электр жүйесінің көтерме сатысы сұраныстың өзгеруіне жауап ретінде қуат өндірісін арттыру немесе азайту арқылы бейімделеді. Дегенмен, ең жоғары жүктеме кезінде қосымша қуат көбінесе тиімділігі төмен («жоғары жүктемелік») көздерден беріледі. Өкінішке орай, осы «жоғары жүктемелік» көздерді пайдаланудың дереу қаржылық және экологиялық құны бөлшек сауда бағаларында толыққанды көрсетілмейді. Сонымен қатар, электр энергиясын тұтынушылардың баға сигналдарына жауап ретінде сұранысты өзгертуге (сұраныстың серпімділігі) қабілеті немесе ынтасы төмен болуы мүмкін, әсіресе қысқа мерзімде. Көптеген нарықтарда тұтынушылар (әсіресе бөлшек клиенттер) нақты уақыт бағасын мүлдем көрмейді, олар орташа жылдық құнға немесе басқа есептелген бағаларға негізделген тарифтерді төлейді. Энергия сұранысын басқару шаралары электр энергиясының сұранысы мен ұсынысын оңтайлы деңгейге жақындатуға және электр энергиясын пайдаланушыларға сұранысты азайту арқылы пайда табуға көмектеседі. Қазіргі жүйеде сұраныс жағынан басқарудың интеграцияланған тәсілі кеңінен қолданылуда. IDSM жүйе жағдайларына байланысты соңғы пайдалану жүйелеріне жүктемені азайту туралы сигналдарды автоматты түрде жібереді. Бұл сұраныстың ұсынысқа сәйкес болуын қамтамасыз ету үшін өте дәл реттеуге мүмкіндік береді және коммуналдық кәсіпорындар үшін капиталдық шығындарды азайтады. Жүйенің қиын жағдайлары – жоғары жүктеме кезеңдері немесе жаңартылатын энергия деңгейі өзгеретін аймақтарда, артық өндірісті болдырмау үшін сұранысты арттыру немесе жүктеменің өсуіне көмектесу үшін оны төмендету кезеңдері болуы мүмкін. Жалпы, сұранысқа бейімделу әртүрлі жолдармен жүзеге асыруға болады: баға сигналдарына жауап беру арқылы, мысалы, кешкі және күндізгі уақыттағы тұрақты айырмашылықтар немесе кейбір жоғары бағамен қолданылатын күндер, үй ішкі желілері арқылы жүзеге асырылатын мінез-құлық өзгерістері, қашықтан басқарылатын кондиционерлер сияқты автоматтандырылған басқару немесе энергия тиімді құрылғылармен тұрақты жүктемені реттеу арқылы.
Логикалық негіздер
Кез келген тауарға сұраныс нарық қатысушылары мен үкіметтің (реттеу және салық салу) іс-әрекеттері арқылы өзгертілуі мүмкін. Энергияға сұранысты басқару – энергияға сұранысқа ықпал ететін шараларды білдіреді. DSM бастапқыда электр энергиясында қабылданған, бірақ бүгінде су және газды қоса алғанда, басқа да коммуналдық қызметтерде кеңінен қолданылады. Энергия қажеттілігі әртүрлі халық тығыздығы, отбасы мөлшері, құрылыс ерекшеліктері, инфрақұрылым және әлеуметтік жүйелерге ие аймақтар арасында кең ауқымда өзгереді. Аймақтық сұранысқа сәйкес аймақтық ұсынысты реттеу кеңінен қабылданады. Энергияға деген сұранысты азайту – қазіргі заманғы өнеркәсіп тарихының көп бөлігінде энергия жеткізушілер мен үкіметтердің атқарып келген іс-әрекеттеріне қайшы келеді. Өнеркәсіптік дәуірде әртүрлі энергия түрлерінің нақты бағасы масштабты өндіріс және технологияның дамуына байланысты төмендегенімен, болашақта бұл тенденцияның керісінше болуы күтілуде. Бұрын энергияны пайдалануға ынталандыру орынсыз болған жоқ, себебі болашақта энергияның көп және арзан көздері күтілуде немесе жеткізушілер тұтынудың өсуінен пайда көретін артық қуаттылықты орнатқан. Орталық жоспарлы экономикада энергияға субсидия беру экономикалық дамудың маңызды құралы болды. Кейбір елдерде энергиямен жабдықтау саласына берілетін субсидиялар әлі де кең таралған. Тарихи жағдайдан өзгеше, энергия бағасы мен қолжетімділігі нашарлауы күтілуде. Үкіметтер және басқа да мемлекеттік органдар, тіпті энергия жеткізушілердің өзі энергия тұтыну тиімділігін арттыратын энергия сұранысын басқару шараларын қолдануға бейім.
Түрлері
Энергия тиімділігі: Бірдей тапсырмаларды орындау үшін аз қуатты пайдалану. Бұл су жылытқыштар, тоңазытқыштар немесе кір жуғыш машиналар сияқты тиімді жүктеме қажет ететін құралдарды пайдалану арқылы тұрақты түрде сұранысты азайтуды қамтиды. Сұранысқа жауап беру: Сұранысты азайту, тегістеу немесе өзгерту үшін кез келген реактивті немесе алдын алу шарасы. Тарихи тұрғыдан, сұранысқа жауап беру бағдарламалары генерациялық қуатты құрудың жоғары құнын кейінге шегеріп, шығындарды азайтуға бағытталған. Алайда, сұранысқа жауап беру бағдарламалары енді күн және жел энергиясын өндіруден кем, таза жүктеме пішінін өзгертуге көмектесу үшін қарастырылуда, бұл өзгермелі жаңартылатын энергияны интеграциялауға көмектеседі. Сұранысқа жауап беру – электр энергиясын тұтынудың уақытын, бір мезгілдегі қажеттілік деңгейін немесе жалпы электр энергиясы тұтынуын өзгертуге бағытталған, соңғы тұтынушылардың электр энергиясын тұтыну үлгілерін қасақана өзгертудің барлық түрлері. Сұранысқа жауап беру электр жүйесіндегі нақты жағдайларға (мысалы, желідегі тығырылғандық немесе жоғары бағалар) жауап ретінде электр энергиясын есептеуіштің тұтынушы жағында қолданылатын әрекеттердің кең ауқымын қамтиды, соның ішінде жоғарыда аталған IDSM. Динамикалық сұраныс: Жүктемелер жиынтығының әртүрлілік коэффициентін арттыру үшін құрылғының жұмыс циклдарын бірнеше секундқа жылжыту немесе кейінге шегеру. Концепция тұжырымдамасы электр желісінің қуат коэффициентін, сондай-ақ олардың өзіндік басқару параметрлерін бақылау арқылы жеке, үзіліссіз жүктемелер жалпы жүйелік жүктемені генерациямен теңестіру үшін оңтайлы сәттерде қосылады немесе өшіріледі, бұл қуаттың маңызды сәйкессіздіктерін азайтады. Бұл ауыстыру құрылғының жұмыс циклін бірнеше секундқа ғана жылжытады немесе кейінге шегереді, сондықтан соңғы пайдаланушы оны байқамайды. 1982 жылы АҚШ-та осы идеяға энергетикалық жүйелер инженері Фред Швейппеге патент берілді (қазір мерзімі өткен). Бұл динамикалық сұранысты басқару түрі әдетте кондиционерлерде қолданылады. Мысалы, Калифорниядағы SmartAC бағдарламасы. Таратылған энергия ресурстары: Таратылған энергияны өндіру, сондай-ақ таратылған энергия, жергілікті өндіріс (OSG) немесе аудандық/орталықтандырылған энергия – бұл таратқан энергия ресурстары (DER) деп аталатын әртүрлі шағын, желіге қосылған құрылғылар арқылы жүзеге асырылатын электр энергиясын өндіру және сақтау. Көмірмен, газбен және ядролық энергиямен жұмыс істейтін, сондай-ақ гидроэлектр станциялары мен ірі күн электр станциялары сияқты дәстүрлі электр станциялары орталықтандырылған және көбінесе электр энергиясын ұзақ қашықтыққа жеткізуді қажет етеді. Ал DER жүйелері орталықтандырылмаған, модульді және икемді технологиялар болып табылады, олар қызмет көрсететін жүктемеге жақын орналасқан, бірақ қуаты 10 мегаватттан (МВт) аспайды. Бұл жүйелер бірнеше генерациялау және сақтау компоненттерінен құралуы мүмкін; мұндай жағдайда олар гибридтік қуат жүйелері деп аталады. DER жүйелері әдетте жаңартылатын энергия көздерін пайдаланады, соның ішінде шағын гидро, биомасса, биогаз, күн энергиясы, жел энергиясы және геотермальдық энергия, сондай-ақ электр энергиясын тарату жүйесінде маңызды рөл атқарады. Электр энергиясын сақтауға арналған желіге қосылған құрылғыны DER жүйесі ретінде жіктеуге болады және оны көбінесе таратылған энергия сақтау жүйесі (DESS) деп атайды. Интерфейс арқылы DER жүйелерін ақылды желіде басқару және үйлестіру мүмкін. Таратылған өндіріс және сақтау көптеген көздерден энергия жинауға мүмкіндік береді және қоршаған ортаға тигізетін әсерді азайтып, жабдықтау қауіпсіздігін арттырады.
Өлшемі
Жалпы алғанда, сұранысты басқару төрт санатқа жіктеледі: ұлттық деңгей, энергия ұйымдары деңгейі, қоғамдық деңгей және жеке үй шаруашылықтары деңгейі.
Ұлттық ауқым
Энергия тиімділігін арттыру – сұранысты басқару стратегияларының ең маңыздыларының бірі. Тиімділікті арттыру шараларын заңнама және стандарттар арқылы тұрғын үйлерде, ғимараттарда, тұтыну техникасында, көлікте, машиналарда және басқа да салаларда ұлттық деңгейде іске асыруға болады.
Пайдалылық шкаласы
Пік сұраныс кезінде коммуналдық қызметтер үлкен аумақтарда су жылытқыштарды, бассейн насостарын және кондиционерлерді басқару арқылы пік сұранысты азайта алады, мысалы, Австралия мен Швейцарияда. Мұндай технологиялардың бірі – толқынды басқару: құрылғыларды қосу немесе өшіру үшін қалыпты электр энергиясына (50 немесе 60 Гц) жоғары жиілікті сигнал (мысалы, 1000 Гц) қосылады. Австралия сияқты қызмет көрсетуге негізделген экономикаларда электр желісіне деген пік сұраныс көбінесе кешкі сағат 16:00-ден 20:00-ге дейін туындайды. Осы пік сұраныстың ең маңызды бөлігі – тұрғын және коммерциялық сұраныс. Сондықтан коммуналдық қызметтердің (электр желісін таратушылардың) тұрғын үйлердегі су жылытқыштарды, бассейн насостарын және кондиционерлерді басқаруы өте маңызды.
Қоғамдастық ауқымы
Басқа атаулар – көршілес аймақ, округ немесе аудан болуы мүмкін. Қыстың суық болатын аймақтарда қоғамдық орталықтандырылған жылу жүйелері ондаған жылдар бойы қолданылып келеді. Сол сияқты, жазғы маусымдағы ең жоғары сұраныс болатын аймақтардағы жүктемені басқару қажет, мысалы, АҚШ-тағы Техас және Флорида штаттары, Австралиядағы Квинсленд және Жаңа Оңтүстік Уэльс штаттары. Жылу немесе салқындату бойынша ең жоғары сұранысты азайту үшін сұранысты басқаруды қоғамдық деңгейде іске асыруға болады. Тағы бір мәселе – энергияны таза тұтынуға немесе қоғамды энергияны таза тұтынуға көшіру. Энергияны басқару, ең жоғары жүктемені және төлемдерді қоғамдық деңгейде басқару ыңғайлырақ және мүмкін болуы мүмкін, себебі ұжымдық сатып алу мүмкіндігі, келіссөздер жүргізуге болатын жағдай, энергия тиімділігі немесе сақтаудағы көбірек мүмкіндіктер, энергияны әртүрлі уақытта өндіру және тұтынудағы икемділік және әртүрлілік болады, мысалы, күндізгі тұтынуды өтеу үшін немесе энергияны сақтау үшін күн энергиясын пайдалану.
Үй шаруашылығының ауқымы
Австралия аймақтарында 30%-дан астам (2016) үй шаруашылығының шатырларында фотовольтаикалық жүйелер орнатылған. Олар үшін күннен тегін алатын энергияны пайдалану, электр желісінен энергия импортын азайту тиімді. Бұдан әрі, жүйелі тәсіл қолданылғанда сұранысты басқару пайдалы болуы мүмкін: фотовольтаикалық жүйелердің жұмысы, кондиционерлер, аккумуляторлық энергия сақтау жүйелері, су жылытқыштар, ғимараттың жұмысы және энергияны үнемдеу шаралары.
Квинсленд, Австралия
Австралияның Квинсленд штатындағы коммуналдық қызметтер компаниялары кондиционерлер немесе үй шаруашылығының электр тікелей есептегіштері сияқты кейбір тұрмыстық техникаларға су жылытқыштарды, бассейн сорғыларын басқаруға арналған құрылғыларды орнатады. Бұл құрылғылар энергия компанияларына пик сағаттарда осы құрылғыларды қашықтан қосу мен өшіру арқылы пайдалануды реттеуге мүмкіндік береді. Олардың жоспары энергияны пайдалану тиімділігін арттыруды және энергия өндіру үшін арзан болатын пик емес уақытта электр энергиясын пайдаланатын тұтынушыларға қаржылық жеңілдіктер ұсынуды да қамтиды. Мысалы, сұранысты басқару арқылы Оңтүстік-Шығыс Квинслендтегі үйлер суды қыздыру үшін шатырға орнатылған күн электр станциясынан (фотовольтаикалық жүйеден) электр энергиясын пайдалана алады.
Торонто, Канада
2008 жылы Онтарио провинциясының монополиялық энергия таратушысы «Торонто Гидро» компаниясы 40 000-нан астам адамды кондиционерлеріне қашықтан басқарылатын құрылғылар орнатуға тіркеді, оларды энергия компаниялары сұраныстың күрт өсуін теңестіру үшін пайдаланады. Компания өкілі Таня Брукмуллердің айтуынша, бұл бағдарлама төтенше жағдайларда сұранысты 40 мегаваттқа дейін төмендетуге мүмкіндік береді.
Индиана, АҚШ
Alcoa Warrick операциясы MISO жүйесіне білікті сұранысқа жауап беру ресурсы ретінде қатысады, яғни ол энергия, жылдам резерв және жиілікті реттеу қызметтерін ұсынады.
Бразилия
Сұраныс жағын басқару, жылу электр станцияларына негізделген электр жүйелеріне де, жаңартылатын энергия көздерінің, мысалы, су электр энергиясының басымдығы бар, бірақ қосымша жылу генерациясы бар жүйелерге де, мысалы, Бразилияда қолданылуы мүмкін. Бразилиядағы жағдайда, су электр энергиясының өндірісі жалпы өндірістің 80%-дан астамын құраса да, өндіріс жүйесінде нақты тепе-теңдікке қол жеткізу үшін су электр станциялары өндіретін энергия, ең жоғары сұраныстан төмен тұтынуды қамтамасыз етеді. Ең жоғары сұранысқа жауап беру үшін жанармайлық электр станциялары пайдаланылады. 2008 жылы бразилиялық тұтынушылар бұрын жоспарланбаған қосымша термоэлектрлік генерация үшін 1 миллиард доллардан астам төледі. Бразилияда тұтынушы энергия беру үшін жасалған барлық инвестицияны төлейді, тіпті станция жұмыс істемесе де. Көптеген жанармайлық электр станциялары үшін тұтынушылар "жанармайды" және басқа да операциялық шығындарды тек станциялар энергия өндіргенде ғана төлейді. Жылу станцияларында өндірілген энергия бірлігінің құны, су электр станцияларына қарағанда жоғары. Бразилияның термоэлектр станцияларының тек бір бөлігі ғана табиғи газды пайдаланады, сондықтан олар су электр станцияларына қарағанда ластану деңгейі жоғары. Ең жоғары сұранысты қанағаттандыру үшін өндірілетін қуаттың құны – инвестициялық және операциялық шығындар – жоғары, ал ластанудың экологиялық құны зор, сондай-ақ оның қолданылуымен байланысты қаржылық және әлеуметтік жауапкершілік те бар. Осылайша, қазіргі жүйенің кеңеюі мен жұмысы, сұраныс жағын басқаруды пайдалану арқылы тиімдірек болуы мүмкін. Осы тиімсіздіктің салдары энергия тарифтерінің өсуі, ол тұтынушыларға ауысады. Сонымен қатар, электр энергиясы дерлік бірден өндіріліп, тұтынылатындықтан, барлық жабдықтар, мысалы, беру желілері мен тарату желілері, ең жоғары сұранысқа сәйкес салынған. Ең жоғары сұраныс емес кезеңдерде олардың толық қуаты пайдаланылмайды. Ең жоғары сұранысты азайту, Бразилия жүйесі сияқты электр жүйелерінің тиімділігін арттыруға түрлі жолдармен көмектеседі: тарату және беру желілеріне жаңа инвестицияларды кейінге жылдыру, ең жоғары сұраныс кезеңдерінде қосымша жылу энергиясын пайдалану қажеттілігін азайту, бұл ең жоғары сұраныс кезеңінде ғана энергия беру үшін жаңа станцияларға инвестиция жасау төлемдерін және парниктік газдар шығарылымымен байланысты экологиялық әсерді азайтуға мүмкіндік береді.
Мәселелер
Кейбір адамдар сұраныс тарапын басқару тиімсіз болды деп санайды, себебі ол көбінесе тұтынушылар үшін коммуналдық төлемдердің өсуіне және коммуналдық компаниялардың кірістілігінің төмендеуіне әкеп соқты. Сұраныс тарапын басқарудың негізгі мақсаттарының бірі – тұтынушыға сол уақыттағы коммуналдық қызметтердің нақты бағасына сәйкес төлем қабылдау. Егер тұтынушыларға төмен сұраныс кезінде электр энергиясын пайдалану үшін аз төлесе, ал жоғары сұраныс кезінде көп төлесе, онда сұраныс пен ұсыныс қағидалары тұтынушыны жоғары сұраныс уақытында электр энергиясын аз пайдалануға ынталандырады, осылайша сұраныс тарапын басқарудың басты мақсатына жетеді.