Введение
Технология поддержки отклика спроса на электросеть Динамический спрос - это название полупассивной технологии для поддержки отклика спроса путем регулирования спроса нагрузки на электрическую сеть. Это также название независимой некоммерческой организации в Великобритании, поддерживаемой благотворительным грантом Фонда Эсме Фэрберн, посвященной продвижению этой технологии. Концепция заключается в том, что, контролируя частоту электросети, а также их собственные средства управления, периодические бытовые и промышленные нагрузки включаются/выключаются в оптимальные моменты, чтобы сбалансировать общую нагрузку на сеть с генерацией, уменьшая критические несовместимости мощности. Поскольку такое переключение только продвигает или задерживает цикл работы прибора на несколько секунд, оно будет незаметно для конечного пользователя. Это основа динамического контроля спроса. В 1982 году в США был выдан патент на эту идею инженеру по энергетическим системам Фреду Швейппе. На основе этой идеи были выданы другие патенты. Динамический спрос похож на механизмы реагирования на спрос для управления потреблением электроэнергии в домашних и промышленных условиях в ответ на условия поставок, например, заказчики электроэнергии снижают потребление в критические моменты или в ответ на цены. Разница заключается в том, что динамические устройства потребления пассивно отключаются при обнаружении напряжения в сети, тогда как механизмы реагирования на спрос реагируют на передаваемые запросы на отключение,
Dynamic Demand is the name of a semi passive technology to support demand response by adjusting the load demand on an electrical power grid. It is also the name of an independent not for profit organization in the UK supported by a charitable grant from the Esmée Fairbairn Foundation, dedicated to promoting this technology. The concept is that by monitoring the frequency of the power grid, as well as their own controls, intermittent domestic and industrial loads switch themselves on/off at optimal moments to balance the overall grid load with generation, reducing critical power mismatches. As this switching would only advance or delay the appliance operating cycle by a few seconds, it would be unnoticeable to the end user. This is the foundation of dynamic demand control. In the United States, in 1982, a (now lapsed) patent for this idea was issued to power systems engineer Fred Schweppe. Other patents have been issued based on this idea. Dynamic demand is similar to demand response mechanisms to manage domestic and industrial consumption of electricity in response to supply conditions, for example, having electricity customers reduce their consumption at critical times or in response to prices. The difference is that dynamic demand devices passively shut off when stress in the grid is sensed, whereas demand response mechanisms respond to transmitted requests to shut off,
Необходимость в спиннинговом резерве
Электроэнергетические компании могут предсказать с разумной точностью (обычно в пределах одного или двух процентов) модель спроса в течение любого конкретного дня. Это означает, что свободный рынок электроэнергии может заранее планировать только достаточную базовую нагрузку. Любой оставшийся дисбаланс будет вызван либо неточностью прогноза, либо незапланированными изменениями в поставках (например, сбоем электростанции) и/или спросе. Такие дисбалансы устраняются путем запроса на работу генераторов в так называемом режиме частотного ответа (также называемом режимом частотного контроля), постоянно изменяя их выход, чтобы поддерживать частоту вблизи требуемого значения. Частота сети является системным индикатором общего дисбаланса мощности. Например, он будет падать, если спрос будет слишком высоким, потому что генераторы начнут немного замедляться. Генератор в режиме частотного отклика будет работать при номинальных условиях с уменьшенной мощностью для поддержания буфера свободной мощности. Затем он будет постоянно изменять свой выход на основе секунды на секунду в соответствии с потребностями сети с регулировкой скорости падения. Этот запас спиннинга является значительным расходом для энергетических компаний, поскольку часто топливо должно быть сожжено или потенциальные продажи электроэнергии потеряны для его поддержания. Тип генерации, используемый для быстрого реагирования, обычно используется на ископаемом топливе, который производит выбросы от 0,48 до 1,3 тонн эквивалента CO2 за каждый генерируемый мегаватт-час (MWh). Таким образом, значительная нагрузка на окружающую среду в виде увеличения выбросов парниковых газов связана с этим дисбалансом.
Локальный контроль нагрузки
В принципе, любое устройство, которое работает в режиме рабочего цикла (например, промышленные или бытовые кондиционеры, водонагреватели, тепловые насосы и холодильники), может использоваться для обеспечения постоянной и надежной службы балансировки сети путем синхронизации их рабочего цикла в соответствии с нагрузкой системы. Поскольку частоту сети можно измерить с любой выключательной точки в сети, можно проектировать контроллеры для электрических приборов, которые обнаруживают любой дисбаланс частоты в режиме реального времени. Динамические приборы с поддержкой спроса будут реагировать на этот же сигнал. Когда частота снижается, они будут с большей вероятностью отключаться, уменьшая нагрузку на сеть и помогая восстановить баланс. Когда частота увеличивается за пределы стандарта, они будут с большей вероятностью включаться, используя избыточную мощность. Очевидно, что контроллер должен также следить за тем, чтобы прибор ни в какой момент не выходил за пределы допустимого диапазона работы. Поскольку частота линии напрямую связана со скоростью вращения генераторов в системе, миллионы таких устройств, действующих вместе, будут действовать как огромная, быстро реагирующая пиковая электростанция.
Помощные услуги
Динамический контроллер может также предоставлять другие вспомогательные услуги, такие как помощь в восстановлении при отключении электричества - способность электросети быть возвращенной в эксплуатацию после отключения электричества, если она запрограммирована с этой функцией. Обычно запуск в черном состоянии затрудняется из-за большого количества реактивных нагрузок, пытающихся одновременно заряжать при запуске, когда напряжение низкое. Это вызывает огромную перегрузку, которая запускает локальные выключатели, задерживая полное восстановление системы. Динамический контроллер мог заставить эти загрузки "ожидать своей очереди", так сказать, до тех пор, пока не будет восстановлена полная мощность. Другая важная служба балансирования - "быстрый резерв", который заключается в использовании резервных установок для замены возможной потерянной генерации (например, из-за отказа генератора электроэнергии или потерянной линии электропередач). Быстро сбрасывая нагрузку, пока работающие генераторы включаются, а затем переключаясь обратно, чтобы вернуть частоту в стандартный уровень, динамические контроллеры могли бы избежать высокой стоимости быстрых резервных генераторов. Кроме того, быстрая скорость ответа этого метода позволит избежать возможных выключений. Технология также может способствовать более широкому использованию генерации из переменных источников, таких как ветроэнергия. Техники, связанные с потреблением, могут быть эффективным и экономически эффективным способом интеграции этого ресурса в сеть. В частности, это позволит этим источникам работать в сочетании с виртуальными резервами энергии, такими как муниципальные водонапорные башни, чтобы обеспечить разумно предсказуемую диспетчерскую мощность.
Вопросы внедрения
Динамические устройства потребления могут позволить значительно сэкономить энергию за счет предоставляемых ими услуг. Но прежде чем динамический контроль спроса может быть широко внедрен, необходимо ввести правила, которые обяжут устанавливать его, по крайней мере, на новые приборы, или создать эффективный рыночный механизм, чтобы справедливо вознаградить установку технологии. Один из способов, который рассматривается, заключается в том, чтобы электрический счетчик, измеряющий потребление электроэнергии, также измерял частоту сети и переходил на более высокий тариф, если частота падает ниже определенного уровня. В ежемесячном счете за электроэнергию будет указано, что столько часов (и столько киловатт-часов) было по обычному тарифу и несколько часов по тарифу короткого снабжения. Потребители, не имеющие интеллектуального управления спросом, должны оплачивать дополнительные расходы, но те, кто устанавливает интеллектуальные технологии, адаптирующиеся к коротким периодам предложения, сэкономит деньги. 1 марта 2011 года RLtec запустила свою службу частотного отклика Dynamic Demand в устройствах для горячей воды и оборудовании для отопления и кондиционирования, распространяемых по одной из крупнейших сетей супермаркетов Великобритании, Sainsbury's. Эта виртуальная электростанция в масштабе мегаватт обеспечивает коммерческий частотный регулирующий ответ Национальной сети в Великобритании. Компания теперь называется Open Energi.
Служба частоты и служба резерва
Национальная сеть в Великобритании уже является крупным пользователем этой технологии в промышленных масштабах до 2 ГВт нагрузки может быть потеряна мгновенно частотой чувствительных реле отключения сталелитейных заводов и т.д., что соответствует в течение 20 минут цикла до 2 ГВт довольно небольших аварийных дизельных генераторов. Для полного описания этой сложной системы см., например, "Потенциальный вклад аварийного дизельного резервного генератора в борьбу с перебоями и изменчивостью возобновляемых источников энергии" - лекция Дэвида Эндрюса из Wessex Water, который тесно сотрудничает с Национальной сетью Великобритании для предоставления этой услуги, представленная на семинаре Открытого университета "Сборка с изменчивостью, интеграция возобновляемых источников энергии в систему электроэнергии" 24 января 2006 года. В настоящее время во Франции для аналогичных целей используется до 5 ГВт таких дизельных электростанций, но эти технологии, похоже, относительно неизвестны. Нет причин не увеличивать их масштаб, чтобы справиться даже с перерывами, вызванными ветроэнергией.
Расследование правительства Великобритании
В августе 2007 года правительство Великобритании опубликовало отчет, в котором излагалось, какой потенциал он видит для технологии динамического спроса. В докладе не рекомендуется правительству поощрять его внедрение. В нем перечисляется ряд технических и экономических барьеров для его внедрения и рекомендуется изучить их, прежде чем правительство будет поощрять использование динамического спроса. Динамический спрос - один из элементов более широкого правительственного расследования технологий, которые могут сократить выбросы парниковых газов. Однако в 2009 году было объявлено, что в настоящее время в Великобритании продаются бытовые холодильники, включающие динамическую систему контроля загрузки.