Динамический спрос (электроэнергия)

Dynamic Demand — это название полупассивной технологии, обеспечивающей реагирование на спрос путем регулирования нагрузки в электросети . Это также название независимой некоммерческой организации в Великобритании, поддерживаемой благотворительным грантом Фонда Эсми Фэйрберн , посвященным продвижению этой технологии. Идея заключается в том, что путем мониторинга частоты электросети, а также собственного контроля, прерывистые бытовые и промышленные нагрузки включаются и выключаются в оптимальные моменты, чтобы сбалансировать общую нагрузку сети с выработкой, уменьшая критические несоответствия мощности. ^[1] Поскольку это переключение приведет к ускорению или задержке рабочего цикла устройства лишь на несколько секунд, оно будет незаметно для конечного пользователя. Это основа динамического контроля спроса. В США в 1982 году инженеру энергетических систем Фреду Швеппе был выдан патент на эту идею (сейчас срок действия которого истек) . ^[2] На основе этой идеи были выданы и другие патенты. ^[3]^[4]^[5]^[6]

Динамический спрос аналогичен механизмам реагирования спроса, позволяющим управлять внутренним и промышленным потреблением электроэнергии в ответ на условия поставок, например, когда потребители электроэнергии сокращают свое потребление в критические моменты или в ответ на цены. ^[7] Разница в том, что устройства с динамическим спросом пассивно отключаются при обнаружении напряжения в сети, тогда как механизмы реагирования на спрос реагируют на переданные запросы на отключение.

Необходимость вращающегося резерва

Энергокомпании . способны с достаточной точностью (обычно с точностью до одного-двух процентов) прогнозировать структуру спроса в течение любого конкретного дня Это означает, что рынок электроэнергии свободный может планировать лишь достаточную базовую нагрузку заранее . Любой оставшийся дисбаланс будет тогда вызван либо неточностями в прогнозах, либо незапланированными изменениями в предложении (например, неисправность электростанции ) и/или спросе. Такие дисбалансы устраняются путем переключения генераторов в так называемый режим частотной характеристики (также называемый режимом управления частотой ), непрерывно изменяя их выходной сигнал, чтобы поддерживать частоту вблизи требуемого значения.

Частота сети является общесистемным индикатором общего дисбаланса мощности. Например, он упадет, если спрос будет слишком большим, потому что генераторы начнут немного замедляться. Генератор условиях будет работать с пониженной выходной мощностью , в режиме частотной характеристики в номинальных чтобы поддерживать резерв резервной мощности. Затем он будет постоянно, каждую секунду, изменять свою выходную мощность в соответствии с потребностями сети с контролем снижения скорости .

Этот вращающийся резерв является значительным расходом для энергокомпаний, поскольку часто топливо приходится сжигать или терять потенциальные продажи электроэнергии для его поддержания. Тип генерации, используемый для быстрого реагирования, обычно работает на ископаемом топливе , что приводит к выбросам от 0,48 до 1,3 тонны эквивалента CO ₂ на каждый произведенный мегаватт-час (МВтч). значительная экологическая нагрузка в виде увеличения выбросов парниковых газов Таким образом, с этим дисбалансом связана .

Локальное управление нагрузкой

В принципе, любое устройство , работающее в соответствии с рабочим циклом (например, промышленные или бытовые кондиционеры , водонагреватели , тепловые насосы и системы охлаждения ), может использоваться для обеспечения постоянной и надежной балансировки сети путем синхронизации их рабочих циклов в зависимости от нагрузки на систему. .

Поскольку можно измерить частоту сети от любой розетки в сети, можно разработать контроллеры для электроприборов, которые обнаруживают любой дисбаланс частоты в режиме реального времени. Устройства с поддержкой динамического спроса будут реагировать на этот же сигнал. Когда частота уменьшится, они с большей вероятностью отключатся, что снизит нагрузку на сеть и поможет восстановить баланс. Когда частота превышает стандартную, они с большей вероятностью включатся, израсходовав избыточную мощность. Очевидно, что контроллер также должен гарантировать, что прибор ни в коем случае не выходит за пределы допустимого рабочего диапазона. Поскольку частота сети напрямую связана со скоростью вращения генераторов в системе, миллионы таких устройств, действующих вместе, будут действовать как огромная быстрореагирующая пиковая электростанция .

Вспомогательные услуги

Динамический контроллер также может предоставлять другие вспомогательные услуги , такие как помощь в восстановлении после аварийного запуска (возможность возобновления работы электросети после отключения электроэнергии ), если запрограммировать эту функцию. Обычно черный пуск усложняется из-за большого количества реактивных нагрузок, пытающихся одновременно потреблять мощность при запуске, когда напряжение низкое. Это вызывает огромные перегрузки , которые отключают местные выключатели , задерживая полное восстановление системы. Динамический контроллер мог бы заставить эти нагрузки «ждать своей очереди», пока не будет восстановлена полная мощность.

Еще одной важной услугой балансировки является «быстрый резерв», который представляет собой использование резервной электростанции для замены возможной потери генерации (например, из-за отказа генератора или потери линии электропередачи ). Быстро сбрасывая нагрузку, пока работающие генераторы раскручиваются, а затем снова переключаясь, чтобы вернуть частоту к стандартной, динамические контроллеры могут сэкономить высокую стоимость быстрых резервных генераторов . Кроме того, высокая скорость отклика этого метода позволит избежать возможных отключений электроэнергии .

Эта технология также может способствовать более широкому использованию генерации из переменных источников, таких как энергия ветра . Методы, ориентированные на спрос, могут стать эффективным и экономически выгодным способом интеграции этого ресурса в энергосистему. В частности, это позволит этим источникам работать вместе с виртуальными резервами энергии, такими как муниципальные водонапорные башни. ^[8] обеспечить разумно предсказуемую диспетчерскую мощность.

Проблемы реализации

Устройства с динамическим спросом могут сэкономить значительное количество энергии за счет предоставляемых ими услуг. Но прежде чем динамический контроль спроса может быть широко внедрен, необходимо ввести в действие регулирование, обязывающее установку, по крайней мере, новых приборов, или должен быть создан эффективный рыночный механизм, который справедливо вознаграждает установку технологии. Один из рассматриваемых методов заключается в том, чтобы счетчик электроэнергии , измеряющий потребление электроэнергии, также измерял частоту сети и переключался на более высокий тариф , если частота падает ниже определенного уровня. В ежемесячном счете за электроэнергию будет указано, что столько-то часов (и столько-то киловатт-часов ) было использовано по обычному тарифу, а несколько часов — по тарифу Short Supply. Те потребители, у которых нет умного управления спросом, должны платить дополнительные расходы, но те, кто устанавливает умные технологии, которые адаптируются к коротким периодам поставок, сэкономят деньги.

1 марта 2011 года RLtec запустила услугу частотной характеристики динамического спроса в нагрузочных устройствах горячего водоснабжения и отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, распределенных в одной из крупнейших сетей супермаркетов Великобритании Sainsbury's . Эта услуга виртуальной электростанции мегаваттного масштаба обеспечивает коммерческое регулирование частоты для Национальной сети Великобритании. Сейчас компания называется Open Energi. ^[9]

Частотная служба и резервная служба

Национальная сеть Великобритании уже активно использует эту технологию в промышленном масштабе: до 2 ГВт нагрузки могут быть мгновенно потеряны из-за частотно-чувствительных реле, отключающих сталелитейные заводы и т. д., что соответствует 20-минутному циклу до до 2 ГВт весьма небольших аварийных дизель-генераторов. Полное описание этой сложной системы см., например, в «Потенциальном вкладе аварийного дизельного резервного генератора в борьбу с прерывистостью и изменчивостью возобновляемых источников энергии» — выступление Дэвида Эндрюса из Wessex Water, который тесно сотрудничает с Национальной энергосистемой Великобритании для предоставления этой услуги. данное на семинаре Открытого университета «Как справиться с изменчивостью – интеграция возобновляемых источников энергии в электроэнергетическую систему» 24 января 2006 г. ^[10]

До 5 ГВт такой дизельной генерации используется во Франции для аналогичных целей, но эти технологии кажутся относительно неизвестными. ^[11]^{[ нужен лучший источник ]}. Нет никаких причин, по которым их масштабы не должны быть значительно увеличены. ^[12]^{[ нужен лучший источник ]} чтобы справиться даже с перебоями, вызванными энергией ветра.

Расследование правительства Великобритании

В августе 2007 года правительство Великобритании опубликовало отчет, в котором описывался потенциал, который оно видит в технологиях динамического спроса. ^[13] В докладе не содержится рекомендаций правительству поощрять его внедрение. Он перечисляет ряд технических и экономических препятствий на пути его внедрения и рекомендует изучить их, прежде чем правительство будет поощрять использование динамического спроса. Динамичный спрос является одним из элементов более широкого правительственного исследования технологий, которые могут сократить выбросы парниковых газов.

Однако в 2009 году было объявлено, что в Великобритании теперь продаются бытовые холодильники с системой динамического контроля нагрузки. ^[14]^{[ нужен лучший источник ]}

См. также

Ссылки

^ «Динамический спрос» (PDF) . webarchive.nationalarchives.gov.uk . стр. 3: бытовые и промышленные. Архивировано (PDF) из оригинала 6 июля 2023 г. Проверено 6 июля 2023 г.
^ Патент США 4317049 , «Частотно-адаптивный планировщик мощности и энергии», выдан 23 февраля 1982 г.
^ Патент США 7010363 «Методы контроля энергопотребления электроприборов и системы энергопотребления», выдан 7 марта 2006 г.
^ Патент США 7149605 «Методы управления распределением электроэнергии, методы мониторинга энергопотребления и устройства управления питанием», выдан 12 декабря 2006 г.
^ Патент США 7420293 «Методы контроля энергопотребления электроприборов и системы энергопотребления», выдан 2 сентября 2008 г.
^ Патент США 8073573 «Методы управления распределением электроэнергии, методы мониторинга потребления электроэнергии и устройства управления питанием», выдан 6 декабря 2011 г.
^ «11. Рейтинг тарифов на электрическую энергию» . Архивировано из оригинала 8 декабря 2008 г. Проверено 24 января 2016 г.
^ «Д.Дж. Хаммерстром и др., «Демонстрационные проекты испытательного полигона GridWise™ на северо-западе Тихого океана: Часть I. Проект Олимпийского полуострова», PNNL-17167, октябрь 2007 г.» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 27 марта 2014 г. Проверено 28 января 2012 г.
^ «Сейнсбери | Открытая энергия» . Архивировано из оригинала 31 января 2016 г.
^ «Как справиться с изменчивостью» . Архивировано из оригинала 10 октября 2006 г. Проверено 25 августа 2007 г.
^ «Программа | Клавертон Групп» . Архивировано из оригинала 26 декабря 2008 г.
^ «Архивная копия» . www.claverton-energy.com . Архивировано из оригинала 17 февраля 2010 года . Проверено 12 января 2022 г. {{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )
^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 9 июня 2009 г. Проверено 1 августа 2008 г. {{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )
^ «BBC рассказывает о динамическом спросе (умные холодильники) и интеллектуальном учете. | Claverton Group» . Архивировано из оригинала 10 февраля 2010 г. Проверено 10 февраля 2009 г.

Внешние ссылки

Динамический спрос в Великобритании
Открытая Энергия
Примечание о потенциальной ценности контроля «динамического спроса» (в Великобритании/ЕС)
«Регулирование частоты посредством управления спросом» . Национальная сеть. Архивировано из оригинала 11 июня 2011 г. Проверено 22 ноября 2010 г.

[1] «Динамический спрос» (PDF) . webarchive.nationalarchives.gov.uk . стр. 3: бытовые и промышленные. Архивировано (PDF) из оригинала 6 июля 2023 г. Проверено 6 июля 2023 г.

[2] Патент США 4317049 , «Частотно-адаптивный планировщик мощности и энергии», выдан 23 февраля 1982 г.

[3] Патент США 7010363 «Методы контроля энергопотребления электроприборов и системы энергопотребления», выдан 7 марта 2006 г.

[4] Патент США 7149605 «Методы управления распределением электроэнергии, методы мониторинга энергопотребления и устройства управления питанием», выдан 12 декабря 2006 г.

[5] Патент США 7420293 «Методы контроля энергопотребления электроприборов и системы энергопотребления», выдан 2 сентября 2008 г.

[6] Патент США 8073573 «Методы управления распределением электроэнергии, методы мониторинга потребления электроэнергии и устройства управления питанием», выдан 6 декабря 2011 г.

[7] «11. Рейтинг тарифов на электрическую энергию» . Архивировано из оригинала 8 декабря 2008 г. Проверено 24 января 2016 г.

[8] «Д.Дж. Хаммерстром и др., «Демонстрационные проекты испытательного полигона GridWise™ на северо-западе Тихого океана: Часть I. Проект Олимпийского полуострова», PNNL-17167, октябрь 2007 г.» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 27 марта 2014 г. Проверено 28 января 2012 г.

[9] «Сейнсбери | Открытая энергия» . Архивировано из оригинала 31 января 2016 г.

[10] «Как справиться с изменчивостью» . Архивировано из оригинала 10 октября 2006 г. Проверено 25 августа 2007 г.

[11] «Программа | Клавертон Групп» . Архивировано из оригинала 26 декабря 2008 г.

[12] «Архивная копия» . www.claverton-energy.com . Архивировано из оригинала 17 февраля 2010 года . Проверено 12 января 2022 г. {{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )

[13] «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 9 июня 2009 г. Проверено 1 августа 2008 г. {{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )

[14] «BBC рассказывает о динамическом спросе (умные холодильники) и интеллектуальном учете. | Claverton Group» . Архивировано из оригинала 10 февраля 2010 г. Проверено 10 февраля 2009 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]