Kysyntävaste on muutos loppuasiakkaiden sähkönkulutuksessa suhteessa heidän normaaliin kuormitusprofiiliinsa vastauksena sähkön hintojen muutoksiin ajan mittaan tai kannustinmaksuihin , joiden tarkoituksena on vähentää kulutusta korkean sähkön tukkuhinnan aikana. vaarassa [1] . Kysynnän hallinta voi alentaa sähkön hintoja tukkumarkkinoilla, mikä puolestaan johtaa hintojen laskuun vähittäismarkkinoilla [2] . Kysynnän hallinta on laajalti tunnustettu keinoksi varmistaa energian toimitusvarmuus, integroida uusiutuvia energialähteitä , lisätä kilpailua sähkömarkkinoilla ja vahvistaa kuluttajien vaikutusmahdollisuuksia [3] .
Sähkön ominaisuudet hyödykkeenä määrittävät sen fysikaalisten ominaisuuksien vuoksi tarpeen ylläpitää jatkuvaa tuotannon ja kulutuksen tasapainoa. Sähkömarkkinat on suunniteltu siten, että ne kannustavat osallistujia säilyttämään tämän tasapainon. Perinteisesti voimalaitoksilla on ollut tärkeä rooli tasapainon ylläpitämisessä . Koska kuluttajia kannustavia erityistoimenpiteitä (esim. kysyntävaste) ei ole, sähkön kysyntä ei ole riippuvainen tai riippuu vähän markkinahinnoista, kuluttajat eivät vähennä kulutusta hinnan noustessa. Joustamattoman kysynnän olosuhteissa tuottajat ovat aktiivinen osapuoli, joka määrää sähkön hinnan. Kun kuormitus kasvaa, vähemmän tehokkaita generaattoreita tuodaan vastaamaan tähän kasvuun. Vähentämällä kuormitusta tällaisina ajanjaksoina sähköjärjestelmä ja markkinat voisivat mahdollisesti välttää käyttämästä vähemmän tehokkaita generaattoreita vastaamaan lisääntyneeseen kysyntään. Viime vuosina digitaalisten intervallisähkömittareiden käyttöönoton , televiestinnän ja " älykkäiden verkkojen " ("älyverkkojen") kehittymisen myötä on tullut mahdolliseksi lisätä kulutuksen joustavuutta kohdentamalla kuluttajalaitteita tarvittaessa. Kysynnän hallinta on tehokas työkalu sähkömarkkinoiden hintojen alentamiseen ruuhka-aikoina , jolloin sähkön kysyntään houkutellaan vähemmän tehokkaita tuotantolaitoksia. Samalla suhteellisen pieni kulutuksen lasku voi johtaa sähkön hinnan merkittävään laskuun.
Tyypillisiä esimerkkejä energian kysynnän hallinnasta ovat termostaatin asetuksen nostaminen, jotta ilmastointilaitteet käyvät harvemmin, teollisuussyklin hidastaminen tai sammuttaminen, valojen vähentäminen tai sammuttaminen – toisin sanoen mikä tahansa suora toimenpide kuormituksen vähentämiseksi vastauksena hinnannousulle tai signaali järjestelmän operaattorilta . Kysynnän hallinta ei sisällä normaalista toiminnasta johtuvia muutoksia energiankulutuksessa. Esimerkiksi yrityksen sähkönkulutuksen vähentämistä viikonloppuisin ja pyhäpäivinä ei pidetä useimmissa tapauksissa kysynnän hallinnana.
Sähkön kysynnän hallinnan päätavoitteena on vähentää sähköjärjestelmän huippukuormitusta, mikä on välttämätöntä sekä sähkömarkkinoiden hintojen alentamiseksi että liiallisen pääomavaltaisen huippuvoimalaitosten ja sähköverkkojen rakentamisen estämiseksi, sähkön hätäohjaukseksi. uusiutuvien energialähteiden integrointi. Kysynnän hallinta nähdään myös yhtenä keinona siirtyä vähähiiliseen talouteen [4] .
Näin ollen kysynnänhallintamekanismien käyttöönoton hyödyt voidaan esittää vältettyinä kustannuksina (eli kustannuksina, jotka on vältetty) kapasiteettiin, sähköön, verkon rakentamiseen, ympäristökuormituksen vähentämiseen ja muihin joustavuuden lisääntymiseen liittyviin etuihin. sähköjärjestelmän hallinnassa.. Koska eliminoidut kustannukset eivät ole suoraan mitattavissa, kysyntäpuolen hallinnan hyötyjen arvioiminen edellyttää olettamusten tekemistä näiden kustannusten suuruudesta ilman kysyntäpuolen mekanismeja, mikä johtaa arvioon epävarmuuteen. On otettava huomioon, että kysyntäpuolen hallinnan hyödyt voivat vaihdella merkittävästi riippuen voimajärjestelmän konfiguraatiosta, arviointimetodologiasta ja erityisesti tuotantokapasiteetin rakentamiseen omaksutuista lähestymistavoista. Kun tuotanto ja verkot on rakennettu kestämään huippukuormia, huippukuormitus voi olla optimaalista suurempi, jos markkinahinnat eivät täysin heijasta toimituskustannuksia ruuhka-aikoina. Tällaisissa olosuhteissa kysynnän hallinta voi tehokkaasti puuttua hintasignaalien riittämättömyyteen ja auttaa välttämään ylituotannon rakentamista [5] .
Mahdollisuus vähentää sähköjärjestelmän huippukuormitusta kysynnänhallintaohjelmien avulla on eri arvioiden mukaan 10-15 % huippukuormasta [4] [6] .
Kun sähkön kysynnän hallinta ymmärretään pääosin kulutuksen siirtämiseksi ruuhka-ajoista ruuhka-ajan ulkopuolella, energiatehokkuudella tarkoitetaan sähkönkulutuksen jatkuvaa vähentämistä ottamalla käyttöön tehokkaampia kuluttajalaitteita ja/tai hallitsemalla paremmin olemassa olevia laitteita samalla kun vaadittu toiminnallisuus säilyy. Näin ollen energiatehokkuustoimenpiteillä energiatehokkaiden laitteiden käyttöajasta riippuen voidaan vähentää huippukulutusta. Kysynnän hallinta voi puolestaan vaikuttaa energian kokonaiskulutukseen. Esimerkiksi vuonna 2005 tehty metatutkimus osoitti, että implisiittiset kysynnän hallintaohjelmat vähentävät kulutusta keskimäärin 4 %. Kysynnän hallinnan uskotaan pikemminkin vähentävän jonkin verran kokonaiskulutusta tai sillä ei ole vaikutusta siihen. Jotkut kysynnän hallintaohjelmat voivat kuitenkin lisätä ruuhka-ajan kulutusta ja joissakin tapauksissa lisätä sähkön kokonaiskulutusta (tällainen kulutuksen lisäys voi kuitenkin olla perusteltua taloudellisesta näkökulmasta alhaisempien ruuhkahuippujen sähkökustannusten ja alentuneiden polttoaineiden vuoksi kustannukset jne.) [7] .
Kysynnän reagointi ja energiatehokkuus nähdään usein osana kysynnän rationalisointikonseptia .[8] .
On kaksi päätapaa saada asiakkaat mukaan kuormituksen hallintaan:
Eriytettyjen tariffien käyttö on mahdollista vain, jos kuluttajalla on intervallisähkömittari ja se voi sisältää seuraavan tyyppisiä tariffeja [9] :
Käyttäytymiskannustimien käyttöä kuluttajien ottamiseksi mukaan kysynnänhallintaohjelmiin kutsutaan käyttäytymiseen perustuvaksi kysyntävasteeksi. Käyttäytymiskysynnän hallinnassa käytetään henkilökohtaista viestintää kuluttajien kanssa, myös lähellä reaaliaikaa, ja kannustimien muodostuminen perustuu palautteeseen, sosiaalisiin normeihin , oletusasetuksiin ja pelillistämiseen [11] .
Kuluttajan kuorman suora ohjaus voi sisältää sekä komennot (ääni, teksti) laitteen kuormituksen muuttamiseksi, joiden suorittamisen suorittaa kuluttaja, että automaattisen tai automaattisen kuluttajan kuorman ohjauksen lähetyksestä keskus (järjestelmän ylläpitäjä tai yhdistäjäorganisaatio).
Kysynnän hallintaan voi liittyä monenlaisia laitteita teollisuus-, maatalous-, kaupallisilta ja kotitalouksilta. Teollisuusasiakkaat ovat erityisen monipuolisia kysynnän hallinnassa. Teollisuuden kuluttajien tärkeimmät mahdollisuudet osallistua kysynnän hallintaan liittyvät kulutusaikataulun siirtämiseen halvempien hintojen aikoihin, tuotantoprosessin pysäyttämiseen tai intensiteetin vähentämiseen, valaistuksen, ilmanvaihto- ja ilmastointijärjestelmien täydelliseen tai osittaiseen sulkemiseen sekä käyttävät omia sähkönlähteitään ja / tai energian varastointia . Virtuaaliset voimalaitoksetvoidaan käyttää myös kysynnän hallinnassa.
Laitteet kotitalouksille ja kaupallisille kuluttajille tarjoavat myös mahdollisuuksia kysynnän hallintaan, joka liittyy uusien teknologioiden käyttöönottoon, kuten " älykäs koti ", keskeytymättömät virtalähteet ja energian varastointilaitteet, laitteiden yhteenliittäminen "esineiden Internetiin " ja muihin, jotka mahdollistavat hallita sähkölaitteiden kulutusta nopeasti ja etänä.
Erityisen kiinnostava on sähköajoneuvojen odotettu massakäyttöönotto tulevaisuudessa , kun niiden latauksen varmistamiseksi kehitetään sopiva infrastruktuuri , jota voidaan käyttää myös sähkön kysynnän hallintaohjelmissa.
Kaksi sulattoa Belgiassa, joista toinen omistaa ArcelorMittal ja toinen Aperam(ArcelorMittalista vuonna 2011 erotetut) ovat mukana kysynnän hallinnassa tarjoamalla jopa 150 MW purkukapasiteettia. Yritysten teknologisen syklin piirteet eivät mahdollistaneet niiden täyttämistä kysynnän hallintaan osallistumiselle Belgiassa. Ratkaisuna oli sisällyttää näiden laitosten ohjausominaisuudet REstore-aggregaattorin portfolioon, johon kuuluu useita eri omistajien teollisuusyrityksiä. Jos sulattojen resurssit eivät ole käytettävissä kysynnänhallinnan aikana, se voidaan korvata muiden yritysten sopeutumiskyvyllä [12] .
Midwest Energy Pump$mart -ohjelma Midwest Energylle, sähkö- ja kaasuyhtiölle Länsi-Kansasissa. Ohjelmassa määrätään maatalouskuluttajien osallistumisesta kysynnän hallintaan, nimittäin kastelupumppujen sammuttamiseen ohjauskeskuksen käskystä ilman, että se vaikuttaa kielteisesti tuotantoon. Kuormavähennys voidaan tehdä kesäkuukausina maanantaista lauantaihin, pyhäpäiviä lukuun ottamatta, klo 14.00-21.00 välityskeskuksesta aikaisintaan 2 tuntia etukäteen lähetetyllä ilmoituksella puhelimitse tai e. -postia. Enintään 4 tuntia kestäviä pumppujen seisokkeja saa esiintyä enintään 20 kertaa ohjelmakauden aikana, kun taas seisokkien kokonaiskesto ei saa ylittää 80 tuntia. Midwest Energy maksaa kuluttajille 20 dollaria per 1 kW irrotettua kuormaa ja siirtää kastelupumppujen kulutuksen ruuhka-ajoista muihin vuorokauden aikoihin [13] .
Walmart on esimerkki yritysten kuluttajien kysynnän hallinnan osallistumisesta . Walmart on yksi johtavista toimijoista USA:n kysynnän hallintamarkkinoilla muun muassa myymälöiden huomattavan älykkäillä mittausjärjestelmillä varustetun laitteiston ansiosta [14] . Kun vastaanottaa signaalin purkaa ,kulutuksen hallintajärjestelmä(energianhallintajärjestelmä, EMS) reagoi siihen tietyn kuormanvähennysalgoritmin mukaisesti vaikuttaen ilmanvaihto- ja ilmastointijärjestelmiin, valaistus- ja jäähdytyslaitteisiin [15] [16] . Tytäryhtiö Sam's Clubin kanssa Walmart osallistuu 17 kysynnänhallintaohjelmaan, joita järjestävät kunnat, infrastruktuuriorganisaatiot ja järjestelmäoperaattorit, mukaan lukien ISO New England, California ISO ja PJM. Näihin ohjelmiin kuuluu noin 1 300 myymälää 23 osavaltiossa [17] .
Sähköntuotannon ja -kulutuksen välisen tasapainon säilyttämisen kannalta kuormituksen vähentäminen vastaa täysin tuotannon lisäämistä [18] . Tätä periaatetta johdonmukaisesti noudattamalla ei ole esteitä kuluttajien resurssien osallistumiselle sähkö-, kapasiteetti- tai järjestelmäpalvelumarkkinoiden toimintaan. Käytännössä useimmilla markkinoilla eri maissa on erilaisia hallinnollisia, lainsäädännöllisiä, teknisiä ja teknologisia esteitä kuluttajien osallistumiselle kysynnän hallintaan. On kuitenkin markkinoita, joilla kuluttajaresurssit ovat laajalti mukana. Esimerkiksi Yhdysvalloissa ( PJM -markkinoilla, MISOja CAISO) kuluttajat osallistuvat sähkön, kapasiteetin ja järjestelmäpalvelujen markkinoille. Isossa-Britanniassa järjestelmäoperaattorin National Gridin toiminta-alueellakuluttajilla on mahdollisuus osallistua järjestelmäpalvelumarkkinoille ja äskettäin avatuille kapasiteettimarkkinoille [19] .
Vuonna 2009 julkaistussa katsauksessa Federal Energy Management Commission (FERC, USA) tunnistaa seuraavat esteet sähkömarkkinoiden kysynnänhallinnan järjestämiselle:
Sääntelyesteet ovat esteitä kysynnän hallinnan kehittämiselle, mikä johtuu lainsäädännön erityispiirteistä, markkinoiden rakenteesta ja säännöistä sekä varsinaisista kysynnänhallintaohjelmista. Tärkeimpiä sääntelyesteitä ovat suoran yhteyden puuttuminen tukku- ja vähittäismarkkinoiden hintojen välillä, vaikeudet kehittää menetelmää kuormituksen vähentämisen mittaamiseksi ja todentamiseksi, pelko siitä, että kuluttajat voivat manipuloida markkinoita (peruskulutuksen liioitteleminen). kysynnänhallintaohjelmiin osallistumisen tuottojen lisääminen), kuluttajaresurssien riittämätön ennustettavuus ja luotettavuus, yksimielisyyden puute kustannusten ja tehokkuuden arvioinnissa . Vähittäiskuluttajien osallistuminen voi olla vaikeaa tai mahdotonta johtuen valtion tariffipolitiikasta, joka määrää tiukasti sähkön tariffit tällaisille kuluttajille. Huonosti suunniteltu kysynnänhallintaohjelma (riittämättömät tekniset vaatimukset, riittämättömät taloudelliset kannustimet jne.) ei herätä riittävää kiinnostusta kuluttajissa.
Taloudelliset esteet ovat tilanteita, joissa infrastruktuuriorganisaatioiden, aggregaattoreiden tai kuluttajien taloudelliset kannustimet eivät riitä kysynnänhallintaohjelmien kehittämiseen. Näitä ovat esimerkiksi epätarkat hintasignaalit, jotka voivat johtaa asiakkaiden purkamiseen alhaisen sähkön hintojen aikana tai lastaamiseen korkeiden hintojen aikana, sekä tapaukset, joissa kysynnänhallintaohjelmiin osallistumisen edut eivät riitä houkuttelemaan kuluttajia.
Teknisiä esteitä ovat kuluttajien sähköasennusten riittämätön varustus älykkäillä sähkönmittausjärjestelmillä, kustannustehokkaan tukiteknologian puute, jotka sisältävät ennen kaikkea erilaisia automaatio- ja automaatiotyökaluja, joiden avulla voit hallita tehokkaasti kulutusta, sekä riittämätön yhteentoimivuus ja avoimien standardien puuttuminen .
Muiden esteiden ohella merkittävä rooli on kuluttajien tietämättömyydellä kysynnän hallintaohjelmista ja riskin välttämisestä , mikä ilmenee siinä, että kuluttajan on tärkeämpää vähentää riskiä sähkölaskunsa noususta kuin voiton tuottaminen. kysynnänhallintaohjelmaan osallistumisesta.
Yhdessä FERC:n arvioimassa tutkimuksessa merkittävin este kysynnänhallinnan käyttöönotolle Kaliforniassa oli kehittyneen mittausinfrastruktuurin puute., AMI), tehottomia kysynnänhallintaohjelmia ja alhaista kuluttajien kiinnostusta.
Kuluttajat voivat toimia markkinoilla, joihin osallistuu kuluttajia säännellyllä kuormalla, sekä itsenäisesti (joissakin tapauksissa pääasiassa suhteellisen suuria kuluttajia) että erikoistuneiden organisaatioiden - kuormitusaggregaattoreiden (demand response aggregators) - avulla. Tarve tällaisten organisaatioiden syntymiselle johtuu siitä, että vähittäiskuluttajat eivät ole sähkön tukkumarkkinoiden subjekteja, he eivät ole yhteydessä niiden infrastruktuuriin eivätkä suurimmaksi osaksi tunne markkinoiden sääntöjä. Samalla kuluttajan yksikkökapasiteetti voi olla liian pieni ja kuluttajien määrä liian suuri markkinoiden toimintaa ohjaavalle organisaatiolle. Aggregaattoriyritykset yhdistävät useiden kuluttajien säätömahdollisuudet suuremmaksi yksiköksi, joka täyttää markkinoiden vaatiman purkumäärän vaatimukset ja toimivat välittäjänä kuluttajien ja markkinainfrastruktuurin välillä. Lisäksi kuorma-aggregaattorit voivat varustaa kuluttajan kulutuksen vähentämiseen tarvittavilla laitteilla, neuvoa purkutekniikkaa, kehittää optimaalisia suunnitelmia kuluttajien osallistumiseksi kysynnän hallintaan jne. [21] . Energian myyntiorganisaatiot tai itsenäiset yhtiöt voivat toimia kuormituksen yhdistäjinä .
Venäjällä kysyntään reagointiteknologiaa, joka on mekanismi, joka muuttaa loppukäyttäjien sähkönkulutusta suhteessa heidän normaaliin kuormitusprofiiliinsa vastauksena seuraavan päivän markkinoiden hintasignaaleihin, kutsuttiin alun perin hinnasta riippuvaiseksi kulutuksen vähentämiseksi [22] [23] ja tuli saataville vuonna 2017 yksinomaan osallistujille sähköenergian ja kapasiteetin tukkumarkkinoille.
Näin ollen Venäjän federaation hallitus antoi mekanismin toteuttamiseksi 20. heinäkuuta 2016 asetuksen nro 699 "Sähkön ja kapasiteettimarkkinoiden tukkumarkkinoiden sääntöjen muuttamisesta". Päätöksen mukaan tukkumarkkinoiden kuluttajat voivat hakea osallistumista verkonhaltijan toteuttamaan kilpailulliseen voimanottoon (CTO) ja hakemuksen valinnan jälkeen CTO:ssa he sitoutuvat kulutuksen vähentämiseen. Samanaikaisesti tällaiselle tukkumarkkinoiden toimijalle pienenee kuun lopussa muodostuneiden kapasiteettiostojen määrää CTO:ssa huomioitu hintariippuvaisen kulutuksen vähennyksen määrällä. Hintariippuvaiset ostajat ovat velvollisia pitämään laitteistonsa valmiina hintariippuvaiseen alennukseen sähkön ostossa. Ostajien kykyä täyttää kulutuksen vähentämissitoumuksensa seurataan sitoumuksia edeltävällä testauksella. Lisäksi on tarkoitus testata kykyä toteuttaa hintariippuvainen kulutuksen vähennys, jos kuluvan kuukauden aikana ei ole ollut hintariippuvaista laskua. Kuluttajat, jotka eivät läpäise testiä, eivät saa hintaperusteista kulutuksen vähennysmaksua.
Vuonna 2016 hintariippuvaisen kulutuksen ostajien valinta vuodelle 2017 tehtiin ensimmäistä kertaa ilman osallistumista CCM:ään (vuosina 2017–2019 hintariippuvaisen kulutuksen omaavat kuluttajat eivät sisälly CCM:iin), kokonaisvolyymi hintariippuvainen sähkönkulutuksen lasku oli 54 MW [24] . Myös vuonna 2016 hintariippuvainen kulutus sisällytettiin ensimmäistä kertaa vuoden 2020 kilpailulliseen voimanottoon (CTO). 9.2.2017 hintariippuvaisen kulutuksen vähentämisen mekanismi otettiin ensimmäisen kerran käyttöön seuraavan päivän markkinoilla [25] .
Vuonna 2019 National Technology Initiativen Energynet-tiekartan [26] mukaisesti mahdollisuus osallistua tähän mekanismiin laajennettiin myös sähkön vähittäismarkkinoiden toimijoille (joilla ei ole suoraa pääsyä tukkumarkkinoille). Tämä mahdollisuus tarjotaan ottamalla käyttöön kysynnänhallintaaggregaattoreiden mekanismi.
20. maaliskuuta 2019 Venäjän federaation hallituksen asetus nro 287 "Venäjän federaation hallituksen tiettyjen lakien muuttamisesta sähkön kysynnän hallintaaggregaattoreiden toiminnasta Venäjän yhtenäisessä energiajärjestelmässä sekä Hintariippuvaisen sähkönkulutuksen vähentämisen ja järjestelmän luotettavuuden turvaavien palveluiden parantaminen”, joka sisältää vuonna 2019 pilottihankkeen sähkön vähittäismarkkinoiden kuluttajien kysynnän hallintaan järjestöjen-aggregaattoreiden osallistuessa [27] .
Kysynnänhallintaaggregaattorit Venäjällä ovat organisaatioita, jotka ostavat vähittäiskuluttajilta palveluita tehovastaanottimien kuormituksen muuttamiseksi ja yhdistävät kykynsä muuttaa kulutusta systeemisesti tärkeäksi resurssiksi.
Varmistamalla tämän resurssin käytön tukkumarkkinoiden mekanismeissa kysynnän hallintaaggregaattorit myötävaikuttavat sähkön tukkuhintojen alenemiseen kaikille muille kuluttajille ja saavat tästä korvauksen Venäjän UES:n verkonhaltijalta.
Näin tukkumarkkinoilla saavutettu myönteinen vaikutus jakautuu aggregaattorin, loppukuluttajan ja muiden tukkumarkkinoiden toimijoiden kesken.
Vuoden 2020 alussa Venäjän kysynnänhallintamarkkinoiden volyymi vähittäiskuluttajille on noin 230 MW.
Asiantuntijoiden arvioiden mukaan kysynnänhallintamarkkinoiden taloudellisesti perusteltu potentiaali Venäjän UES:ssä voi olla noin 8 GW, mikä vastaa maailman käytäntöjä (3-6 % energiajärjestelmän huippukysynnästä) [28] , jonka käyttö avaa sähköenergian kuluttajille mahdollisuuksia saada lisätuloa jo olemassa olevista liiketoimintaprosesseista sekä uusia mahdollisuuksia energiajärjestelmän toiminnan optimointiin.