Участь побутових споживачів на енергетичних ринках через керування попитом

Abstract

В статті розглядається підхід до взаємодії оператора системи передачі зі споживачами – механізм керування попитом, а також його роль та місце на енергетичних ринках. Описано інструменти та досвід реалізації керування попитом. За допомогою натурного експерименту оцінено можливість та ефективність участі споживачів з побутовими накопичувальними бойлерами гарячої води на балансуючому ринку. Оптимізація участі великої кількості споживачів на енергетичних ринках є складною проблемою, особливо для портфелів із тисячами чи мільйонами гнучких ресурсів. Одним із завдань агрегатора є перетворення функціональних можливостей технологій автоматизації, наприклад, "розумного" будинку споживача в продукти, якими можна було б торгувати на енергетичних ринках. Задача оптимізації полягає в ефективному та своєчасному управлінні великою кількістю гнучких ресурсів. Ключова особливість керування попитом – продаж керованого навантаження нарівні з генеруючими потужностями. Це пояснюється тим, що, з точки зору балансу, в енергосистемі одна не спожита кВт-год дорівнює виробленій кВт-год. В результаті фінансові вигоди від керування попитом на електроенергію споживачів еквівалентні цінам послуги з балансування та наданню резервів потужності від інших учасників ринку. Продаж ресурсу керування попитом може реалізуватись за допомогою інструментів балансуючого ринку (БР) та ринку допоміжних послуг (РДП), які використовують ОСП, щоб збалансувати енергосистему. Залучення додаткових учасників на РДП та БР має стимулювати конкуренцію та дозволити задовольнити потреби ОСП у допоміжних послугах та послугах з балансування, що позитивно позначиться на надійності енергосистеми та підвищить конкуренцію. Загалом, рівень забезпеченості енергосистеми резервами залежить від великого комплексу факторів, серед яких: різні години доби, погодні умови або торгові стратегії учасників ринку тощо. Оптимальним шляхом залучення побутових споживачів до реагування попитом є використання послуг агрегаторів. Але це не означає просте накопичення певної результуючої потужності споживачів. Кількісно-якісний склад портфелю агрегатора має забезпечувати виконання команд ОСП у повному обсязі, навіть в умовах недоступності частини бойлерів або інших агрегованих одиниць. Для цього необхідно мати певний запас регулюючої потужності, наприклад, інших бойлерів або установок зберігання енергії для можливості їх оперативної заміни (реконфігурації) всередині портфелю. Керування попитом в енергосистемі може ефективно зменшити пікове навантаження системи та відстрочити необхідні капітальні інвестиції в додаткові генеруючі потужності та лінії передачі. Крім того, керування попитом сприяє інтеграції ВДЕ та зменшує витрати на налагодження, пуск або відключення теплових енергоблоків у періоди пікового навантаження. Участь споживачів у керуванні попитом потребує двоспрямованої комунікаційної інфраструктури, розширеного вимірювання, ефективних економічних тарифів та алгоритмів енергоменеджменту. Із зростанням технологій "розумних" мереж і автоматизованих систем реагування попитом, системи керування попитом є ключовим елементом, що, як очікується, забезпечить економічно ефективну альтернативу традиційним рішенням з боку генерації, щоб задовольнити зростаючий попит на електроенергію під час пікового навантаження або високих цін. Керування попитом конкурує з допоміжними послугами, що надаються "традиційними" надавачами - електростанціями та застосовуються ОСП для стабілізації параметрів ОЕС, коли енергомережа стикається з непередбаченими ситуаціями, відповідно, розвиток даного сектору є важливою складовою енергетичної безпеки.

The article considers the approach to the interaction of the transmission system operator with consumers - the demand management mechanism, as well as its role and place in the energy markets. The tools and experience of implementation of demand management are described. With the help of a natural experiment, the possibility and effectiveness of the participation of consumers with household storage hot water boilers in the balancing market was evaluated. Optimizing the participation of large numbers of consumers in energy markets is a challenging problem, especially for portfolios with thousands or millions of flexible resources. One of the aggregator's tasks is to transform the functionality of automation technologies, such as a consumer's "smart" home, into products that could be traded on energy markets. The task of optimization consists in the effective and timely management of a large number of flexible resources. A key feature of demand management is the sale of managed load on a par with generating capacity. This is explained by the fact that, from the point of view of the balance, in the energy system, one kWh not consumed equals one kWh produced. As a result, the financial benefits of managing consumer electricity demand are equivalent to the prices of balancing services and the provision of capacity reserves from other market participants. The sale of a demand-side management resource can be implemented through balancing market (BM) and ancillary service market (SMS) instruments, which use TSOs to balance the power system. Attracting additional participants in RDP and BR should stimulate competition and allow TSOs to meet their needs for auxiliary and balancing services, which will positively affect the reliability of the energy system and increase competition. In general, the level of provision of the power system with reserves depends on a wide range of factors, including: different hours of the day, weather conditions or trading strategies of market participants, etc. The optimal way to involve household consumers in responding to demand is to use the services of aggregators. But this does not mean the simple accumulation of a certain resulting power of consumers. The quantitative and qualitative composition of the aggregator's portfolio should ensure the execution of OSP commands in full, even in conditions of unavailability of part of the boilers or other aggregated units. For this, it is necessary to have a certain reserve of regulating power, for example, other boilers or energy storage units for the possibility of their prompt replacement (reconfiguration) within the portfolio. Demand management in the power system can effectively reduce the peak load of the system and delay the necessary capital investment in additional generating capacity and transmission lines. In addition, demand management facilitates the integration of renewable energy sources and reduces the costs of setting up, starting or shutting down thermal power units during peak load periods. Consumer participation in demand management requires bidirectional communication infrastructure, advanced metering, efficient economic tariffs and energy management algorithms. With the rise of smart grid technologies and automated demand response systems, demand management systems are a key element expected to provide a cost-effective alternative to traditional generation-side solutions to meet increasing demand for electricity during peak load or high prices. Demand management competes with auxiliary services provided by "traditional" providers - power plants and is used by TSOs to stabilize UES parameters when the power grid faces unforeseen situations, accordingly, the development of this sector is an important component of energy security.