Demand Response (reagowanie popytowe)

Czym jest reagowanie po stronie popytu?

Reagowanie po stronie popytu (demand response) to praktyka przesuwania lub ograniczania zużycia energii elektrycznej w odpowiedzi na cenę lub sygnał z sieci. Zamiast tego, by sieć dostosowywała się do tego, ile dom pobiera w danym momencie, energochłonne urządzenia są zaplanowane tak, by działać wtedy, gdy prąd jest tani, dostępny w nadmiarze lub gdy sieć jest najmniej obciążona. Pojęcie to pochodzi z rynków energii i zarządzania siecią, ale w odniesieniu do domu jego sens jest prosty: pompa ciepła, zasobnik ciepłej wody czy ładowarka samochodu zajmuje inny przedział czasu, a mieszkańcy niemal tego nie zauważają.

Sama idea nie jest nowa. Zmieniło się natomiast to, kto wysyła sygnał, jak często się on zmienia i ile urządzeń może na niego reagować. Reagowanie po stronie popytu obejmuje wszystko, od prośby operatora sieci skierowanej do dużych odbiorców o ograniczenie poboru w mroźny wieczór, po systemy domowe, które dostosowują pracę do godzinowych cen. W projektowaniu budynków mieszkalnych najważniejszy jest ten drugi przypadek, ponieważ sam budynek zaczyna działać jak elastyczny zasób.

Jak reagowanie po stronie popytu działa w praktyce?

Każdy system ma trzy elementy: sygnał, obciążenie, które można przesunąć, oraz regułę decydującą, kiedy takie obciążenie może zmienić czas pracy. Sygnałem może być cena, okno czasowe, polecenie sterowania falowego (ripple control) od operatora dystrybucji lub żądanie agregatora. Sterownik przed przesunięciem jakiegokolwiek obciążenia sprawdza, czy nie naruszy ono limitów komfortu i ochrony urządzeń. Komfort jest na pierwszym miejscu. Pompa ciepła wstrzymana na godzinę nie może doprowadzić do spadku temperatury w domu poniżej zadanej wartości, a zasobnik ciepłej wody musi nadal zawierać wystarczająco dużo ciepła na wieczorny prysznic.

Przesuwanie obciążeń staje się możliwe dzięki magazynowaniu energii. Dobrze ocieplony dom utrzymuje temperaturę przez pewien czas po wyłączeniu ogrzewania, a zbiornik wody magazynuje energię w postaci podgrzanej wody. Sterownik może uruchamiać urządzenia w tanich lub mało obciążonych okresach i przetrwać droższe godziny bez ich pracy. Najczęstszym przykładem jest zbiornik buforowy ciepłej wody, ponieważ ma dużą masę termiczną, jest tani w montażu i łatwy w sterowaniu.

Gdzie reagowanie po stronie popytu zaczęło się na Słowacji?

Słowackie gospodarstwa domowe od dziesięcioleci stosują prostą formę reagowania po stronie popytu. Sterowanie falowe (hromadné diaľkové ovládanie, HDO) przesyła przez sieć dystrybucyjną sygnał, który przełącza licznik między taryfą standardową a taryfą niską. Dystrybutorzy wykorzystywali je głównie do sterowania piecami akumulacyjnymi (akumulačné kachle) i elektrycznymi podgrzewaczami wody, które były zaplanowane do pracy w godzinach taryfy niskiej, zwykle w nocy. Mieszkaniec nie decydował, kiedy urządzenie grzewcze się włącza. Decydowała o tym sieć, a gospodarstwo płaciło niższą stawkę za te godziny.

HDO łączyło już zdalny sygnał, elastyczne obciążenie i zachętę taryfową. Brakowało mu jednak precyzji i wyboru: przełącznik był włączony lub wyłączony, a okna czasowe ustalano z góry. Nowoczesne systemy zachowują tę zasadę, dodając drobniejsze sygnały i lepsze pomiary.

Które obciążenia są elastyczne w słowackim domu?

Nie każde obciążenie można przesunąć. Oświetlenie, gotowanie i większość urządzeń potrzebują energii wtedy, gdy są używane. Przesunąć można te obciążenia, których usługa może być świadczona w innym czasie: ogrzewanie pomieszczeń z magazynowaniem ciepła, ciepła woda użytkowa i ładowanie baterii. W słowackim domu zbudowanym zgodnie z obowiązującymi normami zwykle najważniejsze są trzy obciążenia.

Obciążenie	Elastyczność	Sposób przesunięcia	Ograniczenie
Pompa ciepła do ogrzewania pomieszczeń	Średnia, zależy od masy budynku	Pracuje intensywniej przed szczytem cenowym i odpoczywa w jego trakcie	Temperatura w pomieszczeniach musi pozostać w zakresie komfortu
Zasobnik ciepłej wody	Wysoka	Nagrzewa się przed spodziewanym zużyciem	Musi pozostać wystarczająca ilość ciepłej wody na szczytowe zapotrzebowanie
Ładowarka EV	Wysoka	Wstrzymuje lub planuje ładowanie	Samochód musi osiągnąć wymagany poziom naładowania do chwili wyjazdu
Piec akumulacyjny (dawne HDO)	Niska do średniej	Pracuje w stałych oknach ustalonych przez dystrybutora	Mieszkaniec ma niewielki wpływ na czas pracy

Czym taryfy dynamiczne różnią się od HDO?

Taryfa dynamiczna zmienia cenę energii elektrycznej w ciągu dnia, często w krótkich odstępach czasu, i przekazuje tę zmienność odbiorcy. HDO przełącza się między dwoma stałymi stanami. Umowa dynamiczna wymaga licznika rejestrującego zużycie w krótkich przedziałach, dlatego to inteligentny licznik jest urządzeniem umożliwiającym jej działanie. Bez danych z takich przedziałów dostawca nie może naliczać opłat według pory zużycia, a sterownik nie ma podstaw do planowania pracy.

Europejskie przepisy dotyczące energii elektrycznej skłoniły dostawców do oferowania umów z dynamicznymi cenami tam, gdzie pozwala na to rynek, jednak oferty różnią się między dostawcami i zmieniają się w czasie. Na Słowacji przed założeniem, że taka oferta jest dostępna, sprawdź aktualne warunki u dostawcy.

Cecha	HDO	Taryfa dynamiczna
Sygnał	Polecenie sterowania falowego od dystrybutora	Publikowana cena lub stawka powiązana z rynkiem
Przełączanie	Dwa stałe stany	Ciągłe, często co godzinę lub częściej
Pomiar	Licznik z odbiornikiem sterowania falowego	Inteligentny licznik z danymi z krótkich przedziałów
Kto decyduje	Dystrybutor, w stałych oknach	Sterownik domowy, w ramach swoich reguł
Typowe obciążenia	Piece akumulacyjne i podgrzewacze wody	Pompy ciepła, zasobniki, ładowarki i baterie

Czym reagowanie po stronie popytu różni się od domowego magazynu energii?

Oba rozwiązania zmieniają moment, w którym dom pobiera energię z sieci, dlatego często wymienia się je razem. Różnica polega na tym, co magazynuje energię. Reagowanie po stronie popytu przechowuje ją w budynku lub jego urządzeniach: ciepło w konstrukcji, ciepłą wodę w zbiorniku, energię w samochodzie. Domowa bateria magazynuje samą energię elektryczną. Jest bardziej elastyczna, ale droższa w instalacji i traci część energii przy każdym cyklu ładowania i rozładowania. Reagowanie po stronie popytu wykorzystuje magazyn, który już istnieje, a bateria dodaje drugą możliwość.

Jakie są najczęstsze błędne przekonania dotyczące reagowania po stronie popytu?

Pierwsze błędne przekonanie głosi, że reagowanie po stronie popytu odbiera kontrolę gospodarstwu domowemu. W dobrze zaprojektowanym systemie mieszkańcy ustalają limity komfortu i priorytet każdego obciążenia, a sterownik działa w ich ramach. Drugie zakłada, że ma to znaczenie tylko dla dużych odbiorców. W przypadku domu najważniejszym obciążeniem jest zwykle system grzewczy, który zimą może być największym konsumentem energii, dlatego jego harmonogram ma znaczenie nawet w małej skali.

Trzecie przekonanie to, że taryfa dynamiczna zawsze obniża rachunek. Dzieje się tak tylko wtedy, gdy elastyczne obciążenie przenosi się na tańsze godziny, a różnica cen jest wystarczająco duża, by mieć znaczenie. Gospodarstwo domowe z dobrze ocieplonym domem i małym elastycznym obciążeniem może odnieść niewielką korzyść. Czwarte przekonanie mówi, że sam inteligentny licznik tworzy oszczędności. Dostarcza on dane, ale oszczędności wymagają sterownika, który będzie na nich działał.

Co ogranicza reagowanie po stronie popytu w domu?

Najważniejsze są trzy ograniczenia. Pierwszym jest komfort. Bezwładność cieplna istnieje, ale jest ograniczona, a agresywny harmonogram prowadzi do zimnych pomieszczeń lub letniej wody pod prysznicem. Drugim jest sprzęt. Pompy ciepła mają minimalne czasy pracy i zabezpieczenia sprężarki, a częste przełączanie skraca ich żywotność, dlatego dobry sterownik go unika. Trzecim jest komunikacja. Sterownik potrzebuje niezawodnego sygnału, licznika, który przekazuje dane, oraz interfejsu zrozumiałego dla pompy ciepła. Niektóre pompy ciepła obsługują interfejs SG Ready, który pozwala menedżerowi energii wybierać tryb pracy. Inne wymagają dodatkowej bramki modernizacyjnej, dlatego przed uwzględnieniem elastyczności w projekcie potwierdź to z instalatorem.