負荷管理
負荷管理 （ デマンドサイド管理 （ DSM ）とも呼ばれる）は、発電所の出力ではなく負荷を調整または制御することにより、ネットワーク上の電気の供給と電気負荷のバランスをとるプロセスです。これは、ユーティリティのリアルタイムでの直接介入、サーキットブレーカーをトリガーする周波数依存リレーの使用（リップル制御）、タイムクロック、または消費者の行動に影響を与える特別な料金を使用することで実現できます。負荷管理により、ユーティリティはピーク使用時間（ ピークシェービング ）の間の電力需要を減らすことができます。これにより、発電所のピークの必要性を排除することでコストを削減できます。さらに、一部のピーク発電所では、1時間以上かけてオンラインにすることができます。これにより、たとえば、プラントが予期せずオフラインになった場合、負荷管理がさらに重要になります。負荷管理は、有害な排出物の削減にも役立ちます。ピーク発電所やバックアップ発電機は、ベース負荷発電所よりも汚れが多く、効率が低いためです。新しい負荷管理技術は、民間企業と公的機関の両方によって絶えず開発されています。
簡単な歴史
1972年、アラバマ州ハンツビルのボーイングで働いていたセオドアジョージ「テッド」パラスケバコスは、セキュリティ、火災、医療警報システムにデジタル伝送を使用し、すべてのユーティリティの検針機能を使用するセンサー監視システムを開発しました。この技術は、彼の特許取得済みの自動電話回線識別システムの派生物であり、現在は発信者番号として知られています。 1974年、パラスケバコスはこの技術の米国特許を取得しました。
アラバマ電力会社の要請により、パラスケバコスは自動検針技術とともに負荷管理システムを開発しました。その際、彼はシステムの能力を利用して、ワット電力計ディスクの速度を監視し、その結果、電力消費を監視しました。この情報は、時刻とともに、電力会社が個々のメーターに給湯器と空調の消費量を管理するように指示して、その日の消費量の多い部分での使用のピークを防ぐことができました。このアプローチで、Paraskevakosは複数の特許を取得しました。
利点と動作原理
電気エネルギーは大量に効率的に保存できないエネルギーの一種であるため、すぐに生成、分配、および消費する必要があります。システムの負荷が最大発電容量に近づくと、ネットワークオペレーターは追加のエネルギー供給を見つけるか、負荷を削減する方法、つまり負荷管理を見つける必要があります。失敗した場合、システムが不安定になり、停電が発生する可能性があります。
長期的な負荷管理計画は、分散ネットワークの物理的特性（トポロジ、容量、回線のその他の特性）、および負荷動作を記述するための高度なモデルを構築することから始めることができます。分析には、天気予報、提案された負荷制限コマンドの予測される影響、オフライン機器の推定修理時間、およびその他の要因を考慮したシナリオが含まれる場合があります。
負荷管理の利用は、発電所がより高い設備利用率を達成するのに役立ちます。これは、平均設備利用率の尺度です。設備利用率は、発電所の最大出力と比較した発電所の出力の尺度です。キャパシティファクターは、通常、平均負荷とキャパシティ の比率、または一定期間の平均負荷とピーク負荷 の比率として定義されます。低い負荷率では発電所の効率が低下する可能性があるため、高い負荷率が有利です。高い負荷率は、固定コストがより多くのkWhの出力に分散することを意味します（電気の単位あたりの価格が低くなります）。総出力が大きくなることを意味します。電力負荷率が燃料の非利用可能性、メンテナンスのシャットダウン、計画外の故障、または需要の減少（消費パターンが1日を通して変動するため）の影響を受ける場合、グリッドのエネルギー貯蔵はしばしば法外に高価になるため、発電を調整する必要があります。
独自の電力を生成する代わりに電力を購入する小規模なユーティリティは、負荷制御システムをインストールすることによっても利益を得ることができます。ピーク時の使用に対してエネルギープロバイダーに支払う必要があるペナルティは、大幅に削減できます。多くの人が、負荷制御システムが単一のシーズンでそれ自体の費用を支払うことができると報告しています。
デマンドレスポンスとの比較
負荷を削減する決定が下される場合、システムの信頼性に基づいて決定されます。ある意味でのユーティリティは「スイッチを所有」し、配電システムの安定性または信頼性が脅かされている場合にのみ負荷を流します。公益事業（電力の生成、輸送、および配給事業）は、正当な理由なくビジネスプロセスを中断することはありません。負荷管理は、適切に行われれば非侵襲的であり、消費者に苦労を強いることはありません。負荷はピーク時以外にシフトする必要があります。
デマンドレスポンスは、スマートグリッド制御の負荷制御スイッチなどのデバイスを使用して、消費者の手に「オンオフスイッチ」を配置します。多くの住宅消費者は年間を通して電気料金を均一に支払っていますが、実際には、需要、配電網、会社の発電ポートフォリオの構成に応じて、公益事業のコストは絶えず変化します。自由市場では、エネルギーの卸売価格は1日を通して大きく異なります。スマートグリッドで有効になっているようなデマンドレスポンスプログラムは、消費者を動機付けて、 コストの懸念に基づいて使用を制限しようとします 。日中にコストが上昇すると（システムがピーク容量に達し、より高価なピーク発電所が使用されるため）、自由市場経済は価格の上昇を許容するはずです。商品に対する需要の対応する低下は、価格の低下に見合うはずです。これは予測可能な不足に対して機能しますが、多くの危機は予期せぬ機器の故障により数秒以内に発生します。停電を回避するために、同じ時間枠で解決する必要があります。需要応答に関心のある多くのユーティリティは、価格の更新を消費者に公開する前に「オンオフスイッチ」を操作できるように、負荷制御機能にも関心を示しています。
負荷制御技術の適用は、無線周波数と電力線通信ベースのシステムの両方の販売で今日成長を続けています。特定の種類のスマートメーターシステムは、負荷制御システムとしても機能します。充電制御システムは、ピーク時の電気自動車の再充電を防ぐことができます。車両からグリッドへのシステムは、電気自動車のバッテリーから電力を電力会社に戻すことができます。または、車両バッテリーの再充電をより遅い速度に調整することもできます。
世界最大の住宅用負荷制御システムはフロリダにあり、フロリダパワーアンドライトによって管理されています。 800,000の負荷制御トランスポンダー（LCT）を利用し、1,000 MWの電力（緊急時には2,000 MW）を制御します。 FPLは、負荷管理プログラムにより、多数の新しい発電所の建設を回避することができました。
リップル制御
リップル制御は負荷制御の最も一般的な形式であり、オーストラリア、ニュージーランド、英国、ドイツ、オランダ、南アフリカなど、世界中の多くの国で使用されています。リップル制御には、高周波数信号（通常は100〜1600 Hz）を主電源信号の標準50〜60 Hzに重畳することが含まれます。重要でない住宅または産業用負荷に接続された受信機デバイスがこの信号を受信すると、信号が無効になるか別の周波数信号が受信されるまで負荷をシャットダウンします。
第二次世界大戦中、世界のさまざまな地域で、配電システムを介して通信するシステムを使用して、リップル制御の初期の実装が行われました。リップル制御システムは通常、2段（またはそれ以上）の段階的な価格設定システムとペアになっています。これにより、ピーク時（夕方）に電気が高価になり、使用率の低い時間（早朝）に安くなります。
影響を受ける住宅機器は地域によって異なりますが、住宅の電気温水ヒーター、エアコン、プールポンプ、または作物灌漑ポンプが含まれる場合があります。負荷制御を備えた配電ネットワークでは、これらのデバイスは、制御下の機器のデューティサイクルを制限するプログラムを実行できる通信コントローラーを備えています。消費者は通常、エネルギーの割引料金を支払うことで、負荷制御プログラムに参加したことに対する報酬を受け取ります。ユーティリティによる適切な負荷管理により、負荷遮断を実施して、計画停電を回避し、コストを削減できます。
Zellwegerオフピークは、リップル制御システムの一般的なブランドの1つです。
頻度ベースの分散型需要制御
より大きな負荷は、グリッドの同期発電機の回転子を物理的に遅くします。これにより、グリッドに大きな負荷がかかっている場合、AC主電源の周波数がわずかに低下します。削減された周波数は、グリッド全体ですぐに認識できます。安価なローカルエレクトロニクスは、電源周波数を簡単かつ正確に測定し、シェッド可能な負荷をオフにすることができます。場合によっては、この機能はほとんど無料です。たとえば、制御機器（電力計や空調システムのサーモスタットなど）に既にマイクロコントローラーが搭載されている場合です。ほとんどの電子電力計は、内部的に周波数を測定し、機器の電源を切るためにデマンド制御リレーのみを必要とします。他の機器では、多くの場合、必要な追加機器は、メインサイクルとシュミットトリガー（小さな集積回路）を検出するための抵抗分割器だけです。そのため、マイクロコントローラーのデジタル入力は、信頼できる高速デジタルエッジを検出できます。シュミットトリガーは、多くのマイクロコントローラーの標準装備です。
リップル制御に対する主な利点は、顧客の利便性の向上です。未受信のリップル制御テレグラムにより、給湯器がオフのままになり、コールドシャワーが発生する可能性があります。または、エアコンがオフのままになり、うだるような家になります。対照的に、グリッドが回復すると、その周波数は自然に通常に上昇するため、周波数制御された負荷制御により、給湯器、エアコン、その他の快適機器が自動的に有効になります。機器のコストは低くなる可能性があり、重複または未到達のリップル制御領域、コードの誤受信、送信機の電力などに関する懸念はありません。
リップル制御と比較した主な欠点は、きめの細かい制御です。たとえば、グリッド機関には、どの負荷を流すかを選択する機能が限られています。制御された戦時経済では、これは大きな不利益になる可能性があります。
このシステムは21世紀初頭にPNNLで発明され、グリッドを安定させることが示されています。
スキームの例
米国、英国、フランスを含む多くの国では、電力網は日常的に私有の非常用ディーゼル発電機を負荷管理スキームで使用しています。
ニュージーランド
1950年代以来、ニュージーランドにはリップル制御に基づいた負荷管理システムがあり、家庭用および商業用の貯水ヒーターの電源のオンとオフを切り替えたり、夜間のヒーターや街灯の遠隔制御を可能にしています。各ローカル配信ネットワーク内に配置されたリップル注入装置は、顧客宅内のリップル制御レシーバーに信号を送ります。制御は、地域の停電や送電システムオペレーター（Transpower）からの需要を減らすための要求に応じて地元の流通ネットワーク会社によって手動で行われるか、注入装置が49.2 Hzを下回る主周波数を検出したときに自動的に行われます。リップルコントロールレシーバーはいくつかのリップルチャネルの1つに割り当てられ、ネットワーク会社はネットワークの一部でのみ電源をオフにできるようになり、電源の段階的な復元が可能になり、電力が給湯器に復元されたときの需要の急増の影響を軽減できますしばらくしてから。
地域によっては、消費者は2つの電気メーターを持っている場合があります。1つは通常の供給用（ "Anytime"）ともう1つは負荷管理供給用（ "Controlled"）です。供給。負荷が管理されているが、メーターが1メートルしかない場合、電気料金は「複合」レートで請求され、AnytimeとControlledの間で価格設定されます。
フランス
フランスにはEJP料金があり、特定の負荷を切断し、消費者に特定の負荷を切断することを奨励しています。この料金は、新しいクライアントには使用できなくなりました（2009年7月現在）。 テンポの関税には、異なる価格の異なる種類の日も含まれますが、新しいクライアントについても同様に廃止されました（2009年7月現在）。夜間の割引料金は、より高い月額料金で利用できます。
イギリス
英国のRltecは2009年に、家庭用冷蔵庫が動的負荷応答システムを搭載して販売されていることを報告しました。 2011年、Sainsburyスーパーマーケットチェーンは、暖房および換気装置に動的需要技術を使用すると発表されました。
英国では、夜間貯蔵ヒーターを使用して、原子力プログラムに対応するために負荷を約5 GW増やします。また、現場に取り付けられた周波数に敏感なリレーによって自動的にトリガーされるサーキットブレーカーを使用して、産業負荷を切断できるようにするプログラムもあります。これは、ディーゼル発電機を使用するプログラムであるスタンディングリザーブと連携して動作します。これらは、BBC Radio 4 Longwave Radioテレスイッチを使用してリモートで切り替えることもできます。
SP伝送は、伝送ネットワークで過負荷が検出された場合に、埋め込み世代のリアルタイム監視とそれらの切断を使用して、DumfriesおよびGallowayエリアに動的負荷管理スキームを展開しました。
