電力市場は、エネルギー生成とエネルギー消費のバランスを保つ必要があります。公益事業会社は、制約のあるネットワークでのピーク需要にますます対処しなければならないため、電力使用の規制は重要です。
停電は、供給が需要を満たすことができない場合に発生します。これは、新しい発電所や送電線に投資するか、電力需要を削減することで解決できます。ただし、重要な時期が年に数時間しか発生しない場合、最初のオプションは経済的に実行可能ではない可能性があります。大規模な電力貯蔵は解決策になる可能性がありますが、現在も継続的な進歩が進んでいますが、依然として複雑でコストのかかる作業です。
近年、従来の電力網からスマートグリッドへの進化が進んでいます。スマート グリッドの主な目的の 2 つは、ユーティリティの観点からストレスの多い期間の安定性を強化することと、消費者の観点からコスト削減を達成することです。スマート グリッドの目標を達成するために使用される主要な概念の 1 つは、需要側管理 (DSM) です。これは、負荷管理、エネルギー効率、エネルギー節約などのさまざまな活動を含む世界的な用語です。
DSM のサブセットであるデマンド レスポンス (DR) は、米国エネルギー省によって次のように定義されています。または、市場価格が高い時期や送電網の信頼性が危うくなったときに、電力使用量を減らすように設計されたインセンティブ支払いを与えることです。」 DR プログラムにより、消費者は電力消費量を削減またはシフトすることで、需要と供給のバランスを取る上で重要な役割を果たすことができます。現在、DR の概念は主に送電網に関連して適用されていますが、同様の利点は地域暖房システムからも得られます。特に、電気と熱のエネルギー セクターを接続するためにヒート ポンプが利用できる場合 (セクター カップリング)。
建物はほとんどの国で総電力消費量の大部分を占めているため、グリッドで非常に必要とされる運用上の柔軟性を達成するための取り組みにおいて建物は重要です。さらに、慣性を提供する熱質量があり、加熱または冷却に時間がかかります。エネルギーを貯蔵する他の技術と同様に、この固有の特性は、ピーク時にエネルギーを貯蔵し、建物を予熱または予冷するために使用できますが、追加の投資コストなしで利用できます。適切な制御システムがあれば、居住者の熱的快適性を大幅に損なうことなく、またピーク負荷の削減に貢献することなく、電力網の状態に応じて電気ヒート ポンプを柔軟に使用できます。
それがこの研究の提案であり、建物の蓄熱能力から利益を得て、ダイナミックな価格設定市場に参加した南ドイツのプラスエネルギー住宅のヒートポンプを操作することの潜在的な利点を分析しました.コスト削減、屋内の快適さ、ヒートポンプ消費量、ピーク時のヒートポンプ使用量の削減、建物の太陽光発電エネルギーの自己消費率など、いくつかの側面に対するさまざまな動的価格設定戦略の影響が分析されました。提案されたコントローラーは、価格の変化に応じて HP のアクティブ化を自動的に管理できるため、負荷をピーク時からオフピーク時にシフトすることで、コストを削減し、ピーク時のグリッドの過負荷を軽減できます。この調査は、建物と供給システムをモデル化するために使用された、広く知られているソフトウェア TRNSYS を使用したシミュレーションによって行われました。さらに、モデルの検証は、実際のシステムの測定値を使用して実行されました。
前日市場内の料金データを使用して、3 つの異なる設定温度シナリオに対して 16 の異なる戦略がシミュレートされました。固定または可変のさまざまな価格しきい値が使用され、通常の動作中のヒート ポンプの使用を制限するか、その起動を強制しました。過熱を避けるために、温度しきい値も考慮されています。
次の図は、選択した戦略に応じたさまざまな動作モードを示しており、シミュレーションの室内温度、価格のしきい値、および各ケースでヒート ポンプが起動された時間を示しています。たとえば、戦略 7 では、価格が 21 c€/kWh よりも低く、室内温度が 21 °C よりも低い場合、ヒート ポンプは常に機能していましたが、戦略 8 では、価格のしきい値が 23 c€/kWh まで引き上げられました。逆に、戦略 15 は同じ温度しきい値を維持しましたが、この場合、電気料金が 1 日の最低 25% 以内にある場合、ヒート ポンプは常に機能していました。これらの戦略が可能になるのは、前日市場では、その名前が示すように、前日の価格を知ることができるためです。
いくつかの結論が導き出されました。基本ケース (実際の家庭を制御する方法) と比較して、最適な戦略を使用すると同時に、自家消費率を高めることで、建物の暖房に使用されるエネルギーのコストを最大 25% 削減できます。温熱快適性への影響はほとんどありません。また、結果は、固定価格のしきい値の代わりに動的な価格しきい値を使用する必要があることも示しました。これにより、ヒート ポンプの作動が低下したり、建物が快適限界を超えて過熱したりする可能性があります。これらの利点とは別に、提案された最適な戦略は、グリッドの大幅なピーク削減を達成しました。これは、ヒート ポンプが主に低ピーク時に使用されたためです。
分析された戦略はまた、節約を達成するためにユーザーがどれだけ快適さを犠牲にすることをいとわないかを知ることの重要性を強調しました:熱による不快感の許容範囲が決定された場合、この研究は、達成される可能性のある節約を推定するための答えを提供し、意思決定に役立ちます。 .したがって、この結果は、ヒート ポンプと建物の蓄熱能力を DR フレームワーク内の動的価格設定戦略と共に使用することの大きな利点を証明しています。
これらの調査結果は、ヒート ポンプのデマンド レスポンスへの貢献:プラス エネルギー住宅の事例研究、というタイトルの記事で説明されています。 最近、Applied Energy 誌に掲載されました。 この作業は、セビリア大学の Laura Romero Rodríguez、José Sánchez Ramos、および Servando Álvarez Domínguez と、シュトゥットガルト応用科学大学の Ursula Eicker によって実施されました。
