動的需要（電力）

ダイナミック デマンドとは、電力網の負荷需要を調整することで需要応答をサポートする半受動的な技術の名称です。また、この技術の推進に取り組んでいる、エズミー フェアベアン財団からの慈善助成金によって支援されている英国の独立した非営利団体の名称でもあります。その概念は、電力網の周波数と独自の制御を監視することで、断続的な家庭用および産業用負荷が最適なタイミングで自動的にオン/オフになり、全体的な電力網負荷と発電のバランスが取れ、重大な電力の不一致が軽減されるというものです。^[1]この切り替えによって機器の動作サイクルが数秒早まったり遅れたりするだけなので、エンド ユーザーに気付かれることはありません。これがダイナミック デマンド制御の基礎です。米国では、1982 年に、このアイデアの特許 (現在は失効) が電力システム エンジニアの Fred Schweppe に発行されました。^[2] このアイデアに基づいて他の特許も発行されています。^{[3] [4] [5] [6]}

動的需要は、需要応答メカニズムに似ており、供給状況に応じて家庭や産業の電力消費を管理する。例えば、電力顧客に重要な時期に消費を減らしてもらう、または価格に応じて電力消費を減らすなどである。^[7]違いは、動的需要デバイスは電力網のストレスを感知すると受動的に電源を切るのに対し、需要応答メカニズムは送信された電源の切断要求に応答する点である。

電力会社は、特定の日の需要パターンを妥当な精度（通常は 1 ～ 2 パーセント以内）で予測できます。つまり、電力の自由市場は、十分なベース負荷を事前にスケジュールできます。残りの不均衡は、予測の不正確さ、または供給（発電所の故障など）や需要の予定外の変化のいずれかが原因です。このような不均衡は、発電機に周波数応答モード（周波数制御モードとも呼ばれる）で動作するように要求し、出力を継続的に変更して周波数を必要な値に近づけることで解消されます。

グリッド周波数は、システム全体の電力不均衡を示す指標です。たとえば、需要が多すぎると、発電機の速度がわずかに低下するため、グリッド周波数は低下します。周波数応答モードの発電機は、公称条件下では、予備容量のバッファを維持するために出力を下げて稼働します。その後、ドループ速度制御により、グリッドのニーズに合わせて秒単位で出力を継続的に変更します。

この回転予備力は、電力会社にとって大きな出費です。なぜなら、これを維持するために燃料を燃やしたり、潜在的な電力販売を失ったりしなければならないからです。高速応答に使用される発電は、通常、化石燃料で駆動され、 1メガワット時（MWh）あたり0.48～1.3トンのCO2相当の排出量を_{生み出します。したがって、この不均衡は、}温室効果ガス排出量の増加という形で、大きな環境負荷を伴います。

原則として、デューティ サイクルに従って動作するあらゆる機器(産業用または家庭用のエアコン、給湯器、ヒート ポンプ、冷蔵装置など) は、システム負荷に応じてデューティ サイクルのタイミングを調整することにより、一定かつ信頼性の高いグリッド バランシング サービスを提供するために使用できます。

グリッド上のどの電源コンセントからでもグリッド周波数を測定できるため、周波数の不均衡をリアルタイムで検出する電気機器のコントローラーを設計できます。動的需要対応の機器は、この同じ信号に反応します。周波数が低下すると、機器はオフになる可能性が高くなり、グリッドの負荷が軽減され、バランスの回復に役立ちます。周波数が標準を超えて増加すると、機器はオンになり、余分な電力を消費する可能性が高くなります。当然、コントローラーは、機器が許容動作範囲から外れることがないようにする必要もあります。ライン周波数はシステム上の発電機の回転速度に直接関連しているため、数百万のそのようなデバイスが一緒に動作すると、巨大で反応が速いピーク対応発電所のように動作します。

ダイナミック コントローラは、ブラックスタート回復(停電後に電力網をサービスに戻す機能)を支援するなど、他の補助サービスも提供できます (この機能がプログラムされている場合)。通常、ブラックスタートは、起動時に電圧が低いときに多数の無効負荷が同時に電力を消費しようとするため、より困難になります。これにより、ローカルブレーカーがトリップし、完全なシステム回復が遅れる大きな過負荷が発生します。ダイナミック コントローラは、完全な電力が回復するまで、これらの負荷をいわば「順番を待たせる」ことができます。

もう一つの重要なバランシング サービスは「高速予備」です。これは、予備プラントを使用して、発電の損失 (発電機の故障や送電線の損失など) を補うものです。稼働中の発電機が回転している間に負荷を素早く切り離し、その後、周波数を標準に戻すために切り替えることで、動的コントローラーは高速予備発電機の高額なコストを節約できます。また、この方法の応答速度が速いため、電圧低下が発生する可能性も回避できます。

この技術は、風力発電のような変動性のある電源からの発電の利用拡大にも役立つ可能性があります。需要側の技術は、この資源を送電網に統合するための効率的で費用対効果の高い方法となる可能性があります。特に、これらの電源を市営給水塔^[8]などの仮想電力貯蔵庫と連携させて、合理的に予測可能なディスパッチ可能な容量を提供できるようになります。

動的需要デバイスは、提供するサービスによってかなりの量のエネルギーを節約できる可能性があります。しかし、動的需要制御が広く取り入れられるようになるには、少なくとも新しい機器への導入を義務付ける規制を整備するか、この技術の導入に公平に報いる効果的な市場メカニズムを構築する必要があります。検討されている方法の 1 つは、電力消費量を測定する電気メーターがグリッド周波数も測定できるようにし、周波数が一定レベルを下回った場合に高い料金に切り替えることです。そうすれば、毎月の電気料金には、通常料金で何時間 (および何キロワット時)、不足供給料金で数時間使用されたことが記載されます。スマート需要管理を行っていない消費者は追加コストを支払う必要がありますが、不足供給期間に適応するスマート技術を導入する消費者は節約できます。

2011年3月1日、RLtecは英国最大のスーパーマーケットチェーンの一つであるセインズベリーに配備された温水および空調負荷装置におけるダイナミックデマンド周波数応答サービスを開始しました。このメガワット規模の仮想発電所サービスは、英国のナショナルグリッドに商用周波数調整応答を提供します。同社は現在Open Energiと呼ばれています。^[9]

英国の全国送​​電網は、すでにこの技術を産業規模で大規模に利用している。 製鉄所などの電源を遮断する周波数感知リレーによって、最大 2 GW の負荷が瞬時に失われる可能性があるが、これは 20 分周期で最大 2  GW の非常に小型の緊急ディーゼル発電機によって相殺される。この複雑なシステムの完全な説明については、たとえば、このサービスを提供するために英国全国送電網と緊密に協力しているウェセックス ウォーターのデイビッド アンドリュースによる、2006 年 1 月 24 日のオープン ユニバーシティ セミナー「変動への対応 - 再生可能エネルギーを電力システムに統合」での講演「緊急ディーゼル予備発電機による再生可能エネルギー源の断続性と変動への対応」を参照のこと。^[10]

フランスでは同様の目的で最大5GW のディーゼル発電が使用されていますが、これらの技術は比較的知られていないようです^{[11] [より良い情報源が必要]} 。風力発電によってもたらされる間欠性に対処するためにも、 その範囲を大幅に拡大しない理由はない^{[12] [より良い情報源が必要] 。}

2007年8月、英国政府はダイナミックデマンド技術の可能性を概説した報告書を発表しました。^[13]この報告書は、政府がダイナミックデマンド技術の導入を奨励するよう勧告するところまでは至っていません。報告書では導入の際の技術的、経済的障壁を数多く挙げており、政府がダイナミックデマンド技術の使用を奨励する前に、これらの障壁を調査すべきであると勧告しています。ダイナミックデマンドは、温室効果ガスの排出を削減できる技術に関する政府の広範な調査の一要素です。

しかし、2009年に、動的負荷制御システムを組み込んだ家庭用冷蔵庫が英国で販売されるようになったことが発表されました。^{[14] [より良い情報源が必要]}

• ダイナミックデマンドUK
• オープンエネルギー
• 「ダイナミック デマンド」コントロールの潜在的価値に関するメモ (英国/EU の場合)
• 「需要管理による周波数制御」。ナショナルグリッド。2011 年 6 月 11 日にオリジナルからアーカイブ。2010年 11 月 22 日に閲覧。