Abstract
The smart grid concept continues to evolve and various methods have been developed to enhance the energy efficiency of the electricity infrastructure. Demand Response (DR) is considered as the most cost-effective and reliable solution for the smoothing of the demand curve, when the system is under stress. DR refers to a procedure that is applied to motivate changes in the customers' power consumption habits, in response to incentives regarding the electricity prices. In this paper, we provide a comprehensive review of various DR schemes and programs, based on the motivations offered to the consumers to participate in the program. We classify the proposed DR schemes according to their control mechanism, to the motivations offered to reduce the power consumption and to the DR decision variable. We also present various optimization models for the optimal control of the DR strategies that have been proposed so far. These models are also categorized, based on the target of the optimization procedure. The key aspects that should be considered in the optimization problem are the system's constraints and the computational complexity of the applied optimization algorithm
چکیده
شبکه هوشمند (smart grid) مفهومی است که همچنان درحال تکامل است و روش های مختلفی برای ارتقای بهره وری انرژی زیرساخت های الکتریکی توسعه یافته است. پاسخگویی به تقاضا یا دیماند (DR)، زمانی که سیستم تحت فشار یا بار است، به عنوان مقرون بصرفه ترین و معتبر ترین راهکار برای هموارسازیِ منحنی تقاضا تلقی می شود. DR به روندی گفته می شود که برای ایجاد تغییرات در عادات مصرف انرژی توسط مشتریان - در پاسخ به محرک هایی مرتبط با قیمت برق - اعمال می گردد. در این مقاله، مروری جامع برروی طرح ها و برنامه های مختلف DR، براساس انگیزه های ابراز شده مشتریان جهت شرکت در برنامه، ارائه خواهیم داد. طرح های پیشنهادیِ DR را مطابق با مکانیزم کنترل آنها، انگیزه های ابراز شده برای کاهش مصرف انرژی، و متغیر تصمیم گیریِ DR طبقه بندی می کنیم. همچنین مدل های مختلف بهینه سازی، برای کنترل بهینۀ راهبردهای DR را که تاکنون مطرح شده اند، ارائه می دهیم. این مدل ها نیز، بسته به هدف و مقصودِ روند بهینه سازی، طبقه بندی می شوند. جوانب کلیدی ای که بایستی در مسئلۀ بهینه سازی مدنظر داشت، محدودیت های سیستم و پیچیدگیِ محاسباتیِ الگوریتمِ بهینه سازیِ بکاررفته می باشد.
1- مقدمه
در شبکه هوشمند (SMART grid) از فناوری های نوین همچون کنترلرهای هوشمند و خودکار، نرم افزار پیشرفته مدیریت داده، و ارتباطات دوطرفه بین شرکت توزیع برق و مصرف کنندگان، جهت ایجاد یک شبکه تامین انرژی پیشرفتۀ خودکار و توزیع یافته، استفاده می شود. در سیستم های توان نسل بعدی، این فناوری های هوشمند در کل سیستم - از تولید انرژی ارسال و توزیع آن گرفته تا مصرف برق در ملکِ مشتری - با هدفِ بهبود بهره وری، اعتبار و امنیت سیستم، گنجانده و بکاربرده خواهند شد. یکی از اهداف کلیدی در شبکه هوشمند، تغییر یا گذار به سوی یک شبکه انرژی رسانیِ مقرون بصرفه می باشد. بهره وری انرژی زمانی حاصل می شود که تقاضاهای ناپایدار و انرژی تجدیدپذیر، بواسطۀ بکارگیریِ معماری های پردازش اطلاعات مقیاس پذیر، مدیریت شوند. مفهومِ مدیریت ستون تقاضا (طرف تقاضا) (DSM) شامل تمامی فعالیت هایی می باشد که هدف از آنها تغییر حالت تقاضای مشتری ازنظر زمان و/یا شکل جهت تطابق با عرضه و توجه به جذب موثر منابع انرژی تجدیدپذیر می باشد. علاوه براین، می توان از DSM جهت تسهیل در یکپارچه سازی تولید توزیعی استفاده نمود که این امر منجر به صرفه جویی موثر در تولید و ارسال انرژی خواهد شد. مزایای دیگر DSM عبارتند از رفع قطعی موقت، کاهش هزینه های عملیاتی و کاهش گسیل CO2. درحال حاضر، یکی از فعالیت های عمدۀ DSM، پاسخ به تقاضا (DR) می باشد، نظربه اینکه DR به عنوان زیرمجموعه ای از گونه جامع تر DSM، تلقی می شود که با برنامه های بهره وری و حفظ انرژی همراه است. سازمان انرژی ایالات متحده، DR را به عنوان “تعرفه یا برنامه ای که جهت ایجاد تغییر در استفاده از برق توسط مشتریان انتهایی، در واکنش به تغییر قیمتِ برق بمرور زمان، یا جهت ارائه پرداخت های تشویقی طراحی شده برای القای استفاده کم از برق در زمانی که قیمت های بازار بالاست یا زمانی که اعتبار شبکه دچار مخاطره شده است، تدوین شده” تعریف کرده است. براساس این تعریف، ایده این است که DR برای مشتریان جذاب بنظر برسد تا اولویت های استفاده آنها از انرژی به شیوه ای مدیریت شود تا نه تنها به نفع خودشان باشد بلکه به نفع شبکه برق نیز باشد. این مدیریت مصرف برقِ مشتری مدار، یک خصوصیت کلیدی شبکه هوشمند است که تطبیق تقاضاهای انرژی را با قیمت گذاری یا تشویق های زمانی مقدور می سازد، ضمن اینکه بهره وری و اعتبارِ شبکه برق را نیز بهبود می بخشد. بایستی متذکر شد که برخی محققان و شاغلین این عرصه، فرض می کنند که DSM و DR قابل مبادله یا تعویض هستند. طرحِ برنامه های کارآمدِ DR، مولفه ای مهم برای بکارگیری شبکه هوشمند می باشد. درحال حاضر، بررسی DR مسئله ای مهم می باشد و گونه های مختلفی از طرح ها و برنامه های حقیقیِ DR بایستی مشخص شوند تا مزایا و محدودیت های این طرح ها استخراج شوند. در این مقاله، طرح های مختلفِ DR را که در سایر مقالات مطرح شده اند، ارائه می کنیم. بویژه اینکه، طرح های DR را به سه دسته اساسی ترتیب بندی می کنیم که در شکل 1 نشان داده شده اند، ضمن اینکه تلاش های پژوهشی انجام شده برروی هر دسته، در جداول I-III ارائه شده است. در دسته نخست، طرح های DR مطابق با مکانیزم کنترل، به گونه های متمرکز و توزیع یافته طبقه بندی شده اند و در گونه متمرکز، مصرف کنندگان، مستقیماً به شرکت های توزیع برق (power utility) متصل می شوند، بدون اینکه با یکدیگر تعامل داشته باشند، درحالیکه در گونه توزیع یافته، تعامل میان کاربران، اطلاعاتی را پیرامونِ مصرف کل، برای این شرکت ها فراهم می کند...