Manajemen beban, juga dikenal sebagai demand-side management (DSM), adalah proses menyeimbangkan pasokan listrik pada jaringan dengan beban listrik dengan menyesuaikan atau mengendalikan beban daripada output pembangkit listrik. Ini dapat dicapai dengan intervensi langsung dari utilitas secara real time, dengan menggunakan relai sensitif frekuensi yang memicu pemutus sirkuit (kontrol riak), dengan jam waktu, atau dengan menggunakan tarif khusus untuk mempengaruhi perilaku konsumen. Manajemen beban memungkinkan utilitas untuk mengurangi permintaan listrik selama waktu penggunaan puncak (peak shaving), yang pada gilirannya dapat mengurangi biaya dengan menghilangkan kebutuhan pembangkit listrik yang memuncak. Selain itu, beberapa pembangkit listrik peaking dapat memakan waktu lebih dari satu jam untuk beroperasi secara on-line yang membuat manajemen beban menjadi lebih kritis jika pembangkit mati secara tidak terduga misalnya. Manajemen beban juga dapat membantu mengurangi emisi berbahaya, karena pembangkit listrik tenaga puncak atau generator cadangan seringkali lebih kotor dan kurang efisien dibandingkan pembangkit listrik beban dasar. Teknologi manajemen beban baru terus dikembangkan — baik oleh industri swasta dan entitas publik.
Sejarah Singkat
Manajemen beban utilitas modern dimulai sekitar tahun 1938, menggunakan kontrol riak. Pada tahun 1948 kontrol riak adalah sistem praktis yang digunakan secara luas.
Ceko pertama kali menggunakan kontrol riak pada 1950-an. Pemancar awal memiliki daya yang rendah, dibandingkan dengan sistem modern, hanya 50 kilovolt-amp. Mereka memutar generator yang memasukkan sinyal 1050 Hz ke dalam transformator yang terhubung ke jaringan distribusi daya. Penerima awal adalah relai elektromekanis. Kemudian, pada 1970-an, pemancar dengan semikonduktor daya tinggi digunakan. Ini lebih dapat diandalkan karena mereka tidak memiliki bagian yang bergerak. Sistem Ceko modern mengirim "telegram" digital. Setiap telegram membutuhkan waktu sekitar tiga puluh detik untuk dikirim. Ini memiliki pulsa sekitar satu detik panjangnya. Ada beberapa format, yang digunakan di distrik yang berbeda.
Pada tahun 1972, Theodore George “Ted” Paraskevakos, saat bekerja untuk Boeing di Huntsville, Alabama, mengembangkan sistem pemantauan sensor yang menggunakan transmisi digital untuk sistem alarm keamanan, kebakaran, dan medis serta kemampuan membaca meter untuk semua utilitas. Teknologi ini merupakan spin-off dari sistem identifikasi saluran telepon otomatis yang dipatenkan, yang sekarang dikenal sebagai ID penelepon. Pada tahun 1974, Paraskevakos dianugerahi paten AS untuk teknologi ini.
Atas permintaan Perusahaan Listrik Alabama, Paraskevakos mengembangkan sistem manajemen beban bersama dengan teknologi pembacaan meter otomatis. Dalam melakukannya, ia memanfaatkan kemampuan sistem untuk memantau kecepatan disk meteran daya watt dan, akibatnya, konsumsi daya. Informasi ini, bersama dengan waktu hari, memberi perusahaan listrik kemampuan untuk menginstruksikan meter individu untuk mengelola pemanas air dan konsumsi AC untuk mencegah puncak penggunaan selama porsi konsumsi tinggi hari itu. Untuk pendekatan ini, Paraskevakos dianugerahi beberapa paten.
Keuntungan dan prinsip operasi
Karena energi listrik adalah bentuk energi yang tidak dapat disimpan secara efektif dalam jumlah besar, maka harus segera dibangkitkan, didistribusikan, dan dikonsumsi. Ketika beban pada sistem mendekati kapasitas pembangkitan maksimum, operator jaringan harus menemukan pasokan energi tambahan atau menemukan cara untuk mengurangi beban, oleh karena itu manajemen beban. Jika tidak berhasil, sistem akan menjadi tidak stabil dan pemadaman dapat terjadi.
Perencanaan manajemen beban jangka panjang dapat dimulai dengan membangun model canggih untuk menggambarkan sifat fisik jaringan distribusi (yaitu topologi, kapasitas, dan karakteristik lain dari saluran), serta perilaku beban. Analisis dapat mencakup skenario yang memperhitungkan prakiraan cuaca, dampak yang diprediksi dari perintah pelepasan beban yang diusulkan, perkiraan waktu perbaikan untuk peralatan off-line, dan faktor lainnya.
Pemanfaatan manajemen beban dapat membantu pembangkit listrik mencapai faktor kapasitas yang lebih tinggi, ukuran pemanfaatan kapasitas rata-rata. Faktor kapasitas adalah ukuran keluaran suatu pembangkit listrik dibandingkan dengan keluaran maksimum yang dapat dihasilkannya. Faktor kapasitas sering didefinisikan sebagai rasio beban rata-rata terhadap kapasitas atau rasio beban rata-rata terhadap beban puncak dalam suatu periode waktu. Faktor beban yang lebih tinggi menguntungkan karena pembangkit listrik mungkin kurang efisien pada faktor beban rendah, faktor beban tinggi berarti biaya tetap tersebar di lebih banyak kWh keluaran (menghasilkan harga per unit listrik yang lebih rendah), dan faktor beban yang lebih tinggi berarti total output yang lebih besar. Jika faktor beban daya dipengaruhi oleh tidak tersedianya bahan bakar, penghentian pemeliharaan, kerusakan yang tidak direncanakan, atau penurunan permintaan (karena pola konsumsi berfluktuasi sepanjang hari), pembangkitan harus disesuaikan, karena penyimpanan energi jaringan seringkali sangat mahal. .
Utilitas yang lebih kecil yang membeli daya alih-alih menghasilkan sendiri menemukan bahwa mereka juga dapat memperoleh manfaat dengan memasang sistem kontrol beban. Hukuman yang harus mereka bayarkan kepada penyedia energi untuk puncak penggunaan dapat dikurangi secara signifikan. Banyak yang melaporkan bahwa sistem kontrol beban dapat membayar sendiri dalam satu musim.
Perbandingan dengan respons permintaan
Ketika keputusan dibuat untuk mengurangi beban, hal itu dilakukan atas dasar keandalan sistem. Utilitas dalam arti "memiliki sakelar" dan melepaskan beban hanya ketika stabilitas atau keandalan sistem distribusi listrik terancam. Utilitas (yang bergerak di bidang pembangkitan, pengangkutan, dan pengiriman listrik) tidak akan mengganggu proses bisnis mereka tanpa sebab. Manajemen beban, bila dilakukan dengan benar, bersifat non-invasif, dan tidak membebani konsumen. Beban harus digeser ke luar jam sibuk.
Respons permintaan menempatkan "saklar hidup-mati" di tangan konsumen yang menggunakan perangkat seperti sakelar kendali beban yang dikendalikan jaringan pintar. Sementara banyak konsumen perumahan membayar tarif tetap untuk listrik sepanjang tahun, biaya utilitas sebenarnya selalu bervariasi, tergantung pada permintaan, jaringan distribusi, dan komposisi portofolio pembangkit listrik perusahaan. Di pasar bebas, harga grosir energi sangat bervariasi sepanjang hari. Program respons permintaan seperti yang diaktifkan oleh jaringan pintar berupaya memberi insentif kepada konsumen untuk membatasi penggunaan berdasarkan masalah biaya. Ketika biaya meningkat pada siang hari (saat sistem mencapai kapasitas puncak dan pembangkit listrik peaking yang lebih mahal digunakan), ekonomi pasar bebas seharusnya memungkinkan harga naik. Penurunan permintaan yang sesuai untuk komoditas harus memenuhi penurunan harga. Meskipun ini bekerja untuk kekurangan yang dapat diprediksi, banyak krisis berkembang dalam hitungan detik karena kegagalan peralatan yang tidak terduga. Mereka harus diselesaikan dalam kerangka waktu yang sama untuk menghindari pemadaman listrik. Banyak utilitas yang tertarik pada respons permintaan juga telah menyatakan minatnya pada kemampuan kontrol beban sehingga mereka mungkin dapat mengoperasikan "saklar hidup-mati" sebelum pembaruan harga dapat dipublikasikan kepada konsumen.
Penerapan teknologi kontrol beban terus berkembang saat ini dengan penjualan sistem berbasis komunikasi frekuensi radio dan saluran listrik. Beberapa jenis sistem smart meter juga dapat berfungsi sebagai sistem kontrol beban. Sistem kontrol pengisian daya dapat mencegah pengisian ulang kendaraan listrik selama jam sibuk. Sistem kendaraan-ke-jaringan dapat mengembalikan listrik dari baterai kendaraan listrik ke utilitas, atau mereka dapat membatasi pengisian ulang baterai kendaraan ke tingkat yang lebih lambat.
Kontrol riak
Kontrol riak adalah bentuk umum dari kontrol beban, dan digunakan di banyak negara di seluruh dunia, termasuk Amerika Serikat, Australia, Republik Ceko, Selandia Baru, Inggris, Jerman, Belanda, dan Afrika Selatan. Kontrol riak melibatkan penempatan sinyal frekuensi tinggi (biasanya antara 100 dan 1600 Hz) ke standar 50-60 Hz dari sinyal daya utama. Ketika perangkat penerima yang terpasang ke beban perumahan atau industri yang tidak penting menerima sinyal ini, mereka mematikan beban sampai sinyal dinonaktifkan atau sinyal frekuensi lain diterima.
Implementasi awal dari kontrol riak terjadi selama Perang Dunia II di berbagai belahan dunia menggunakan sistem yang berkomunikasi melalui sistem distribusi listrik. Sistem awal menggunakan generator berputar yang terhubung ke jaringan distribusi melalui transformator. Sistem kontrol riak umumnya dipasangkan dengan sistem penetapan harga berjenjang dua (atau lebih), di mana listrik lebih mahal selama jam sibuk (malam) dan lebih murah selama waktu penggunaan rendah (pagi hari).
Perangkat perumahan yang terpengaruh akan bervariasi menurut wilayah, tetapi mungkin termasuk pemanas air panas listrik perumahan, AC, pompa kolam renang, atau pompa irigasi tanaman. Dalam jaringan distribusi yang dilengkapi dengan kontrol beban, perangkat ini dilengkapi dengan pengontrol komunikasi yang dapat menjalankan program yang membatasi siklus tugas peralatan yang dikendalikan. Konsumen biasanya dihargai karena berpartisipasi dalam program pengendalian beban dengan membayar tarif yang dikurangi untuk energi. Manajemen beban yang tepat oleh utilitas memungkinkan mereka untuk berlatih pelepasan beban untuk menghindari pemadaman bergilir dan mengurangi biaya.
Kontrol riak bisa jadi tidak populer karena terkadang perangkat gagal menerima sinyal untuk menghidupkan peralatan yang nyaman, mis. pemanas air panas atau pemanas listrik alas tiang. Penerima elektronik modern lebih dapat diandalkan daripada sistem elektromekanis lama. Juga, beberapa sistem modern mengulangi telegram untuk menghidupkan perangkat kenyamanan. Selain itu, karena permintaan yang populer, banyak penerima kontrol riak memiliki sakelar untuk mengaktifkan perangkat yang nyaman.
Kontrol riak modern mengirim telegram digital, dari 30 hingga 180 detik. Awalnya ini diterima oleh relay elektromekanis. Sekarang mereka sering diterima oleh mikroprosesor. Banyak sistem mengulang telegram untuk memastikan bahwa perangkat kenyamanan (misalnya pemanas air) dihidupkan. Karena frekuensi siaran berada dalam jangkauan pendengaran manusia, mereka sering menggetarkan kabel, bola lampu filamen atau transformator dengan cara yang dapat didengar.
Telegram s mengikuti standar yang berbeda di daerah yang berbeda. Misalnya, di Republik Ceko, distrik yang berbeda menggunakan "ZPA II 32S", "ZPA II 64S" dan Versacom. ZPA II 32S mengirimkan 2,33 detik aktif, 2,99 detik mati, kemudian 32 pulsa satu detik (baik hidup atau mati), dengan "waktu mati" antara setiap pulsa satu detik. ZPA II 64S memiliki waktu yang jauh lebih pendek, memungkinkan 64 pulsa untuk dikirim, atau dilewati.
Wilayah terdekat menggunakan frekuensi atau telegram yang berbeda, untuk memastikan bahwa telegram hanya beroperasi di wilayah yang diinginkan. Trafo yang memasang jaringan lokal ke interties sengaja tidak memiliki peralatan (kapasitor penghubung) untuk melewatkan sinyal kontrol riak ke saluran listrik jarak jauh.
Setiap pulsa data telegram dapat menggandakan jumlah perintah, sehingga 32 pulsa mengizinkan 2^32 perintah berbeda. Namun, dalam praktiknya, pulsa tertentu terkait dengan jenis perangkat atau layanan tertentu. Beberapa telegram memiliki tujuan yang tidak biasa. Misalnya sebagian besar sistem kontrol riak memiliki telegram untuk mengatur jam di perangkat yang terpasang, mis. hingga tengah malam.
Zellweger off-peak adalah salah satu merek umum dari sistem kontrol riak.
Kontrol permintaan terdesentralisasi berbasis frekuensi
Beban yang lebih besar secara fisik memperlambat rotor generator yang disinkronkan dengan grid. Hal ini menyebabkan sumber listrik AC memiliki frekuensi yang sedikit berkurang ketika kisi-kisi diberi beban berat. Frekuensi yang dikurangi segera masuk akal di seluruh grid. Elektronik lokal yang murah dapat dengan mudah dan tepat mengukur frekuensi listrik dan mematikan beban yang dapat dilepas. Dalam beberapa kasus, fitur ini hampir gratis, mis. jika peralatan pengontrol (seperti meteran listrik, atau termostat dalam sistem pendingin udara) sudah memiliki mikrokontroler. Sebagian besar pengukur daya listrik elektronik mengukur frekuensi secara internal, dan hanya memerlukan relai kontrol permintaan untuk mematikan peralatan. Pada peralatan lain, seringkali satu-satunya peralatan tambahan yang diperlukan adalah pembagi resistor untuk merasakan siklus listrik dan pemicu schmitt (sirkuit terintegrasi kecil) sehingga input digital mikrokontroler dapat merasakan tepi digital cepat yang andal. Pemicu schmitt sudah menjadi perlengkapan standar pada banyak mikrokontroler.
Keuntungan utama dari kontrol riak adalah kenyamanan pelanggan yang lebih besar: Telegram kontrol riak yang tidak diterima dapat menyebabkan pemanas air tetap mati, menyebabkan pancuran air dingin. Atau, mereka dapat menyebabkan AC mati, mengakibatkan rumah menjadi panas. Sebaliknya, saat jaringan pulih, frekuensinya secara alami naik ke normal, sehingga kontrol beban yang dikontrol frekuensi secara otomatis mengaktifkan pemanas air, AC, dan peralatan kenyamanan lainnya. Biaya peralatan bisa lebih murah, dan tidak ada kekhawatiran tentang wilayah kontrol riak yang tumpang tindih atau tidak terjangkau, kode yang salah diterima, daya pemancar, dll.
Kerugian utama dibandingkan dengan kontrol riak adalah kontrol yang kurang halus. Misalnya, otoritas jaringan hanya memiliki kemampuan terbatas untuk memilih beban mana yang dilepaskan. Dalam ekonomi waktu perang yang terkendali, ini bisa menjadi kerugian besar.
Sistem ini ditemukan di PNNL pada awal abad ke-21, dan telah terbukti menstabilkan jaringan.
Contoh skema
Di banyak negara, termasuk Amerika Serikat, Inggris dan Prancis, jaringan listrik secara rutin menggunakan generator diesel darurat milik swasta dalam skema manajemen beban.
Florida
Sistem kontrol beban residensial terbesar di dunia ditemukan di Florida dan dikelola oleh Florida Power and Light. Ini menggunakan 800.000 transponder kontrol beban (LCT) dan mengontrol 1.000 MW daya listrik (2.000 MW dalam keadaan darurat). FPL telah mampu menghindari pembangunan banyak pembangkit listrik baru karena program manajemen bebannya.
Australia dan Selandia Baru
Penerima kontrol riak dipasang ke rumah Selandia Baru. Pemutus sirkuit kiri mengontrol pasokan pemanas penyimpanan air (saat ini menyala), sedangkan pemutus arus kanan mengontrol pasokan pemanas toko malam (saat ini mati).
Sejak 1950-an, Australia dan Selandia Baru telah memiliki sistem manajemen beban berdasarkan kontrol riak, yang memungkinkan pasokan listrik untuk pemanas penyimpanan air domestik dan komersial dimatikan dan dihidupkan, serta memungkinkan remote control pemanas toko malam dan lampu jalan. . Peralatan injeksi riak yang terletak di dalam setiap sinyal jaringan distribusi lokal ke penerima kontrol riak di lokasi pelanggan. Kontrol dapat dilakukan secara manual oleh perusahaan jaringan distribusi lokal sebagai tanggapan terhadap pemadaman lokal atau permintaan untuk mengurangi permintaan dari operator sistem transmisi (yaitu Transpower), atau secara otomatis ketika peralatan injeksi mendeteksi frekuensi utama turun di bawah 49,2 Hz. Penerima kontrol riak ditugaskan ke salah satu dari beberapa saluran riak untuk memungkinkan perusahaan jaringan hanya mematikan pasokan di sebagian jaringan, dan untuk memungkinkan pemulihan pasokan bertahap untuk mengurangi dampak lonjakan permintaan saat daya dipulihkan ke pemanas air setelah periode waktu istirahat.
Tergantung pada areanya, konsumen mungkin memiliki dua meteran listrik, satu untuk pasokan normal ("Kapan saja") dan satu untuk pasokan yang dikelola beban ("Terkendali"), dengan pasokan Terkendali ditagih dengan tarif per kilowatt-jam yang lebih rendah daripada pasokan Kapan Saja. Bagi mereka dengan pasokan yang dikelola beban tetapi hanya satu meter, listrik ditagih dengan tarif "Komposit", dengan harga antara Kapan Saja dan Terkendali.
Republik Ceko
Ceko telah mengoperasikan sistem kontrol riak sejak 1950-an.
Perancis
Prancis memiliki tarif EJP, yang memungkinkannya untuk memutuskan muatan tertentu dan mendorong konsumen untuk memutuskan muatan tertentu. Tarif ini tidak lagi tersedia untuk klien baru (per Juli 2009). Tarif Tempo juga mencakup jenis hari yang berbeda dengan harga yang berbeda, tetapi juga telah dihentikan untuk klien baru (per Juli 2009). Potongan harga pada malam hari tersedia bagi pelanggan dengan biaya bulanan yang lebih tinggi.
Jerman
Operator sistem distribusi Westnetz dan gridX menguji coba solusi manajemen beban. Solusi ini memungkinkan operator jaringan untuk berkomunikasi dengan sistem manajemen energi lokal dan menyesuaikan beban yang tersedia untuk pengisian EV sebagai respons terhadap keadaan jaringan.
Britania Raya
Lihat juga: Kontrol Jaringan Nasional (Inggris Raya)
Rltec di Inggris pada tahun 2009 melaporkan bahwa lemari es domestik dijual dilengkapi dengan sistem respons beban dinamisnya. Pada tahun 2011 diumumkan bahwa jaringan supermarket Sainsbury akan menggunakan teknologi permintaan dinamis pada peralatan pemanas dan ventilasi mereka.
Di Inggris Raya, pemanas penyimpanan malam hari sering digunakan dengan opsi pasokan off-peak yang dimatikan - Ekonomi 7 atau Ekonomi 10. Ada juga program yang memungkinkan pemutusan beban industri menggunakan pemutus sirkuit yang dipicu secara otomatis oleh relai sensitif frekuensi yang dipasang pada lokasi. Ini beroperasi bersama dengan Standing Reserve, sebuah program yang menggunakan generator diesel. Ini juga dapat dialihkan dari jarak jauh menggunakan teleswitch BBC Radio 4 Longwave Radio.
Transmisi SP menerapkan skema Manajemen Beban Dinamis di area Dumfries dan Galloway menggunakan pemantauan waktu nyata dari pembangkitan tertanam dan memutuskannya, jika kelebihan beban terdeteksi pada Jaringan transmisi.
Sumber Artikel: en.wikipedia.org