تلنگر مصرف

فرض کنید در یک مهمانی بزرگ، همه مهمان‌ها از یک دیگ غذا استفاده می‌کنند. اگر همه به‌طور همزمان قاشق‌ها را داخل دیگ ببرند، غذا به‌سرعت تمام شده و برخی از مهمانان بی‌نصیب می‌مانند. حال اگر میزبان از قبل بداند که شلوغ‌ترین ساعت چه زمانی خواهد بود؛ می‌تواند با برنامه‌ریزی ساده، فشار روی دیگ را کاهش دهد. سیستم برق نیز عملکرد مشابهی دارد. مصرف برق در طول روز ثابت نیست. در برخی ساعت‌ها -همانند میانه روز تابستان که کولرها روشن هستند، یا عصر زمستان که چراغ‌ها و وسایل گرمایشی همزمان روشن می‌شوند- میزان مصرف به اوج می‌رسد. به این زمان‌ها ساعات اوج مصرف گفته می‌شود. در این ساعت‌ها، نیروگاه‌ها و شبکه برق بیشترین فشار را دارند. مشکل اصلی این است که برق (برخلاف بسیاری از کالاها) در مقیاس وسیع قابل ذخیره‌سازی نیست. به همین دلیل، نیروگاه باید در همان لحظه‌ای که تقاضا وجود دارد، به همان اندازه برق تولید کند. اگر تقاضا ناگهان افزایش یابد، یا باید نیروگاه‌های اضافی و پرهزینه را وارد مدار کرد، یا خطر خاموشی ایجاد می‌شود. برای پیشگیری از این مشکل، در ایالات‌متحده و برخی کشورهای دیگر، نهادهایی با عنوان «اپراتورهای مستقل سیستم برق» و «اپراتورهای منطقه‌ای انتقال» فعالیت می‌کنند. این سازمان‌ها وظیفه دارند برق را در مناطق بزرگ مدیریت کنند و اطمینان یابند ظرفیت کافی برای تامین نیاز مصرف‌کنندگان وجود دارد. یکی از ابزارهای رایج در این زمینه، «هشدار اوج مصرف» است. شرکت برق معمولاً یک روز پیش از پیش‌بینی اوج مصرف، پیام یا ایمیلی به مشترکان ارسال کرده و از آنان درخواست می‌کند در ساعت‌های مشخصی مصرف را کاهش دهند. به‌طور مثال، دمای کولر را اندکی بالاتر تنظیم، روشن کردن ماشین لباسشویی را به زمان دیگری موکول یا چراغ‌های غیرضروری را خاموش کنند. این شیوه در اقتصاد رفتاری با عنوان «تلنگر» (Nudge) شناخته می‌شود. این بدان معناست که بدون اعمال اجبار یا جریمه، به افراد یادآوری و انگیزه داده می‌شود رفتارشان را اندکی تغییر دهند. نمونه‌های عملی متعدد برای این روش وجود دارد. در شهر سن‌دیه‌گو در سال ۲۰۰۰، هنگامی که قیمت برق به‌طور ناگهانی افزایش یافت، دولت محلی با اجرای کمپین اطلاع‌رسانی گسترده از شهروندان خواست مصرف خودشان را کاهش دهند. نتیجه این اقدام، کاهش حدود هفت‌درصدی مصرف برق در شش ماه بود. در ژاپن نیز پژوهشی نشان داد ارسال پیامک به خانوارها در روزهای گرم یا سرد، باعث شد مصرف در ساعت‌های اوج حدود هشت درصد کاهش یابد. این هشدارها هزینه اندکی دارند، اما می‌توانند صرفه‌جویی‌های معنادار ایجاد کنند. کاهش دو یا سه‌درصدی مصرف در ساعت اوج، به معنای کاهش فشار بر کل شبکه و کاهش هزینه‌های سالانه شرکت‌های برق است. مقاله «تلنگر اطلاعاتی برای کاهش اوج تقاضا» که در اینجا بررسی می‌شود به همین موضوع می‌پردازد. این پژوهش، برنامه هشدار اوج مصرف در شهر کنکورد در ایالت ماساچوست را که از سوی شرکت برق Concord Municipal Light Plant (CMLP) اجرا شده، تحلیل می‌کند. پرسش اصلی این است که آیا این برنامه باعث کاهش مصرف می‌شود و در صورت مثبت بودن پاسخ، این کاهش چه میزان صرفه‌جویی مالی برای شرکت و چه منفعتی برای جامعه دارد؟ این پژوهش با داده‌های واقعی نشان می‌دهد ای‌میل به‌موقع می‌تواند هزاران دلار صرفه‌جویی و کاهش فشار بر شبکه برق را به همراه داشته باشد.

مقاله به دنبال چیست؟

این مقاله به بررسی تجربه واقعی در حوزه مدیریت مصرف برق می‌پردازد که نشان می‌دهد چگونه یک اقدام ساده و کم‌هزینه می‌تواند در کاهش مصرف در ساعت‌های اوج مصرف، نتایج قابل توجهی به همراه داشته باشد. موضوع اصلی، برنامه هشداردهی است که از سوی شرکت برق کوچک و محلی (CMLP)، که تحت مالکیت شهرداری شهر کنکورد در ایالت ماساچوست فعالیت می‌کند، اجرا شده است. هدف این برنامه آن است که در روزها و ساعت‌هایی که پیش‌بینی می‌شود مصرف برق به اوج برسد، با ارسال پیام هشدار به مشترکان خانگی، آنها را تشویق به کاهش یا جابه‌جایی مصرف برق کند. برای درک بهتر اهمیت چنین برنامه‌ای، نویسنده ابتدا به ساختار کلی بازار برق در ایالات‌متحده می‌پردازد. هماهنگ‌سازی بازار برق فرآیندی پیچیده و حساس است، چرا که در هر لحظه باید تعادل میان عرضه و تقاضا برقرار شود. این کار به‌ویژه در ساعت‌های اوج مصرف اهمیت بیشتری می‌یابد، زیرا فشار زیادی بر شبکه برق وارد می‌شود و در صورت عدم مدیریت صحیح، احتمال خاموشی یا نیاز به استفاده از نیروگاه‌های پرهزینه افزایش می‌یابد. در منطقه نیوانگلند، این وظیفه بر عهده ISO New England (ISO-NE) است که علاوه بر اداره بازار عمده‌فروشی برق، باید اطمینان حاصل کند ظرفیت کافی برای پاسخگویی به تقاضا در تمام طول سال موجود است. از نظر تئوری، بازار رقابتی برق باید به‌طور طبیعی انگیزه ایجاد ظرفیت کافی را فراهم کند، اما در عمل موانع و ناکارآمدی‌هایی وجود دارد که مانع دستیابی کامل به این وضع می‌شود. برای مواجهه با این مشکلات، ابزارهایی به نام «بازار ظرفیت» به کار گرفته شده‌اند. در ISO-NE، هر سال مزایده‌هایی برای تامین ظرفیت آینده برگزار می‌شود. هزینه ظرفیت برای هر شرکت خدمات‌رسان برق (LSE) براساس میزان مصرف آن در ساعت مشخص اوج بار تابستان محاسبه می‌شود. به عبارت دیگر، اگر یک شرکت در آن ساعت مصرف بالایی داشته باشد، سهم بیشتری از هزینه ظرفیت را می‌پردازد. این روش، انگیزه‌ای قوی برای شرکت‌های برق ایجاد می‌کند که پیش‌بینی کنند آن ساعت اوج چه زمانی رخ می‌دهد؟ و در آن بازه، مصرف را کاهش دهند.

در همین چهارچوب، CMLP برنامه هشداردهی طراحی کرده است. در این برنامه، طی ماه‌های ژوئن تا سپتامبر، هنگامی که احتمال می‌رود روز بعد ساعت اوج مصرف رخ دهد، به مشترکان خانگی، پیام هشدار ارسال می‌شود. این پیام‌ها از آنها می‌خواهد در ساعت‌هایی که تعیین شده، مصرف برق را کاهش دهند یا آن را به ساعت‌های دیگر منتقل کنند. برای ارزیابی اثر این برنامه، نویسنده داده‌های ساعتی مصرف برق را در بازه سال‌های ۲۰۱۳ تا ۲۰۲۴ بررسی کرد و از روش‌های اقتصادسنجی برای اندازه‌گیری تاثیر هشدارها بر مصرف استفاده کرد. نتایج تحلیل نشان می‌دهد هشدارها به‌طور متوسط باعث کاهش حدود دودرصدی مصرف برق در ساعت‌های اوج شده‌اند. هرچند ممکن است این عدد کوچک به نظر برسد، اما در مقیاس کل، سیستم برق و هزینه‌های مربوط به ظرفیت، حتی کاهش چنددرصدی نیز می‌تواند منافع اقتصادی قابل توجه به همراه داشته باشد. از منظر مالی، این کاهش مصرف به CMLP کمک می‌کند سهم کمتری از هزینه‌های ظرفیت ISO-NE را پرداخت کند. نویسنده مثال سال ۲۰۱۸ را مطرح می‌کند که در آن هزینه ظرفیت بالا بود و تخمین می‌زند صرفه‌جویی CMLP در آن سال حدود ۱۲۷ هزار دلار بوده است. البته این میزان صرفه‌جویی در سال‌های گذشته کاهش یافته، اما پیش‌بینی می‌شود با افزایش قیمتclearing  در مزایده‌های ظرفیت در سال‌های آینده، صرفه‌جویی دوباره رشد کند. با وجود این مزایا، نویسنده یادآور می‌شود که منافع این برنامه عمدتاً به‌صورت منافع خصوصی برای CMLP ظاهر می‌شود، زیرا کاهش مصرف این شرکت موجب می‌شود بخشی از هزینه ظرفیت به سایر شرکت‌های عضو  ISO-NEمنتقل شود. به بیان دیگر، منفعت مالی CMLP به معنای هزینه بیشتر برای برخی شرکت‌های دیگر است. هرچند برنامه مزایای اجتماعی نیز همانند «کاهش فشار بر شبکه» و «کاهش احتمال استفاده از نیروگاه‌های پرهزینه یا آلاینده» دارد، اما منافع اجتماعی در مقایسه با منافع مستقیم و مالی CMLP کمتر است. به‌طور خلاصه، مقاله نشان می‌دهد حتی اقدامی ساده مثل ارسال پیام هشدار به مشترکان می‌تواند رفتار مصرف‌کنندگان را تغییر دهد و در کاهش مصرف برق در ساعت‌های اوج موثر باشد. این اقدام، به دلیل هزینه پایین و اثربخشی نسبی، برای شرکت‌های برق محلی می‌تواند ابزار مناسبی در راستای کاهش هزینه‌ها باشد. با این حال، از منظر کل سیستم برق، باید توجه داشت چنین برنامه‌هایی ممکن است باعث جابه‌جایی هزینه‌ها بین شرکت‌ها شود و اثرات اجتماعی آن محدودتر از منافع خصوصی برای مجریان برنامه باشد.

پیشینه مقاله

این بخش از مقاله توضیح می‌دهد چگونه شرکت برق کوچک (Concord Municipal Light Plant (CMLP در شهر کنکورد ایالت ماساچوست، با استفاده از برنامه هشداردهی، تلاش می‌کند هزینه‌هایش را در بازار ظرفیت برق کاهش و همزمان رفتار مصرفی مشتریان را در ساعت‌های اوج مصرف تغییر دهد. در منطقه نیوانگلند، اپراتور شبکه برق یعنی ISO New England (ISO-NE)، از تمام مصرف‌کنندگان عمده برق، هزینه ظرفیت سالانه دریافت می‌کند. این هزینه براساس سهم هر مصرف‌کننده از مصرف کل شبکه در ساعت اوج مصرف سالانه محاسبه می‌شود. به عبارت ساده، اگر شرکتی یا منطقه‌ای در آن ساعت، بیشترین مصرف را داشته باشد، سهم بیشتری از هزینه ظرفیت پرداخت می‌کند. این امر باعث می‌شود شرکت‌های برق محلی انگیزه داشته باشند در آن ساعت خاص، مصرف را کاهش دهند.

CMLP برای این کار، اقدام‌هایی انجام می‌دهد. یکی از مهم‌ترین آنها ارسال هشدار اوج مصرف به مشترکان است. این هشدار معمولاً یک روز قبل ارسال می‌شود و از مشترکان خانگی می‌خواهد در ساعت‌هایی که احتمال می‌رود اوج مصرف اتفاق بیفتد، مصرف برق خودشان را کم کنند. این پیام‌ها به افرادی ارسال می‌شود که برای دریافت ایمیل ثبت‌نام کرده‌اند، اما تعداد دقیق گیرندگان مشخص نیست، چون بعضی افراد ایمیل را برای دوستان، خانواده یا گروه‌های محلی هم ارسال می‌کنند. هشدارها نمونه‌ای از تلنگر اطلاعاتی هستند. تلنگر چیست؟ «تلنگر خالص» مداخله‌ای است که به افراد کمک می‌کند بدون اجبار، تصمیم بهتری بگیرند. در این برنامه جنبه «تلنگر اخلاقی»  هم وجود دارد، چون در پیام‌ها توضیح داده می‌شود تلاش هر فرد برای کاهش مصرف در زمان اوج، به نفع همه مشتریان CMLP است. وقتی چنین سیستم بهینه‌ای نباشد، تلنگرها می‌تواند کارایی اقتصادی را بهبود دهد. مزیت مهم این نوع برنامه‌ها این است که معمولاً هزینه اجرای کمی دارند، بنابراین نسبت منفعت به هزینه آنها زیاد است، حتی اگر صرفه‌جویی در انرژی یا کاهش آلودگی آنها محدود باشد.

نویسنده مقاله برای نشان دادن سابقه چنین اقدام‌های اطلاع‌رسانی، به دو مطالعه مهم اشاره می‌کند. نخستین مطالعه مربوط به مقاله  Reiss و White در سال 2008 است. آنها به بررسی تجربه شهر سن‌دیه‌گو در سال 2000 پرداخته‌اند. در آن زمان، قیمت برق در کالیفرنیا به‌طور ناگهانی و شدید افزایش یافت و در سه ماه بیش از دو برابر شد. بعد از مداخله دولت و تثبیت قیمت‌ها، سن‌دیه‌گو کمپین اطلاع‌رسانی عمومی بزرگ برای تشویق مردم به کاهش مصرف برق اجرا کرد. نتیجه این شد که مصرف برق خانوارها در شش ماه اجرای این کمپین حدود هفت درصد کاهش پیدا کرد. مطالعه بعدی مربوط به Ito و همکاران (2008) است. این مطالعه آزمایش میدانی در ژاپن بود که طراحی بهتری برای سنجش رابطه علت و معلول داشت. در این آزمایش، خانوارها در دوره‌های اوج مصرف تابستان یا زمستان پیام‌های متنی دریافت می‌کردند که از آنها می‌خواست در ساعت‌های مشخصی مصرف برق خودشان را کاهش دهند. این پیام‌ها یک روز قبل ارسال می‌شدند و براساس شرایط آب‌وهوایی فعال می‌شدند (به‌طور مثال دمای بالای ۸۸ درجه فارنهایت در تابستان یا دمای زیر ۵۷ درجه در زمستان). هر خانوار نمایشگر خانگی داشت و مصرف برق آنها با دقت هر ۳۰ دقیقه ثبت می‌شد.

نتایج این آزمایش نشان داد تلنگر اخلاقی باعث کاهش حدود هشت‌درصدی مصرف در شروع برنامه شد، اما با تکرار پیام، اثر آن کاهش یافت. پدیده‌ای که پژوهشگران آن را «عادت‌زدایی» نامیدند. جالب اینجاست که پس از یک «دوره استراحت» سه‌ماهه بدون پیام، اثر برنامه دوباره تقریباً به اندازه اولیه بازگشت، اما باز هم با گذشت زمان کاهش یافت. یافته‌ها برای طراحی برنامه CMLP اهمیت دارد، چون نشان می‌دهد اگر هشدارها بیش از حد تکرار شود، اثرشان کم می‌شود و ممکن است لازم باشد بین آنها فاصله زمانی گذاشته شود که اثربخشی دوباره برگردد. به زبان ساده، بخش جدید مقاله سه نکته کلیدی را روشن می‌کند. نخست، برنامه هشدار اوج مصرف CMLP تلنگر اطلاعاتی و اخلاقی است که به مصرف‌کنندگان می‌گوید چه زمانی اقدام کنند و به آنها انگیزه اجتماعی می‌دهد که این کار را انجام دهند. دوم، پژوهش‌های قبلی نشان داده‌اند که کمپین‌های اطلاع‌رسانی عمومی می‌توانند مصرف برق را کاهش دهند، اما برای اطمینان از اثر واقعی، طراحی دقیق مثل آزمایش ژاپن لازم است. سوم، اثر این برنامه‌ها در طول زمان ممکن است کاهش یابد، بنابراین لازم است در طراحی آنها به موضوع «عادت‌زدایی» توجه شود.

پرده پایانی

نتایج این مطالعه نشان می‌دهد حتی مداخله‌های ساده و کم‌هزینه همانند ارسال ایمیل هشدار اوج مصرف می‌تواند تاثیر قابل ‌توجهی بر کاهش بار شبکه و صرفه‌جویی مالی داشته باشد. تحلیل داده‌های ساعتی مصرف برق و استفاده از روش متغیرهای ابزاری نشان داد این پیام‌ها به‌طور میانگین به کاهش حدود 7 /0 مگاوات در هر ساعت اوج هدف‌گذاری‌شده منجر می‌شوند؛ رقمی که معادل حدود دو درصد از کل بار مصرفی در همان ساعت‌هاست. این کاهش، برای یک شرکت کوچک تحت مالکیت شهرداری همانند CMLP، به معنای صرفه‌جویی مستقیم در هزینه‌های بازار ظرفیت و کاهش فشار بر سیستم توزیع است. با وجود آنکه منافع خصوصی این برنامه برای شرکت بزرگ‌تر از منافع اجتماعی آن است، نباید از ارزش اجتماعی کوچک این نوع اقدام‌ها غافل شد. این برنامه، نمونه روشنی از به‌کارگیری «تلنگرهای اطلاعاتی» در مدیریت تقاضاست که بدون اجبار یا هزینه‌های سنگین، رفتار مصرف‌کنندگان را در مسیر مطلوب هدایت می‌کند. با توجه به سادگی اجرا، هزینه پایین و اثربخشی نسبی، می‌توان نتیجه گرفت چنین سیاست‌هایی ظرفیت بالایی برای بهبود کارایی شبکه و کاهش هزینه‌های بخش برق (به‌ویژه در مقیاس محلی) دارند.