Dado que la producción de energía renovable, como la generación fotovoltaica, tiende a fluctuar, el sistema de energía puede considerarse como un sistema complejo a gran escala con incertidumbre. Para estabilizar el equilibrio entre la oferta y la demanda de electricidad, necesitamos un sistema de gestión de la energía para controlarlo. En los últimos años, los sistemas de gestión de la energía se han investigado activamente en el contexto de la liberalización de la energía y la difusión de contadores inteligentes que visualizan el consumo de energía. Koichi Kobayashi, profesor asociado de la Universidad de Hokkaido, Shun-ichi Azuma, profesor de la Universidad de Nagoya, y Nobuyuki Yamaguchi, profesor asociado de la Universidad de Ciencias de Tokio, etc., desarrollaron tecnologías de análisis y control de la respuesta a la demanda centradas en los costes de generación de energía variables en el tiempo.
La respuesta a la demanda es uno de los métodos de los sistemas de gestión de la energía. La respuesta de la demanda se define como «cuando el equilibrio entre la oferta y la demanda es estrecho, los consumidores conservan el consumo de energía y cambian el patrón de consumo de energía de acuerdo con la fijación del precio de la electricidad o el pago de incentivos (recompensas)». No se ha aclarado la relación coste-eficacia.
La introducción del «agregador» que controla el consumo de energía de los consumidores ha llamado mucho la atención. En este marco, los agregadores comercian entre las compañías de energía eléctrica y los consumidores, en lugar de comerciar directamente entre los consumidores y las compañías eléctricas. Los agregadores gestionan cientos de consumidores y controlan su consumo de energía en respuesta a las solicitudes de las compañías eléctricas. Con la introducción de los agregadores se facilita el control de todo el sistema eléctrico.
Durante un día, la rentabilidad de la respuesta a la demanda fluctúa en función de la demanda y el suministro de electricidad. Se espera que esta fluctuación aumente con la expansión de la energía renovable. La respuesta a la demanda tiene por objeto mantener el equilibrio entre la oferta y la demanda, y su relación costo-eficacia no se ha centrado. Sin embargo, en el futuro, será importante evaluar el valor económico de la respuesta de la demanda, centrándose en el costo de generación de energía y el costo de ajuste (el costo necesario para ajustar el consumo de energía) en cada momento. Además, es necesario desarrollar estrategias de control que maximicen el valor económico de la respuesta a la demanda.
Para que la respuesta de la demanda produzca el valor económico, el precio unitario de los costos de generación de energía debe fluctuar mucho durante el día. Si la diferencia entre los costos de generación más altos y más bajos es grande en comparación con los costos de ajuste, entonces la respuesta de la demanda produce el valor económico. En esta investigación, más específicamente, derivamos la condición de que «la respuesta de la demanda produce el valor económico si la diferencia entre el precio más alto y el más bajo es más del doble del costo del ajuste». Debido a que es una condición simple, también se puede utilizar como guía para calcular las recompensas para los consumidores.
A continuación, con el fin de maximizar el valor económico, se desarrolla un método de control para la respuesta a la demanda basado en el control predictivo del modelo en el que la estrategia de control óptima se encuentra en la predicción mediante un modelo matemático. En la simulación, la eficacia del método propuesto se presenta utilizando los datos de la Bolsa de Energía Eléctrica de Japón como un valor pronosticado del costo de generación de energía y el consumo de energía.