虚拟发电厂如何改善能源系统

一个多世纪以来，人们一直将发电厂想象为一座拥有高大烟囱和大声旋转的涡轮机的建筑，这些涡轮机以煤炭、天然气或石油为燃料。 但这种想法已经过时了。 提供未来能源的发电厂将看起来非常不同 – 其中许多甚至可能没有物理形式：欢迎来到虚拟发电厂（VPP）时代！

广告

从煤炭和天然气等传统能源向太阳能和风能等可变可再生替代能源的转变意味着我们将改变数十年来运行能源系统的方式。 政府和私营公司都希望利用 VPP 的潜力来降低成本并防止网络拥塞。 但这项技术是如何运作的呢？

什么是虚拟发电厂以及它们如何工作？

虚拟发电厂是一个分散能源系统，例如屋顶太阳能电池板、电动汽车充电站或智能热水器或热泵，它们共同作用以平衡能源供需。 它们通常由监控整个系统的当地电力公司运营。 里哈伊大学能源系统工程研究所所长 Rudy Shankar 表示，VPP 是一种整合资源组合的方式，可以帮助电网应对高能源需求，同时减少整个能源系统的碳足迹。

VPP 的“虚拟”方面来自于缺乏像传统燃煤或天然气发电厂那样的中央物理工厂。 通过发电和平衡能源负载，电池和太阳能电池板等捆绑单元承担了传统发电厂的许多功能。 但它们也有新的优势。 落基山研究所（Rocky Mountain Institute）专注于碳中和发电的经理凯文·布雷姆（Kevin Brehm）表示，将虚拟发电厂与传统发电厂进行比较只是一个“有用的类比”。 VPP“以不同的方式做某些事情，因此可以提供传统发电厂无法提供的服务。”

与传统系统的一个重要区别是 VPP 能够实时影响消费者的能源消耗。 与传统发电厂不同，VPP还可以与分布式能源资源进行通信，从而使电网运营商首次能够管理最终用户的需求。 智能恒温器与空调系统连接，可以调节房屋内的温度并控制系统的功耗。 例如，在炎热的夏季，这些恒温器可以在空调消耗量猛增的高峰时段之前为房屋预冷。 错开冷却时间有助于避免需求突然激增，从而导致电网过载并导致停电。 同样，电动汽车充电系统旨在通过从汽车电池供电或汲取电力来适应电网的需求。

分散的能源通过 WiFi、蓝牙和蜂窝服务等通信技术连接到电网。 总体而言，使用 VPP 可以提高整个系统的弹性。 通过协调数十万台设备，VPP 对电网产生重大影响——管理需求、输送电力，并最终确保电力可靠流动。

VPP 有多受欢迎？

直到最近，VPP 主要用于管理消费者能源消耗。 但随着太阳能和电池技术的进步，公用事业公司现在可以在需要时使用它们将电力回馈至电网。 在美国，能源部目前估计 VPP 的容量约为 30 至 60 吉瓦。 这相当于该国峰值电力需求的 4% 至 8% 左右，即整个系统的一小部分。 然而，一些州和公用事业公司正在迅速采取行动，在其网络中添加更多 VPP。

佛蒙特州最大的公用事业公司绿山电力去年成为头条新闻 因为它扩大了家用电池计划。 客户可以选择以折扣价租赁特斯拉大型电池组或购买自己的电池组，如果他们同意与电力公司共享存储的能量，则可以获得高达 10,500 美元的支持。 佛蒙特州公用事业委员会批准了该计划，说它还可以在停电时提供备用电源。

在马萨诸塞州，三个能源供应公司（国家电网、Eversource 和 Cape Light Compact）拥有一项 VPP计划 引入了向客户付费以放弃对其家用电池的控制权的方式。 与此同时，科罗拉多州正在努力推出该州第一个 VPP 系统：科罗拉多州公共事业委员会正在推动该州最大的公用事业公司 Xcel Energy 在今年夏天开发一个全面运营的试点项目。

为什么 VPP 对于清洁能源转型很重要？

网络运营商必须始终满足年度或每日的“峰值负载”，即电力需求最高的时刻。 为了实现这一目标，他们通常依赖燃气高峰负荷发电厂，这些发电厂在一年中的大部分时间都处于闲置状态，可以在高需求时期启动。 人们希望，VPP 将减少电网对这些发电厂的依赖。 美国能源部目前的目标是到 2030 年将国家 VPP 容量提高到 80 至 160 GW。 专家 Brehm 表示，这相当于大约 80 到 160 个不需要建造的化石发电厂。

许多公用事业公司希望虚拟发电厂不仅可以减少排放，还可以减少消费者的能源费用。 研究表明，在需求高峰期间使用分散能源比使用燃气发电厂的成本效益高出 60%。

VPP 的另一个重要但不太明显的好处是它们鼓励人们更多地参与能源系统。 通常客户只收到电力。 在 VPP 系统中，它们都会消耗电力并再次反馈。 这种双重角色可以提高他们对网络的理解，并使他们更加致力于清洁转型 活力 参与。

VPP 的下一步是什么？

美国能源部表示，由于电动汽车、充电站和智能家电的广泛采用，分布式能源的容量正在迅速增加。 将这些系统连接到 VPP 系统可以提高电网实时平衡电力需求和供应的能力。 改进 人工智能 电力系统工程师 Shankar 表示，VPP 还可以帮助更准确地协调资产。

美国监管机构也参与其中。 全国公用事业监管委员会协会已开始举办专题小组和研讨会，向其成员介绍 VPP 及其在各州的实施情况。 加州能源委员会将资助研究将 VPP 纳入其电网的好处。 布雷姆表示，监管机构的这种兴趣是新的，但前景广阔。

然而，仍然存在障碍。 成为 VPP 一部分所需的注册可能会让美国消费者感到困惑，因为注册流程因州和公司而异。 简化将有助于公用事业公司使用分布式能源，例如 电动车 和 热泵 以达到最佳使用效果。 VPP 实施的标准化还可以加速其在国家层面的增长，因为更容易在其他地区复制成功的项目。 “这实际上取决于政治，”布雷姆说。 “技术已经存在。我们仍在学习如何最好地实施这些解决方案以及如何与消费者互动。”

（ETC）