中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：全球氣候不斷變暖，人們對(duì)電動(dòng)汽車、數(shù)據(jù)中心和空調(diào)等設(shè)備的需求隨之攀升。即使美國(guó)的電力需求已經(jīng)保持穩(wěn)定未增長(zhǎng)的水平近20年，在此宏觀背景之下，電力需求也開(kāi)始無(wú)法避免地飆升。但是，以煤炭、天然氣或核能發(fā)電的傳統(tǒng)電廠生產(chǎn)的電力已無(wú)法滿足人們的需求。此外，即使新型電廠不斷涌現(xiàn)，這一速度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)趕不上傳統(tǒng)電廠被淘汰的速度。同時(shí)，新的問(wèn)題也隨之出現(xiàn)。新型電廠多以風(fēng)能、太陽(yáng)能為主。它們的發(fā)電量隨天氣而變化，波動(dòng)不定，這都會(huì)擾亂正常的供電節(jié)奏。
這使得電力公司亟需尋求能夠維持電力供需平衡的新方法。而虛擬電廠，正逐漸獲得他們的青睞。
虛擬電廠究竟是什么？“虛擬”意味著他們并非實(shí)體的發(fā)電設(shè)施，所以虛擬電廠并不是真正意義上的發(fā)電廠，而是一種基于能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的“看不見(jiàn)的電廠”。虛擬電廠是電力生產(chǎn)者、消費(fèi)者和儲(chǔ)存者的集合體，電網(wǎng)管理者可以調(diào)用它們來(lái)平衡電力需求和供應(yīng)。通常情況下，我們將這些電力生產(chǎn)者、消費(fèi)者和儲(chǔ)存者統(tǒng)稱為分布式能源。
分布式能源的種類十分多樣。比如電池就是電力的儲(chǔ)存者，而工廠則為電力的消費(fèi)者。兼具生產(chǎn)者與消費(fèi)者的角色正是虛擬電廠的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)所在。當(dāng)總體電力需求較高時(shí)，工廠等消費(fèi)者如果同意減少電力使用，便能為其他消費(fèi)者騰出能源。同時(shí)，與新型電廠相比，虛擬電廠通常選址歷時(shí)更短，建造速度更快，運(yùn)營(yíng)更清潔，成本也更低。
分布式能源不斷涌現(xiàn)
虛擬電廠并不新鮮。根據(jù)美國(guó)能源部的估計(jì)數(shù)據(jù)，目前正在運(yùn)行的太陽(yáng)能電池板數(shù)量，已經(jīng)高達(dá)30到60千兆瓦。1千兆瓦相當(dāng)于10億瓦，這也就意味著，目前太陽(yáng)能電池板的發(fā)電總量，已經(jīng)約等于250萬(wàn)塊太陽(yáng)能光伏板或一個(gè)大型核反應(yīng)堆的發(fā)電總量了。
早先，虛擬電廠的主體主要是工廠。他們同意在條件緊張的時(shí)期減少對(duì)電力的需求，這意味著當(dāng)電網(wǎng)經(jīng)歷高需求和有限供應(yīng)時(shí)，電網(wǎng)依舊能夠得到很好的平衡，確保每個(gè)人都有穩(wěn)定的電力供應(yīng)。而現(xiàn)在，隨著越來(lái)越多的家庭和小企業(yè)也開(kāi)始在屋頂安裝太陽(yáng)能電池板，使用電池和電動(dòng)汽車，他們也可以用太陽(yáng)能電池板發(fā)電，用電池儲(chǔ)存，并將多余的電力賣給電網(wǎng)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)“生產(chǎn)者”和“消費(fèi)者”兩種角色的統(tǒng)一。
具體而言，在陽(yáng)光明媚的晴天，房主可以在使用屋頂太陽(yáng)能電池板發(fā)電的同時(shí)，將多余的電力儲(chǔ)存在電池中以備之后使用。在晚上，當(dāng)電力需求高，電價(jià)也可能因此更高時(shí)，房主可以將電池中的電力放回電網(wǎng)，出售他們儲(chǔ)存的電力。
隨著越來(lái)越多的家庭和企業(yè)采用智能恒溫器、熱水器、屋頂太陽(yáng)能電池板和電池等技術(shù)，虛擬電廠得到愈發(fā)廣泛的使用。美國(guó)能源部估計(jì)，到2030年，虛擬電廠的規(guī)模可能會(huì)增加兩倍，能夠滿足美國(guó)50%不斷增長(zhǎng)的需求，并替補(bǔ)50%即將被淘汰的老舊發(fā)電廠。顯然，虛擬電廠規(guī)模的擴(kuò)大能夠有效減少新建風(fēng)能、太陽(yáng)能和天然氣發(fā)電廠的需求，從而限制與擴(kuò)大美國(guó)發(fā)電能力相關(guān)的成本。
此外，由于虛擬電廠通常位于用電地附近，通過(guò)發(fā)電和電力的管理，它們能夠有助于減少電力傳輸系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，緩解增設(shè)新電力傳輸線路的壓力。
加州的一住宅小區(qū)中200棟房屋已實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)供電。太陽(yáng)能電池板、電池配備齊全，微電網(wǎng)連接通暢，可以在大范圍停電的情況下依舊確保居民供電。圖中為其中一間樣板房?jī)?nèi)的電池展示板。
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能源消費(fèi)者的新角色
虛擬電廠改變了電力生產(chǎn)者和消費(fèi)者的角色。
傳統(tǒng)模式是先在電廠發(fā)電，然后將電力輸送給消費(fèi)者。在這種模式下，為使電網(wǎng)正常運(yùn)行，供需雙方必須始終保持精確平衡。
電廠通常要提前預(yù)測(cè)消費(fèi)端的需求。這一需求可能會(huì)隨天氣變化而波動(dòng)，但仍會(huì)遵循相當(dāng)可預(yù)測(cè)的模式。為了更靈活地調(diào)整發(fā)電量，電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商會(huì)混合調(diào)度煤電廠和核電廠等能持續(xù)運(yùn)行的基荷電源，以及天然氣和水電等可根據(jù)需要快速調(diào)節(jié)輸出的更靈活電源。
不過(guò)，風(fēng)能和太陽(yáng)能發(fā)電場(chǎng)的發(fā)電量在白天時(shí)高時(shí)低，因此其他能源必須更加靈活地運(yùn)行，以保持供需平衡。盡管如此，傳統(tǒng)電廠的基本理念就是通過(guò)大型設(shè)施為數(shù)百萬(wàn)被動(dòng)消費(fèi)者生產(chǎn)電力。
虛擬發(fā)電則顛覆了這一模式，讓消費(fèi)者可以控制自己的電力需求。工業(yè)消費(fèi)者很早就已經(jīng)學(xué)會(huì)了靈活變更運(yùn)營(yíng)時(shí)間，在電力供應(yīng)緊張時(shí)限制需求來(lái)?yè)Q取低價(jià)電費(fèi)或補(bǔ)貼。
而如今，普通家庭也能通過(guò)與電網(wǎng)通信的恒溫器和熱水器來(lái)調(diào)節(jié)需求。例如，智能電熱水器可以在電力充足、價(jià)格便宜的時(shí)候加熱大部分的水，并在電力不足的時(shí)候限制需求。
在美國(guó)佛蒙特州，當(dāng)?shù)氐木G山電力公司為客戶提供安裝電池的激勵(lì)措施，這些電池將在最需要的時(shí)候向電網(wǎng)供電。在我居住的得克薩斯州，2021年致命的停電事故凸顯了加強(qiáng)孤立電網(wǎng)的重要性?，F(xiàn)在，這里的電力公司正在使用特斯拉推出的家用電池產(chǎn)品Powerwall（電力墻），讓每家每戶變成電網(wǎng)的虛擬電源。
在澳大利亞，當(dāng)?shù)啬习拇罄麃喼菀苍谠噲D建立該國(guó)最大的虛擬發(fā)電廠，用太陽(yáng)能和電池連接5萬(wàn)個(gè)家庭。
虛擬電力，真實(shí)挑戰(zhàn)
虛擬電廠并非靈丹妙藥。許多普通消費(fèi)者連讓電網(wǎng)臨時(shí)控制恒溫器都不愿意，也不想讓自己的電動(dòng)汽車充電速度變慢。一些消費(fèi)者還擔(dān)心智能電表的安全和隱私問(wèn)題。我們目前仍不知道究竟有多少用戶會(huì)來(lái)加入這些新興項(xiàng)目，當(dāng)?shù)剡\(yùn)營(yíng)商又將如何有效調(diào)節(jié)供需。
虛擬電廠在業(yè)務(wù)方面也存在挑戰(zhàn)。管理數(shù)百萬(wàn)消費(fèi)者要比管理數(shù)十家發(fā)電廠難得多。虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商可以通過(guò)補(bǔ)貼客戶，協(xié)調(diào)他們的用電需求來(lái)靈活調(diào)整供需，從而克服這一挑戰(zhàn)。
經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)要求電力供給也能跟上腳步。而隨著電力正逐漸取代使用化石燃料的汽車和火爐，人們對(duì)可再生資源依賴逐步增加，電網(wǎng)管理者將需要極力發(fā)揮自身靈活性來(lái)平衡風(fēng)能和太陽(yáng)能發(fā)電的可變輸出。虛擬電廠在這一趨勢(shì)下可以幫助重塑電力行業(yè)，使其變得更加靈活、高效，并對(duì)不斷變化的條件和客戶需求做出快速反應(yīng)。
