能源的未來：虛擬發(fā)電廠能否加速能源轉型？

根據Copernicus Climate Change Service的數據，2023年不僅是有記錄以來最熱的一年，而且全球平均地表溫度也比工業(yè)化前水平（《巴黎氣候協(xié)定》承諾控制變暖的溫度）高出近1.5°C。這份報告加劇了關于氣候變化加速和全球變暖走向不可逆轉的風險的爭論。在科學家梳理事實和影響的同時，清潔能源行業(yè)正在呼吁增加投資和監(jiān)管改革，將分布式能源(DER)，如屋頂太陽能電池陣列、建筑安裝電池、熱水瓶儲能、智能恒溫器和其他智能電器、電動汽車(EV)和充電站，納入虛擬發(fā)電廠，以加快2024年的能源轉型。虛擬發(fā)電廠(VPP)將小型分布式能源(DER)連接到公用電網，并通過注入人工智能的軟件遠程控制電力轉換。技術已經存在，清潔能源資產正在成倍增加。但挑戰(zhàn)在于如何擴大VPP的規(guī)模，這需要克服監(jiān)管障礙，開發(fā)“靈活需求”的新思維，并將制造的開放協(xié)議標準化。

VPP和峰值能源需求

為了避免限電和停電，公用事業(yè)企業(yè)尋求在用電高峰時期為家庭和企業(yè)提供足夠的電力供應，例如當每個人下班回家、運行多臺電器時；或者當寒流襲來、凍結整個地區(qū)時。公用事業(yè)企業(yè)與峰值電廠建立或簽訂供應合同，這些峰值發(fā)電廠僅間歇性運行，通常使用化石燃料。峰值發(fā)電廠的電力更昂貴，有時是平均供應成本的兩倍或更多。

作為峰值發(fā)電廠的替代方案，VPP為電網提供了更大的彈性、可負擔性、效率并減少了溫室氣體排放。如果電網運營商或公用事業(yè)企業(yè)在特定地點需要額外的千瓦時，其可以利用VPP，即不同電源和電源類型的網絡。運營商可以靈活地更好地降低峰值需求，如通過遠程控制智能恒溫器并適度減少用電量，從而推遲對額外容量和基礎設施的投資，以服務峰值負載。清潔能源非政府組織落基山研究所(RMI)估計，到2050年，VPP每年可避免44-5900萬噸二氧化碳排放。VPP參與者可以獲得所提供服務的補償。從降低關稅率到現(xiàn)金激勵，補償模式各不相同。不僅是直接參與者受益；由VPP服務的社區(qū)的費率也會降低。

隨著越來越多的家庭和企業(yè)轉向電動汽車、熱泵和熱水器等電力驅動技術，電力需求預計將會增長。美國能源部(DOE)估計，2023年至2030年間，美國將需要增加足夠的新發(fā)電容量，以滿足超過200吉瓦的峰值需求。為了讓美國在2035年實現(xiàn)100%清潔電力，新產能需求可能會增加近一倍。在2023年10月的一份報告《商業(yè)崛起之路：虛擬發(fā)電廠》中，美國能源部提出，到2030年，VPP可以部署80吉瓦到160吉瓦，覆蓋美國估計峰值電力需求的10%到20%。RMI提供了更為樂觀的估計:到2030年，VPP可以減少美國峰值需求60吉瓦，平均5000萬戶家庭的消費量，到2050年減少200吉瓦以上。

大規(guī)模開發(fā)VPP面臨的挑戰(zhàn)

為了使虛擬發(fā)電廠發(fā)揮作用，分布式能源的所有者必須放棄對電池存儲和智能設備的絕對控制。在高峰需求期間，VPP可能會耗盡電池中的所有能量來為電網供電。這可能會讓家庭或業(yè)主在停電時失去備份。業(yè)主可能對何時可以使用電池有限制，例如在電費昂貴的能源需求高峰期間限制使用電池。VPP可以在高峰需求期間遠程調整智能恒溫器的溫度設置，以減少用電量。問題將在于使用協(xié)議中關于提前通知和參數的細節(jié)，例如設定使用前24小時的通知期或承諾停電期間不撤電。

美國能源部的Jigar Shah支持對虛擬發(fā)電廠投資，其認為，擴大虛擬發(fā)電廠規(guī)模的現(xiàn)有障礙是可以克服的。其指出，為了整合未來的負荷增長，提高電網的效率，需要使需求像供應一樣靈活。需求的變化可以避免最終使用價格更高的電力。消費者確實會通過適當的激勵來改變消費模式。讓公用事業(yè)企業(yè)參與整合小規(guī)模存儲容量也是一個挑戰(zhàn)。許多公用事業(yè)企業(yè)都被整合其他供應商的提議搞得不知所措。但對電網運營商而言，好處很多：脫碳、通過自動化效率、容量支持和非有線替代方案進行新一代發(fā)電和系統(tǒng)建設。

2020年9月，聯(lián)邦能源管理委員會(FERC)通過將分布式電力來源整合起來，以滿足單個電力來源可能無法滿足的最小規(guī)模和性能要求，從而消除了進入批發(fā)市場的主要障礙。電網運營商仍需要修改其電價，將分布式能源確立為市場參與的一個類別，并解決位置、數據、計量和配電因素的技術要求。

行業(yè)專家還指出VPP生態(tài)系統(tǒng)需要標準化。開放協(xié)議將使VPP能夠與不同的DER設備和控制系統(tǒng)進行通信。電網運營商需要對技術質量充滿信心，而客戶必須確信其選擇的分布式能源設備將符合VPP和電網要求。

VPP能于2024年得到普及？

有可能。試點項目正在美國各地涌現(xiàn)，VPP已經在伊利諾伊州、馬里蘭州、夏威夷和波多黎各投入運行，更不用說世界其他地方了。人們的興趣很高，不斷涌現(xiàn)的行業(yè)合作伙伴關系將利益相關者聯(lián)系起來，包括公用事業(yè)規(guī)劃者和運營商、General Motors和Ford等電動汽車生產商、Google Nest等智能家電技術企業(yè)以及太陽能和電池存儲和能源管理專家。VPP的另一個好處是，當客戶加入VPP計劃時，VPP就能被快速“構建”。

擴大這些規(guī)模不會在一夜之間發(fā)生。極端天氣事件和飆升的公用事業(yè)費用肯定會持續(xù)下去，這將進一步對提高公用電網的彈性和效率產生壓力。對于住宅和商業(yè)建筑業(yè)主而言，投資分布式能源技術可以帶來經濟效益，包括稅收減免。加入VPP可以帶來更大的投資回報。

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