虚拟发电厂：推动能源转型的未来之道？

根据Copernicus Climate Change Service的数据，2023年不仅是有记录以来最热的一年，而且全球平均地表温度也比工业化前水平(《巴黎气候协定》承诺控制变暖的温度)高出近1.5°C。这份报告加剧了关于气候变化加速和全球变暖走向不可逆转的风险的争论。在科学家梳理事实和影响的同时，清洁能源行业正在呼吁增加投资和监管改革，将分布式能源(DER)，如屋顶太阳能电池阵列、建筑安装电池、热水瓶储能、智能恒温器和其他智能电器、电动汽车(EV)和充电站，纳入虚拟发电厂，以加快2024年的能源转型。虚拟发电厂(VPP)将小型分布式能源(DER)连接到公用电网，并通过注入人工智能的软件远程控制电力转换。技术已经存在，清洁能源资产正在成倍增加。但挑战在于如何扩大VPP的规模，这需要克服监管障碍，开发“灵活需求”的新思维，并将制造的开放协议标准化。

VPP和峰值能源需求

为了避免限电和停电，公用事业企业正在努力在用电高峰时期为家庭和企业提供足够的电力供应。例如，在每个人下班回家、同时运行多台电器的时候，或者当寒流袭来、冻结整个地区的时候。为此，公用事业企业与峰值电厂建立或签订供应合同，这些峰值发电厂仅在需要时间歇性运行，通常使用化石燃料。然而，峰值发电厂的电力成本更昂贵，有时甚至是平均供应成本的两倍或更多。因此，为了平衡供需和降低成本压力，公用事业企业需要在能源规划和管理上做出更加智能和高效的决策。

作为峰值发电厂的替代方案，VPP为电网提供了更大的弹性、可负担性、效率并减少了温室气体排放。如果电网运营商或公用事业企业在特定地点需要额外的千瓦时，其可以利用VPP，即不同电源和电源类型的网络。运营商可以灵活地更好地降低峰值需求，如通过远程控制智能恒温器并适度减少用电量，从而推迟对额外容量和基础设施的投资，以服务峰值负载。清洁能源非政府组织落基山研究所(RMI)估计，到2050年，VPP每年可避免44-5900万吨二氧化碳排放。VPP参与者可以获得所提供服务的补偿。从降低关税率到现金激励，补偿模式各不相同。不仅是直接参与者受益;由VPP服务的社区的费率也会降低。

随着越来越多的家庭和企业转向电动汽车、热泵和热水器等电力驱动技术，电力需求预计将会增长。美国能源部(DOE)估计，2023年至2030年间，美国将需要增加足够的新发电容量，以满足超过200吉瓦的峰值需求。为了让美国在2035年实现100%清洁电力，新产能需求可能会增加近一倍。在2023年10月的一份报告《商业崛起之路：虚拟发电厂》中，美国能源部提出，到2030年，VPP可以部署80吉瓦到160吉瓦，覆盖美国估计峰值电力需求的10%到20%。RMI提供了更为乐观的估计:到2030年，VPP可以减少美国峰值需求60吉瓦，平均5000万户家庭的消费量，到2050年减少200吉瓦以上。

大规模开发VPP面临的挑战

为了使虚拟发电厂发挥作用，分布式能源的所有者需要在一定程度上放弃对电池存储和智能设备的绝对控制。在高峰需求期间，虚拟发电厂可能会使用电池中的全部能量为电网供电，这可能导致家庭或业主在停电时失去备用电源。此外，业主可能会受到一些限制，例如在电费昂贵的能源需求高峰期间，可能会被限制使用电池。虚拟发电厂可以通过远程调整智能恒温器的温度设置来减少用电量，以适应高峰需求时段。然而，具体问题在于使用协议中关于提前通知和参数的细节，例如提前24小时通知期或承诺在停电期间不撤电的规定。这些细节需要在虚拟发电厂的运作中明确规定，以确保能源供应和用户的舒适性之间的平衡。

Jigar Shah, from the US Department of Energy, is a proponent of investing in virtual power plants and believes that existing barriers to scaling them up can be overcome. He points out that in order to integrate future load growth and improve grid efficiency, demand needs to be as flexible as supply. The fluctuation in demand can help avoid using higher-priced electricity in the end. Consumers are indeed inclined to change their consumption patterns with appropriate incentives. Engaging utility companies in integrating small-scale storage capacity is also a challenge. Many utility companies are unsure about proposals to integrate other suppliers. However, there are numerous benefits for grid operators, including decarbonization, efficiency through automation, capacity support, and non-wire alternatives for next-generation power generation and system development.

在2020年9月，联邦能源管理委员会（FERC）采取了一项举措，将分布式电力资源整合在一起，以满足单一电力来源所无法满足的最小规模和性能要求，从而消除了进入批发市场的主要障碍。尽管如此，电网运营商仍需对其电价进行调整，将分布式能源确立为市场参与的一个独立类别，并解决位置、数据、计量和配电等技术要求。这一举措为分布式能源的发展提供了更好的机会，并为其在能源市场中的地位和作用奠定了基础。

行业专家认为，VPP生态系统需要标准化，以便与各种DER设备和控制系统进行通信。这种开放协议的采用可以提高电网运营商和客户对技术质量的信心，确保所选择的分布式能源设备符合VPP和电网的要求。

VPP能于2024年得到普及?

在美国各地，试点项目正在逐渐增多，VPP已经在伊利诺伊州、马里兰州、夏威夷和波多黎各开始运行，并且在世界其他地方也得到了广泛关注。人们对VPP的兴趣非常高涨，不断涌现的行业合作伙伴关系将各利益相关者联系在一起，包括公用事业规划者和运营商、电动汽车制造商如General Motors和Ford、智能家电技术企业如Google Nest，以及太阳能、电池存储和能源管理专家。VPP的另一个优势在于，当客户加入VPP计划时，可以快速构建VPP系统。

扩大这些规模不会在一夜之间发生。极端天气事件和飙升的公用事业费用肯定会持续下去，这将进一步对提高公用电网的弹性和效率产生压力。对于住宅和商业建筑业主而言，投资分布式能源技术可以带来经济效益，包括税收减免。加入VPP可以带来更大的投资回报。