中國儲能網(wǎng)訊：全球氣候不斷變暖，人們對電動汽車、數(shù)據(jù)中心和空調等設備的需求隨之攀升。即使美國的電力需求已經(jīng)保持穩(wěn)定未增長的水平近20年，在此宏觀背景之下，電力需求也開始無法避免地飆升。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)，這一速度也遠遠趕不上傳統(tǒng)電廠被淘汰的速度。同時，新的問題也隨之出現(xiàn)。新型電廠多以風能、太陽能為主。它們的發(fā)電量隨天氣而變化，波動不定，這都會擾亂正常的供電節(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”意味著他們并非實體的發(fā)電設施，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)技術的“看不見的電廠”。虛擬電廠是電力生產(chǎn)者、消費者和儲存者的集合體，電網(wǎng)管理者可以調用它們來平衡電力需求和供應。通常情況下，我們將這些電力生產(chǎn)者、消費者和儲存者統(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存者，而工廠則為電力的消費者。兼具生產(chǎn)者與消費者的角色正是虛擬電廠的獨特優(yōu)勢所在。當總體電力需求較高時，工廠等消費者如果同意減少電力使用，便能為其他消費者騰出能源。同時，與新型電廠相比，虛擬電廠通常選址歷時更短，建造速度更快，運營更清潔，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)美國能源部的估計數(shù)據(jù)，目前正在運行的太陽能電池板數(shù)量，已經(jīng)高達30到60千兆瓦。1千兆瓦相當于10億瓦，這也就意味著，目前太陽能電池板的發(fā)電總量，已經(jīng)約等于250萬塊太陽能光伏板或一個大型核反應堆的發(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期減少對電力的需求，這意味著當電網(wǎng)經(jīng)歷高需求和有限供應時，電網(wǎng)依舊能夠得到很好的平衡，確保每個人都有穩(wěn)定的電力供應。而現(xiàn)在，隨著越來越多的家庭和小企業(yè)也開始在屋頂安裝太陽能電池板，使用電池和電動汽車，他們也可以用太陽能電池板發(fā)電，用電池儲存，并將多余的電力賣給電網(wǎng)，進一步實現(xiàn)“生產(chǎn)者”和“消費者”兩種角色的統(tǒng)一。
具體而言，在陽光明媚的晴天，房主可以在使用屋頂太陽能電池板發(fā)電的同時，將多余的電力儲存在電池中以備之后使用。在晚上，當電力需求高，電價也可能因此更高時，房主可以將電池中的電力放回電網(wǎng)，出售他們儲存的電力。
隨著越來越多的家庭和企業(yè)采用智能恒溫器、熱水器、屋頂太陽能電池板和電池等技術，虛擬電廠得到愈發(fā)廣泛的使用。美國能源部估計，到2030年，虛擬電廠的規(guī)?？赡軙黾觾杀?，能夠滿足美國50%不斷增長的需求，并替補50%即將被淘汰的老舊發(fā)電廠。顯然，虛擬電廠規(guī)模的擴大能夠有效減少新建風能、太陽能和天然氣發(fā)電廠的需求，從而限制與擴大美國發(fā)電能力相關的成本。
此外，由于虛擬電廠通常位于用電地附近，通過發(fā)電和電力的管理，它們能夠有助于減少電力傳輸系統(tǒng)的負擔，緩解增設新電力傳輸線路的壓力。
加州的一住宅小區(qū)中200棟房屋已實現(xiàn)全自動供電。太陽能電池板、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內(nèi)的電池展示板。
圖片來源：Watchara Phomicinda/MediaNews Group/The Press-Enterprise via Getty Images
能源消費者的新角色
虛擬電廠改變了電力生產(chǎn)者和消費者的角色。
傳統(tǒng)模式是先在電廠發(fā)電，然后將電力輸送給消費者。在這種模式下，為使電網(wǎng)正常運行，供需雙方必須始終保持精確平衡。
電廠通常要提前預測消費端的需求。這一需求可能會隨天氣變化而波動，但仍會遵循相當可預測的模式。為了更靈活地調整發(fā)電量，電網(wǎng)運營商會混合調度煤電廠和核電廠等能持續(xù)運行的基荷電源，以及天然氣和水電等可根據(jù)需要快速調節(jié)輸出的更靈活電源。
不過，風能和太陽能發(fā)電場的發(fā)電量在白天時高時低，因此其他能源必須更加靈活地運行，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大型設施為數(shù)百萬被動消費者生產(chǎn)電力。
虛擬發(fā)電則顛覆了這一模式，讓消費者可以控制自己的電力需求。工業(yè)消費者很早就已經(jīng)學會了靈活變更運營時間，在電力供應緊張時限制需求來換取低價電費或補貼。
而如今，普通家庭也能通過與電網(wǎng)通信的恒溫器和熱水器來調節(jié)需求。例如，智能電熱水器可以在電力充足、價格便宜的時候加熱大部分的水，并在電力不足的時候限制需求。
在美國佛蒙特州，當?shù)氐木G山電力公司為客戶提供安裝電池的激勵措施，這些電池將在最需要的時候向電網(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?shù)啬习拇罄麃喼菀苍谠噲D建立該國最大的虛擬發(fā)電廠，用太陽能和電池連接5萬個家庭。
虛擬電力，真實挑戰(zhàn)
虛擬電廠并非靈丹妙藥。許多普通消費者連讓電網(wǎng)臨時控制恒溫器都不愿意，也不想讓自己的電動汽車充電速度變慢。一些消費者還擔心智能電表的安全和隱私問題。我們目前仍不知道究竟有多少用戶會來加入這些新興項目，當?shù)剡\營商又將如何有效調節(jié)供需。
虛擬電廠在業(yè)務方面也存在挑戰(zhàn)。管理數(shù)百萬消費者要比管理數(shù)十家發(fā)電廠難得多。虛擬電廠運營商可以通過補貼客戶，協(xié)調他們的用電需求來靈活調整供需，從而克服這一挑戰(zhàn)。
經(jīng)濟增長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)揮自身靈活性來平衡風能和太陽能發(fā)電的可變輸出。虛擬電廠在這一趨勢下可以幫助重塑電力行業(yè)，使其變得更加靈活、高效，并對不斷變化的條件和客戶需求做出快速反應。
