中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：在過(guò)去的幾十年里，電網(wǎng)經(jīng)歷了轉(zhuǎn)向更小、更間歇性發(fā)電資源的變革，主要以風(fēng)能和太陽(yáng)能發(fā)電為主，以及更小的并網(wǎng)電池儲(chǔ)能。這給電網(wǎng)管理帶來(lái)了一個(gè)重大問(wèn)題——對(duì)供需的精細(xì)管理。最近，“虛擬電廠(chǎng)”(VPP) 這個(gè)術(shù)語(yǔ)廣為人知，它用來(lái)描述將這些分散的資源聚合成某種東西，表面上看可以將其視為一個(gè)常規(guī)的可調(diào)度電廠(chǎng)，能夠根據(jù)需求增加或減少輸出。
盡管虛擬電廠(chǎng) (VPP) 并非真正的單一發(fā)電廠(chǎng)，但支持者稱(chēng)，通過(guò)使虛擬電廠(chǎng)發(fā)揮類(lèi)似傳統(tǒng)發(fā)電廠(chǎng)的作用，它可以提供大型電廠(chǎng)（如燃?xì)廨啓C(jī)）的優(yōu)勢(shì)，而成本卻只是后者的一小部分，并且冗余度更高，因?yàn)閱蝹€(gè)發(fā)電機(jī)或電池的故障很容易在系統(tǒng)內(nèi)得到補(bǔ)償。
然而，問(wèn)題在于這個(gè)前提是否真正成立，或者是否存在被營(yíng)銷(xiāo)掩蓋的隱性成本。
01
無(wú)功功率
功率三角形，顯示了有功功率、視在功率和無(wú)功功率之間的關(guān)系。（來(lái)源：維基百科[1]）
基于交流電 (AC) 的電網(wǎng)是一個(gè)精密的系統(tǒng)，需要持續(xù)且非常謹(jǐn)慎地保持平衡[2]，以確保其電流和電壓不會(huì)出現(xiàn)過(guò)大的相位差，否則電網(wǎng)頻率和電壓會(huì)開(kāi)始變化，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出容差范圍。幾十年來(lái)，大規(guī)模停電事件已充分證明了這種錯(cuò)誤造成的后果，其中最嚴(yán)重的一次就是 2025 年伊比利亞半島大停電事件[3]，該事件導(dǎo)致整個(gè)西班牙和葡萄牙陷入黑暗。在此次停電事件發(fā)生之前，系統(tǒng)運(yùn)行人員試圖減少系統(tǒng)中無(wú)功功率，但其各種嘗試都以失敗告終，安全措施開(kāi)始在這些國(guó)家電網(wǎng)中啟動(dòng)。
這也是虛擬發(fā)電廠(chǎng) (VPP) 理念面臨現(xiàn)實(shí)考驗(yàn)的地方，因?yàn)殡娋W(wǎng)運(yùn)營(yíng)商（輸電系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商，簡(jiǎn)稱(chēng) TSO）建議所有接入電網(wǎng)的重要發(fā)電機(jī)都應(yīng)具備構(gòu)網(wǎng)能力。這意味著，與普通逆變器不同，虛擬電廠(chǎng)應(yīng)該能夠吸收或發(fā)出無(wú)功功率，而不是像當(dāng)前風(fēng)電或光伏太陽(yáng)能裝置的逆變器輸出僅跟隨電網(wǎng)頻率和電壓變化。
同樣，人們也在考慮添加本地儲(chǔ)能，其想法似乎是，你可以用分布式跟網(wǎng)逆變器和并網(wǎng)電池組（以人們整個(gè)房屋的電池的形式）以及任何目前接入電網(wǎng)的支持車(chē)輛到電網(wǎng)(V2G)的電動(dòng)汽車(chē)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題[4]。
理論上，只要有足夠多的分布式發(fā)電和儲(chǔ)能元件，再加上一些并網(wǎng)逆變流器和遠(yuǎn)程控制負(fù)載（例如電動(dòng)汽車(chē)充電器和空調(diào)機(jī)組），就可以模擬普通火力發(fā)電站或水力發(fā)電站的效果。問(wèn)題在于它能否運(yùn)行良好？并且，誰(shuí)最終為這些設(shè)施買(mǎi)單？
02
電池租賃
2001年至2024年各類(lèi)型發(fā)電情況。（來(lái)源：加州能源委員會(huì)[5]）
加利福尼亞州就是一個(gè)此類(lèi)虛擬發(fā)電廠(chǎng) (VPP) 的實(shí)際應(yīng)用案例，加州太平洋燃?xì)馀c電力公司（PG&E）和其他公司最近正在進(jìn)行一項(xiàng)測(cè)試[6]。重點(diǎn)關(guān)注的是家用電池，它們?cè)跍y(cè)試中電池用于調(diào)峰，電池所有者將獲得向外部輸出電力的補(bǔ)償。在一份由 Sunrun 和特斯拉能源贊助、Brattle Group 撰寫(xiě)的報(bào)告中描述了該系統(tǒng)[7]，其中的需求側(cè)電網(wǎng)支持 (DSGS) 計(jì)劃被譽(yù)為一項(xiàng)重大革命。
其理念是，常規(guī)并網(wǎng)用戶(hù)安裝電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商可以利用這些儲(chǔ)能系統(tǒng)，從而彌補(bǔ)加州日益增多的不可調(diào)度、非電網(wǎng)化發(fā)電資源。需要注意的是，電網(wǎng)規(guī)模的儲(chǔ)能系統(tǒng)[9]永遠(yuǎn)無(wú)法提供足夠的、長(zhǎng)時(shí)段儲(chǔ)能容量，因此，該方案主要是為了替代昂貴的調(diào)峰電廠(chǎng)，而加州目前已經(jīng)擁有大量的這種調(diào)峰電廠(chǎng)。
預(yù)計(jì)到 2040 年家用電池容量將達(dá)到 4 吉瓦，如果電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商可以使用這些電池，而不是運(yùn)行特殊的調(diào)峰機(jī)組，或者像（PG&E 運(yùn)營(yíng)的）莫斯蘭丁電池儲(chǔ)能設(shè)施那樣安裝更多大型電池，那么這將為他們節(jié)省大量現(xiàn)金[10]。
順便提一句，莫斯蘭丁的電池儲(chǔ)能設(shè)施曾多次發(fā)生火災(zāi)，這凸顯了電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商可能節(jié)省的另一項(xiàng)重大開(kāi)支，因?yàn)榇祟?lèi)事件的后果將由電池運(yùn)營(yíng)商承擔(dān)，而對(duì)于需求側(cè)電網(wǎng)支持計(jì)劃來(lái)說(shuō)，也就是房主。目前，遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)空調(diào)似乎還不是討論的重點(diǎn)，但考慮到這種方式可以顯著節(jié)省電力，即使像需求側(cè)電網(wǎng)支持計(jì)劃那樣僅僅依靠付費(fèi)志愿者，這似乎只是時(shí)間問(wèn)題。
03
市場(chǎng)失靈的跡象
雖然想象通過(guò)讓當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)運(yùn)營(yíng)商接入昂貴的家用電池或電動(dòng)汽車(chē)來(lái)賺錢(qián)似乎很誘人，但與更早的V2G討論中一樣，也存在同樣的普遍問(wèn)題。不僅存在電池?fù)p耗的問(wèn)題，而且如上所述，還有保險(xiǎn)方面的考慮，以及家用電池和純電動(dòng)汽車(chē)通常位于遠(yuǎn)離實(shí)際需要使用地點(diǎn)的地方的問(wèn)題。像莫斯蘭丁這樣的地點(diǎn)可以直接接入大型輸電系統(tǒng)，而家用電池則連接到一些當(dāng)?shù)嘏潆娋W(wǎng)，這使得電力調(diào)度變得相當(dāng)困難。
在美國(guó)能源部閱讀虛擬電廠(chǎng)（VPP）文章[11]時(shí)產(chǎn)生的印象。伊利諾伊州的一項(xiàng)虛擬電廠(chǎng)計(jì)劃針對(duì)的是大型商業(yè)和社區(qū)太陽(yáng)能發(fā)電企業(yè)，而非住宅用戶(hù)。如果他們?cè)敢獬袚?dān)安裝[可調(diào)節(jié)？譯注]跟網(wǎng)變流器的費(fèi)用，將獲得補(bǔ)貼[12]，而這很可能需要一定程度的現(xiàn)場(chǎng)儲(chǔ)能。分布式能源的一個(gè)主要問(wèn)題是其分布式特性，這使得任何規(guī)劃或選址都無(wú)法直接滿(mǎn)足需求，例如建設(shè)發(fā)電廠(chǎng)或抽水蓄能電站，并通過(guò)直接輸電線(xiàn)路連接到需要的地方。
2040 年預(yù)計(jì)發(fā)電組合。（來(lái)源：標(biāo)普全球公司[13]）
最近的一項(xiàng)研究得出結(jié)論[13]，僅在美國(guó)，到 2040 年的電力需求就可能比現(xiàn)在激增 35-40%，這需要極快地?cái)U(kuò)建額外的發(fā)電資源，而這些資源的電力結(jié)構(gòu)與現(xiàn)在基本相同。預(yù)計(jì)到 2024 年，美國(guó)的電力需求將達(dá)到 5.5-6 TWh ，而目前約為 4 TWh（估計(jì)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，應(yīng)該是 4000TWh，譯注），并且不可調(diào)度發(fā)電機(jī)的發(fā)電量將大幅增加。因此，在某種國(guó)家級(jí)虛擬電廠(chǎng) (VPP) 系統(tǒng)中，家用電池和少量支持 V2G 的電動(dòng)汽車(chē)能在多大程度上支持這一努力，這似乎值得質(zhì)疑。
04
核心問(wèn)題
盡管人們常說(shuō)“分布式發(fā)電”代表著未來(lái)，但很少有人量化其背后的原因。只需看看交流電網(wǎng)的工作原理，并追蹤地圖上連接所有分布式發(fā)電所需的長(zhǎng)達(dá)數(shù)公里的配電線(xiàn)路，就足以讓人深思。顯而易見(jiàn)，電網(wǎng)中存在大量分布式、不可調(diào)度、不并網(wǎng)的發(fā)電機(jī)組也會(huì)帶來(lái)問(wèn)題，尤其是在今年伊比利亞半島大停電事件之后。
通過(guò)讓終端用戶(hù)支付電池儲(chǔ)能和構(gòu)網(wǎng)型變流器的費(fèi)用來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，并稱(chēng)之為虛擬電廠(chǎng) (VPP)，這聽(tīng)起來(lái)有些不夠真誠(chéng)。一個(gè)更合理的模式，那就是為家庭或企業(yè)配備本地儲(chǔ)能，其作用僅僅是減少電網(wǎng)需求。當(dāng)電價(jià)非常低時(shí)，這些電池可以充電，從而對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生平衡作用，而無(wú)需通過(guò)輸電系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商 (TSO) 進(jìn)行遠(yuǎn)程控制或類(lèi)似的復(fù)雜操作。
最終看來(lái)，歐洲輸電系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商（ENTSO-E）致力于淘汰跟網(wǎng)型型變流器并要求采用構(gòu)網(wǎng)型變流器的做法是正確的。畢竟，如果每個(gè)風(fēng)電或太陽(yáng)能發(fā)電裝置實(shí)際上都充當(dāng)著一個(gè)可調(diào)度的發(fā)電機(jī)，能夠吸收和產(chǎn)生無(wú)功功率，那么整個(gè)可變電廠(chǎng)（VPP）的爭(zhēng)論以及大部分電網(wǎng)儲(chǔ)能的爭(zhēng)論就變得無(wú)關(guān)緊要了。這只意味著這些可變電廠(chǎng)的投資者將不得不投入更多資金，而不是將這些成本當(dāng)作某種“大買(mǎi)賣(mài)”轉(zhuǎn)嫁給最終用戶(hù)。
