能源的未來(lái)：虛擬發(fā)電廠能否加速能源轉(zhuǎn)型？

能源的未來(lái)：虛擬發(fā)電廠能否加速能源轉(zhuǎn)型？

根據(jù)Copernicus Climate Change Service的數(shù)據(jù)，2023年不僅是有記錄以來(lái)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(bào)告加劇了關(guān)于氣候變化加速和全球變暖走向不可逆轉(zhuǎn)的風(fēng)險(xiǎn)的爭(zhēng)論。在科學(xué)家梳理事實(shí)和影響的同時(shí)，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(yáng)能電池陣列、建筑安裝電池、熱水瓶?jī)?chǔ)能、智能恒溫器和其他智能電器、電動(dòng)汽車(EV)和充電站，納入虛擬發(fā)電廠，以加快2024年的能源轉(zhuǎn)型。虛擬發(fā)電廠(VPP)將小型分布式能源(DER)連接到公用電網(wǎng)，并通過(guò)注入人工智能的軟件遠(yuǎn)程控制電力轉(zhuǎn)換。技術(shù)已經(jīng)存在，清潔能源資產(chǎn)正在成倍增加。但挑戰(zhàn)在于如何擴(kuò)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(biāo)準(zhǔn)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(shí)期為家庭和企業(yè)提供足夠的電力供應(yīng)，例如當(dāng)每個(gè)人下班回家、運(yùn)行多臺(tái)電器時(shí)；或者當(dāng)寒流襲來(lái)、凍結(jié)整個(gè)地區(qū)時(shí)。公用事業(yè)企業(yè)與峰值電廠建立或簽訂供應(yīng)合同，這些峰值發(fā)電廠僅間歇性運(yùn)行，通常使用化石燃料。峰值發(fā)電廠的電力更昂貴，有時(shí)是平均供應(yīng)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(wǎng)提供了更大的彈性、可負(fù)擔(dān)性、效率并減少了溫室氣體排放。如果電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商或公用事業(yè)企業(yè)在特定地點(diǎn)需要額外的千瓦時(shí)，其可以利用VPP，即不同電源和電源類型的網(wǎng)絡(luò)。運(yùn)營(yíng)商可以靈活地更好地降低峰值需求，如通過(guò)遠(yuǎn)程控制智能恒溫器并適度減少用電量，從而推遲對(duì)額外容量和基礎(chǔ)設(shè)施的投資，以服務(wù)峰值負(fù)載。清潔能源非政府組織落基山研究所(RMI)估計(jì)，到2050年，VPP每年可避免44-5900萬(wàn)噸二氧化碳排放。VPP參與者可以獲得所提供服務(wù)的補(bǔ)償。從降低關(guān)稅率到現(xiàn)金激勵(lì)，補(bǔ)償模式各不相同。不僅是直接參與者受益；由VPP服務(wù)的社區(qū)的費(fèi)率也會(huì)降低。

隨著越來(lái)越多的家庭和企業(yè)轉(zhuǎn)向電動(dòng)汽車、熱泵和熱水器等電力驅(qū)動(dòng)技術(shù)，電力需求預(yù)計(jì)將會(huì)增長(zhǎng)。美國(guó)能源部(DOE)估計(jì)，2023年至2030年間，美國(guó)將需要增加足夠的新發(fā)電容量，以滿足超過(guò)200吉瓦的峰值需求。為了讓美國(guó)在2035年實(shí)現(xiàn)100%清潔電力，新產(chǎn)能需求可能會(huì)增加近一倍。在2023年10月的一份報(bào)告《商業(yè)崛起之路：虛擬發(fā)電廠》中，美國(guó)能源部提出，到2030年，VPP可以部署80吉瓦到160吉瓦，覆蓋美國(guó)估計(jì)峰值電力需求的10%到20%。RMI提供了更為樂(lè)觀的估計(jì):到2030年，VPP可以減少美國(guó)峰值需求60吉瓦，平均5000萬(wàn)戶家庭的消費(fèi)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(duì)電池存儲(chǔ)和智能設(shè)備的絕對(duì)控制。在高峰需求期間，VPP可能會(huì)耗盡電池中的所有能量來(lái)為電網(wǎng)供電。這可能會(huì)讓家庭或業(yè)主在停電時(shí)失去備份。業(yè)主可能對(duì)何時(shí)可以使用電池有限制，例如在電費(fèi)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(yuǎn)程調(diào)整智能恒溫器的溫度設(shè)置，以減少用電量。問(wèn)題將在于使用協(xié)議中關(guān)于提前通知和參數(shù)的細(xì)節(jié)，例如設(shè)定使用前24小時(shí)的通知期或承諾停電期間不撤電。

美國(guó)能源部的Jigar Shah支持對(duì)虛擬發(fā)電廠投資，其認(rèn)為，擴(kuò)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(lái)的負(fù)荷增長(zhǎng)，提高電網(wǎng)的效率，需要使需求像供應(yīng)一樣靈活。需求的變化可以避免最終使用價(jià)格更高的電力。消費(fèi)者確實(shí)會(huì)通過(guò)適當(dāng)?shù)募?lì)來(lái)改變消費(fèi)模式。讓公用事業(yè)企業(yè)參與整合小規(guī)模存儲(chǔ)容量也是一個(gè)挑戰(zhàn)。許多公用事業(yè)企業(yè)都被整合其他供應(yīng)商的提議搞得不知所措。但對(duì)電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商而言，好處很多：脫碳、通過(guò)自動(dòng)化效率、容量支持和非有線替代方案進(jìn)行新一代發(fā)電和系統(tǒng)建設(shè)。

2020年9月，聯(lián)邦能源管理委員會(huì)(FERC)通過(guò)將分布式電力來(lái)源整合起來(lái)，以滿足單個(gè)電力來(lái)源可能無(wú)法滿足的最小規(guī)模和性能要求，從而消除了進(jìn)入批發(fā)市場(chǎng)的主要障礙。電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商仍需要修改其電價(jià)，將分布式能源確立為市場(chǎng)參與的一個(gè)類別，并解決位置、數(shù)據(jù)、計(jì)量和配電因素的技術(shù)要求。

行業(yè)專家還指出VPP生態(tài)系統(tǒng)需要標(biāo)準(zhǔn)化。開放協(xié)議將使VPP能夠與不同的DER設(shè)備和控制系統(tǒng)進(jìn)行通信。電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商需要對(duì)技術(shù)質(zhì)量充滿信心，而客戶必須確信其選擇的分布式能源設(shè)備將符合VPP和電網(wǎng)要求。

VPP能于2024年得到普及？

有可能。試點(diǎn)項(xiàng)目正在美國(guó)各地涌現(xiàn)，VPP已經(jīng)在伊利諾伊州、馬里蘭州、夏威夷和波多黎各投入運(yùn)行，更不用說(shuō)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(guān)系將利益相關(guān)者聯(lián)系起來(lái)，包括公用事業(yè)規(guī)劃者和運(yùn)營(yíng)商、General Motors和Ford等電動(dòng)汽車生產(chǎn)商、Google Nest等智能家電技術(shù)企業(yè)以及太陽(yáng)能和電池存儲(chǔ)和能源管理專家。VPP的另一個(gè)好處是，當(dāng)客戶加入VPP計(jì)劃時(shí)，VPP就能被快速“構(gòu)建”。

擴(kuò)大這些規(guī)模不會(huì)在一夜之間發(fā)生。極端天氣事件和飆升的公用事業(yè)費(fèi)用肯定會(huì)持續(xù)下去，這將進(jìn)一步對(duì)提高公用電網(wǎng)的彈性和效率產(chǎn)生壓力。對(duì)于住宅和商業(yè)建筑業(yè)主而言，投資分布式能源技術(shù)可以帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益，包括稅收減免。加入VPP可以帶來(lái)更大的投資回報(bào)。

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