能源的未来：虚拟发电厂能否加速能源转型？
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，公用事业企业寻求在用电高峰时期为家庭和企业提供足够的电力供应，例如当每个人下班回家、运行多台电器时；或者当寒流袭来、冻结整个地区时。公用事业企业与峰值电厂建立或签订供应合同，这些峰值发电厂仅间歇性运行，通常使用化石燃料。峰值发电厂的电力更昂贵，有时是平均供应成本的两倍或更多。
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必须放弃对电池存储和智能设备的绝对控制。在高峰需求期间，VPP可能会耗尽电池中的所有能量来为电网供电。这可能会让家庭或业主在停电时失去备份。业主可能对何时可以使用电池有限制，例如在电费昂贵的能源需求高峰期间限制使用电池。VPP可以在高峰需求期间远程调整智能恒温器的温度设置，以减少用电量。问题将在于使用协议中关于提前通知和参数的细节，例如设定使用前24小时的通知期或承诺停电期间不撤电。
美国能源部的Jigar Shah支持对虚拟发电厂投资，其认为，扩大虚拟发电厂规模的现有障碍是可以克服的。其指出，为了整合未来的负荷增长，提高电网的效率，需要使需求像供应一样灵活。需求的变化可以避免最终使用价格更高的电力。消费者确实会通过适当的激励来改变消费模式。让公用事业企业参与整合小规模存储容量也是一个挑战。许多公用事业企业都被整合其他供应商的提议搞得不知所措。但对电网运营商而言，好处很多：脱碳、通过自动化效率、容量支持和非有线替代方案进行新一代发电和系统建设。
2020年9月，联邦能源管理委员会(FERC)通过将分布式电力来源整合起来，以满足单个电力来源可能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。电网运营商仍需要修改其电价，将分布式能源确立为市场参与的一个类别，并解决位置、数据、计量和配电因素的技术要求。
行业专家还指出VPP生态系统需要标准化。开放协议将使VPP能够与不同的DER设备和控制系统进行通信。电网运营商需要对技术质量充满信心，而客户必须确信其选择的分布式能源设备将符合VPP和电网要求。
VPP能于2024年得到普及？
有可能。试点项目正在美国各地涌现，VPP已经在伊利诺伊州、马里兰州、夏威夷和波多黎各投入运行，更不用说世界其他地方了。人们的兴趣很高，不断涌现的行业合作伙伴关系将利益相关者联系起来，包括公用事业规划者和运营商、General Motors和Ford等电动汽车生产商、Google Nest等智能家电技术企业以及太阳能和电池存储和能源管理专家。VPP的另一个好处是，当客户加入VPP计划时，VPP就能被快速“构建”。
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。
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