虚拟发电厂如何塑造未来的能源系统
一个多世纪以来，发电厂的普遍形象就是高耸的烟囱、无尽的运煤列车和大声旋转的涡轮机。但为我们的未来提供动力的植物看起来将截然不同——事实上，许多植物可能就没有物理形态。欢迎来到虚拟发电厂 (VPP) 时代。
从煤炭和天然气等传统能源向太阳能和风能等可变可再生替代能源的转变说明我们运行数十年的能源系统的方式正在发生变化。
政府和私营公司现在都指望虚拟发电厂的潜力来帮助减少相关成本并防止电网负担过重。
以下是您有必要了解的有关 VPP 的信息，以及为什么它们有几率会成为让我们在线提供更多清洁电力和能源存储的关键。
虚拟发电厂是一个分布式能源系统（例如屋顶太阳能电池板、电动汽车充电器和智能热水器），它们协同工作以平衡大规模的能源供需。它们通常由当地公用事业公司运营，负责监督这种平衡行为。
里哈伊大学能源系统工程主任 Rudy Shankar 表示，VPP 是一种将资源组合“缝合在一起”的方式，能够在一定程度上帮助电网应对高能源需求，同时减少能源系统的碳足迹。
VPP 的“虚拟”性质源于其缺乏像传统煤炭或天然气工厂那样的中央物理设施。通过发电和平衡能源负载，聚合电池和太阳能电池板提供了传统发电厂的许多功能。
落基山研究所（Rocky Mountain Institute）专注于无碳电力的经理凯文·布雷姆（Kevin Brehm）表示，将虚拟发电厂与传统发电厂进行比较是一个“有用的类比”，但虚拟发电厂“以不同的方式做某些事情，因此能提供传统发电厂没办法提供的服务。”
一个显着的区别是 VPP 能够实时调整消费者的能源使用情况。与传统发电厂不同，虚拟发电厂可以与分布式能源进行通信，并允许电网运营商控制最终用户的需求。
例如，与空调装置相连的智能恒温器能调节家庭温度并管理空调装置的耗电量。在炎热的夏季，这些恒温器可以在空调使用量激增的高峰时段之前预先冷却房屋。错开冷却时间有助于防止需求猛地增加，因此导致电网不堪重负并导致停电。同样，电动汽车充电器可以通过供电或用电来适应电网的要求。
这些分布式能源通过 Wi-Fi、蓝牙和蜂窝服务等通信技术连接到电网。总的来说，添加 VPP 能大大的提升整体系统的弹性。通过协调数十万个设备，VPP 对电网产生有意义的影响——它们调节需求、供应电力并保持电力可靠流动。
直到最近，VPP 大多数都用在控制消费者的能源使用。但由于太阳能和电池技术的发展，公用事业公司现在可以在需要时使用它们向电网供电。
在美国，能源部估计 VPP 容量约为 30 至 60 吉瓦。这约占全国峰值电力需求的 4% 至 8%，在总系统中只占一小部分。然而，一些州和公用事业公司正在迅速采取行动，在其电网中添加更多 VPP。
佛蒙特州最大的公用事业公司绿山电力公司去年因扩大家用电池补贴计划而成为头条新闻。如果客户同意按要求与公用事业公司共享存储的能源，则可以再一次进行选择以折扣价租赁 Tesla 家用电池或购买自己的电池，并获得最高 10,500 美元的援助。批准该计划的佛蒙特州公用事业委员会表示，该计划还可以在停电期间提供应急电力。
在马萨诸塞州，三个公用事业公司（国家电网、Eversource 和 Cape Light Compact）实施了一项VPP 计划，该计划向客户付费，以换取对其家用电池的公用事业控制。
与此同时，科罗拉多州正在努力启动该州第一个 VPP 系统。科罗拉多州公用事业委员会正在敦促其最大的公用事业公司 Xcel Energy 在今年夏天之前开发一个全面运营的 VPP 试点。
电网运营商一定要满足年度或每日的“峰值负载”，即电力需求最高的时刻。为此，他们常常使用天然气“调峰”发电厂，这些发电厂一年中大部分时间都处于休眠状态，以便在需求高时启动。VPP 将减少电网对这些电厂的依赖。
能源部目前的目标是到 2030 年将国家 VPP 容量扩大到 80 至 160 GW。Brehm 表示，这大致相当于 80 至 160 座不需要建造的化石燃料发电厂。
许多公用事业公司表示，VPP 除了减少排放之外，还能够更好的降低消费者的能源费用。研究表明，在需求高峰期间利用分布式能源比依赖天然气发电厂的成本效益高出 60%。
VPP 的另一个重要优势（尽管不太明显）是它们鼓励人们更多地参与能源系统。通常，客户仅获得电力。在 VPP 系统中，它们既消耗电力又将其回馈给电网。这种双重角色能大大的提升他们对电网的了解，并让他们更多地投资于向清洁能源的过渡。
美国能源部表示，由于电动汽车、充电站和智能家居设备的广泛采用，分布式能源的容量正在迅速扩大。将这些连接到 VPP 系统能增强电网实时平衡电力需求和供应的能力。Shankar 表示，更好的人工智能还能够在一定程度上帮助 VPP更加善于协调不同的资产。
监督管理的机构也将加入进来。全国公用事业监管委员会协会已开始举办小组讨论会和研讨会，向其成员介绍 VPP 以及如何在本州实施它们。加州能源委员会将资助研究探索将 VPP 集成到其电网系统中的好处。布雷姆表示，监管机构的这种兴趣是新的，但前景广阔。
尽管如此，障碍任旧存在。注册 VPP 可能会让我们消费者感到困惑，因为各州和公司的流程各不相同。为人们简化它将有利于公用事业公司充分的利用电动汽车和热泵等分布式能源。标准化 VPP 的部署还可以更容易地跨地区复制成功的项目，从而加速其在全国范围内的增长。
