Jednym z największych wyzwań, przed którymi stoją amerykańskie firmy użyteczności publicznej, jest to, że zapotrzebowanie na energię elektryczną nie jest stałe. Zamiast tego podnosi się i opada, zwykle spada w godzinach nocnych i rośnie w ciągu dnia, zwłaszcza w upalne dni, kiedy mieszkańcy włączają klimatyzację w swoich domach.
Firmy elektryczne, które dostarczają energię, muszą być w stanie poradzić sobie z tymi wahaniami i zaspokoić zapotrzebowanie szczytowe. Tradycyjnie wymagało to od nich albo budowy wielu drogich elektrowni węglowych, gazowych lub jądrowych , albo kupowania energii od innych dostawców, kiedy jej potrzebują.
Jednak w dzisiejszych czasach niektóre firmy użyteczności publicznej szukają tańszego — i potencjalnie bardziej przyjaznego dla środowiska — rozwiązania. Mówimy o wirtualnych elektrowniach.
Co to jest wirtualna elektrownia?
Wirtualne elektrownie agregują wiele mniejszych źródeł energii elektrycznej — takich jak panele słoneczne, turbiny wiatrowe , a nawet domowe baterie magazynowe — które są rozmieszczone w różnych miejscach na obszarze, dzięki czemu mogą działać jak konwencjonalna elektrownia i równoważyć energię obciążenia sieci lub przeniesienie zasilania tam, gdzie jest to najbardziej potrzebne do zapewnienia niezawodności. Poszczególne jednostki są często połączone za pomocą wyrafinowanego systemu oprogramowania, który sygnalizuje, kiedy trzeba zwiększyć lub zmniejszyć produkcję energii, i wskazuje, gdzie energia musi trafić.
Na przykład w 2021 r. Green Mountain Power, innowacyjne przedsiębiorstwo użyteczności publicznej z Vermont, ogłosiło plan stworzenia wirtualnej elektrowni , która wykorzystywałaby sieć baterii zapasowych Tesla Powerwall w domach klientów. Za pomocą oprogramowania firmy Customized Energy Solutions (CES) energia elektryczna przechowywana w bateriach Tesli może być w razie potrzeby pobierana z powrotem do regionalnego systemu sieci, aby zapewnić stały, regulowany przepływ energii elektrycznej do klientów. Jak poinformował serwis Cnet.com w marcu 2022 r., klienci otrzymują zapasowe źródło energii na wypadek awarii zasilania, podczas gdy przedsiębiorstwo otrzymuje źródło energii elektrycznej, z którego może czerpać w przypadku szczytowego zapotrzebowania.
„Ten projekt nie byłby możliwy bez wspaniałych partnerstw, jakie mamy z naszymi klientami w ramach programu Powerwall”, powiedział Mari McClure, prezes i dyrektor generalny Green Mountain Power w komunikacie prasowym . „Ten program pilotażowy jest wyjątkowy i ważny, ponieważ opiera się na naszych istniejących innowacjach i współpracy, aby zapewnić znaczącą zmianę podstawowych funkcji sieci poprzez zmniejszenie emisji dwutlenku węgla, zwiększenie wydajności i obniżenie kosztów”.
SunPower Corp., dostawca technologii słonecznych, również ogłosił w listopadzie 2021 r., że uruchomił własną wirtualną elektrownię. Nowy system pozwala klientom Eversource i National Grid w Massachusetts, Rhode Island i Connecticut, którzy posiadają akumulatory SunVault, otrzymywać płatności za umożliwienie przedsiębiorstwom użyteczności publicznej wykorzystania zgromadzonej energii w okresach szczytowego zapotrzebowania.
Korzyści z wirtualnych elektrowni
Według Billa Schofielda , wirtualne elektrownie są pod pewnymi względami analogiczne do sieciowych systemów obliczeniowych , w których sieci komputerów mogą współdzielić zasoby, a nawet łączyć swoje zdolności do wykonywania zadań . Jest wiceprezesem Future-Grid Services dla CES, firmy z siedzibą w Filadelfii, która zapewnia doradztwo i usługi konsultingowe dla różnych firm z branży energetycznej, w tym producentów energii słonecznej i wiatrowej. Jednym z klientów CES jest Green Mountain Power.
„[Elektrownie wirtualne są] rozproszone… baterie lub małe, maleńkie elektrownie i lokalne generatory zapasowe” – wyjaśnia Schofield. „[To] bardzo podobna koncepcja do korzystania z łączności internetowej w celu połączenia wielu małych zasobów, które mogą wspólnie wykonywać tę samą pracę, co jedna wielka elektrownia”.
Zdecentralizowany charakter wirtualnych elektrowni sprawia, że są one potencjalnie bardziej odporne na ekstremalne warunki pogodowe lub inne katastrofy.
„Powiedzmy, że tornado przechodzi przez obszar i niszczy linię przesyłową prowadzącą do dużej elektrowni. Tracisz całą tę moc. mówi Schofield. „Ale jeśli masz wirtualną elektrownię, w której ma wiele niewielkich zasobów rozsianych po całym miejscu, tornado może zniszczyć 10 procent wirtualnej elektrowni, ale pozostałe 90 procent nadal tam jest i jest dostępne”.
Elektrownie wirtualne są korzystne dla sieci również pod innymi względami, w tym do obsługi napięcia. Kluczowym czynnikiem w niezawodnej sieci elektrycznej jest utrzymywanie napięcia na akceptowalnym poziomie; w przeciwnym razie sprzęt może ulec uszkodzeniu, mogą wystąpić przerwy w dostawie prądu itp. Jednak napięcie w sieci różni się i na każdym interfejsie (podstacje, transformatory itp.) należy utrzymać prawidłowe napięcie.
Z wirtualną elektrownią jest ich mniej. „Masz wiele niewielkich zasobów zlokalizowanych w pobliżu lub w tym samym miejscu, w którym wykorzystywana jest energia elektryczna”, wyjaśnia Schofield. „Nie musisz budować tak dużych linii dystrybucyjnych lub przesyłowych, aby utrzymać prawidłowe napięcie”.
Energia odnawialna jest kluczem
Kolejną zaletą wirtualnych elektrowni jest to, że ułatwiają one regulację odnawialnych źródeł energii i uzyskanie takiej kontroli nad ilością energii elektrycznej trafiającej do sieci, jaką miałaby konwencjonalna elektrownia opalana paliwami kopalnymi.
„Wirtualna elektrownia może ponownie zawierać małe baterie do zapasowego generatora, ale może również, ogólnie rzecz biorąc, zawierać tak zwaną „odpowiedź na żądanie” – mówi Schofield.
Przedsiębiorstwo z wirtualną elektrownią może wysyłać klientom wiadomości, aby w określonych godzinach odrzucić ich użytkowanie, prawdopodobnie oferując bon upominkowy dla lokalnej restauracji jako zachętę. W częściach kraju, w których przedsiębiorstwa energetyczne kupują energię elektryczną od różnych dostawców, wirtualne elektrownie mogą pomóc przedsiębiorstwom użyteczności publicznej w reagowaniu na cenę rynkową energii elektrycznej.
Pośrednio te zachęty mogą pomóc w ułatwieniu korzystania z odnawialnych źródeł energii, takich jak wiatr i słońce, mówi Schofield. Ponieważ są zmienne — co oznacza, że słońce przestaje świecić, a wiatr przestaje wiać — ilość dostarczanej przez nie energii elektrycznej musi być dostosowana do ich możliwości. Tradycyjnie saldo jest kompensowane przez dostawców paliw kopalnych .
„Wirtualna elektrownia ma działać tak samo lub zapewniać ten sam rodzaj usług, co duża elektrownia” – mówi Schofield – „i być dyspozycyjna, co oznacza, że mogę się z nią komunikować i kazać jej zrobić coś innego . Wzrost lub spadek jest częścią wartości”.
Poprzez interakcję z konsumentami i rekrutację ich do pomocy w zarządzaniu zużyciem energii, wirtualne elektrownie mogą odegrać rolę w rozwiązaniu jednego z długotrwałych problemów branży użyteczności publicznej: szczytowego zużycia.
„Znacząca większość kosztów dostarczania energii elektrycznej jest przeznaczona tylko na te dni szczytu” – mówi Schofield. „Jeśli możesz sprawić, by konsumenci wszelkiego rodzaju wykorzystywali konsumpcję w ten sposób, na przykład mycie zębów zwykłą szczoteczką do zębów zamiast szczoteczką elektryczną… wtedy możesz znacznie obniżyć koszty systemu. ze względu na duże zapotrzebowanie na spalanie paliw kopalnych. Ale jest to historycznie bardzo trudne, ponieważ… przeciętny człowiek nie będzie sobie zbytnio przeszkadzał”.
Ale mówi też, że to się zmienia. Młodsze pokolenia są bardziej świadome zrównoważonego rozwoju i każdy ma smartfona. Być może pewnego dnia otrzymasz na telefonie alert „Powiadomienie o zużyciu energii elektrycznej. Wyłącz termostat”. A jeśli to zrobisz, zdobędziesz punkty motywacyjne. Czy chciałbyś?
Schofield mówi, że możesz. „Przeważnie ludzie chcą zrobić coś dobrego, ponieważ w rzeczywistości płacą stałą cenę, a rzeczywisty koszt zużycia tej energii elektrycznej jest dla nich dość niski” – mówi. „Ale jeśli wszystkie tysiące ludzi odpowiedzą, to ta odrobina składa się na coś znaczącego”.
Teraz to ciekawe
Międzynarodowa Agencja Energetyczna przewiduje , że globalne zapotrzebowanie na energię elektryczną wzrośnie 2,5-krotnie do 2050 r. i będzie wymagało 14 bilionów dolarów na modernizację światowych sieci elektroenergetycznych, aby sobie z tym poradzić.
