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新式绿色电网

虚拟电厂可以帮助能源企业降低高峰期能源需求,提高可再生能源电力供应,玛丽亚•加卢奇写道。

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图片来源:hpgruesen

加利福尼亚州南部地区去年底泄漏的数万吨天然气本来足以满足这一地区电厂和家庭的供电、供暖需求。然而,阿里索大峡谷天然气储备基地发生的大规模天然气泄漏,让加利福尼亚州能源供应商们不得不开始纷纷寻找替代能源,以应对后面几个月可能出现的照明管制和再次泄露。

然而,洛杉矶地区的供电单位并没有将化石燃料当作填补天然气供应缺口的唯一选择。他们的新招数就是“虚拟电厂”,具体来说就是将散落各地的独立电池设备、太阳能电池板和节能高效建筑用网络连接起来,然后通过软件和数据系统进行远程控制。这样做的目的就是从总体上减少用户在高峰期间的能源需求,同时为目标地区提供可再生能源电力供应。这样一来,就部分抵消了对传统电厂的电力供应需求,以及对整个电网的破坏。

市场调查与咨询公司Navigant Research的研究显示,虚拟电厂将成为清洁能源的一个新兴领域,预计未来十年内,全美虚拟电厂规模将增长四倍多,装机容量将从2014年的480万千瓦增至2023年的2800万千瓦。能源专家认为,针对加利福尼亚天然气短缺的这种应对措施可以看作是对虚拟电厂进行的一次高调测试。欧美地区的电力供应商也在积极进行此类系统试验,希望借此对现有的上万个分布在电网各个角落的各式能源储备设施、能效设施、以及可再生能源发电装置等分布式能源系统进行管理和利用。

GTM Research公司高级分析师奥马尔·萨德在旧金山通过电话表示:“近来,电力企业和能源领域的其他相关利益方对这些解决方案的兴趣渐浓,并希望能满足各自不同的需求。”

萨德表示,此类需求的增加恰好代表了美国电力市场去中心化的转变进程——传统模式下,笨重的化石燃料发电厂通过州际输电线将电力输送到各地;而在新模式下,电力供应逐渐转向地方的低碳网络。此外,萨德还补充道:“供电企业去中心化系统的转型才是虚拟电厂和其他科技兴起的真正原因。”

GTM Research
预测,仅虚拟电厂软件部分(也就是人们常说的“分布式能源资源管理系统”)不久后就可以实现市值翻倍,将从2014年的5000万美元左右增长到2018年的1.1亿美元。咨询机构Navigant2014年时曾预测,加上可再生能源技术、电池设备及其他组件,未来虚拟电厂市场年收益将有望从2016年的15亿美元增长到2023年的53亿美元,其中有37亿美元将来自美国市场,13亿美元来自欧洲市场。同样来自旧金山咨询机构Navigant的首席研究分析师彼得·阿斯穆丝(Peter Asmus)指出,鉴于近来乐金化学(LG Chem)和松下集团等公司民用与商用电池系统销售的不断增长,未来这一市场的规模可能远比这个数字要大得多。

在加利福尼亚州,阿里索峡谷泄露导致的天然气短缺加快了当地新型能源技术的普及速度。今年5月底,加州公共事业委员会曾要求该区域主要电力供应商南加州爱迪生电力公司(Southern California Edison,后文简称SCE)在今年夏天“加快能源储备设施购买速度”,帮助“减轻对洛杉矶盆地的电力依赖风险”(据悉,目前这一进程仍在继续)。此外,公共事业委员会委员还要求SCE加快私有电池设备、太阳能电池板和其他分布式系统的入网速度。

SCE公司的天然气供应主要来自南加州天然气公司,而后者正是阿里索峡谷地下设施的拥有方。据统计,从2015年10月后期到2016年2月中旬,该设施累计泄露的甲烷总量超过9.7万公吨。加利福尼亚州监管机构预计,该设施总储量中仅有不到五分之一,或者说大约150亿立方英尺,可以用于该地区的供电和供热。

蓄能设备供应商Stem股份有限公司表示,鉴于加利福尼亚州方面的积极回应,该公司计划加快其在洛杉矶地区的几个现有虚拟电厂项目进程。

这家初创企业利用电池和软件帮助Whole Foods和万豪等大型零售与酒店服务公司削减电力支出。过去7年里,Stem已经在全加州数百个大型建筑中安装了不少电池系统(有些时候可能还会同时配备屋顶太阳能电池板)。系统会在低电价期间对电池进行充电。Stem的软件系统随后会参考实际利用率,对建筑的能源使用情况进行分析。当电价峰值期到来的时候,系统会自动减少使用来自电厂的电力供应需求,转而使用电池储备电能。

通过这种方式,单体建筑的业主每月向电力公司可少缴纳“峰值电费”。Stem首席执行官约翰·卡林顿在一次电话采访中表示,总体来看,这种模式的好处其实还有许多。通过这个系统,Stem可以协调用户建筑中的各个系统,在用电总量突然上升的时候,减少这一地区的能源需求。2014年,Stem从SCE手中接到了一笔大订单,为现有能源供应受限的人口高度密集区提供总量为8.5万千瓦的虚拟电厂服务。

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卡林顿指出,目前Stem正与“洛杉矶地区所有的供电企业合作,为他们提供及时、快速的产品安装服务。”他补充道,对于虚拟电力来说,对阿里索峡谷事件的反应完全“可以看作这个行业的转折点”。

当然,并不是所有虚拟电厂使用的都是Stem公司这种电池加能源管理系统的建筑集成网络机制。其实,“虚拟电厂”这个定义还是有一些模糊和主观,特别是这其中很多技术其实还处于试验和研发阶段。不过通常来说,这些系统一般有以下三种基本模式。

第一种是供给侧系统。此类系统在盛行小型可再生能源项目的德国、丹麦等欧洲国家非常常见。在这种模式中,地方政府和电网运营商可以将不同时间段内间歇性运转的独立太阳能电池组和风力发电场的电力输出,与水力发电、生物沼气和其他低碳资源整合起来,仿造出一个与24小时运转的发电厂同等的能源输出效果。去年11月,德国科技大鳄西门子集团与公共事业巨头莱茵集团就表示,两个公司将
联合为大规模虚拟电厂市场构建IT技术支持,预计该市场覆盖的分布式能源项目(如风能和太阳能电场)总规模将达到数十万千瓦。

第二种模式侧重于“需求侧反馈”——通过能效系统和软件,削减用电高峰时期的电力消费,从而降低电力企业为提供有限峰值供应而启动高成本化石燃料峰值电厂的需要。

电力企业会向用电大户收取全年低电价,以换取在用电高峰期可以对后者进行停电限电的权利。而这种需求反馈的基本前提机制已经存在了数十年。EnerNOC是一家来自波士顿的能源软件与服务公司。该公司高级市场总监莎拉·麦考利表示,现代软件与数据系统可以将以往的逐栋建筑管理模式推广到上万个地点中,并建立起一个可信赖的大规模虚拟电厂。

EnerNOC目前在美国市场这一领域独占鳌头。该公司付钱给那些商业建筑和工业建筑的拥有者,从而让他们允许自己在电网超负荷的情况下定期削减其能源消费,或避免高昂电价。EnerNOC的软件平台会通知这些制造企业,告诉他们应该在未来几小时开启维护模式或者建议办公室经理们降低空调使用频率。电表上附加的一个小设备会向EnerNOC传输数据,用于衡量和追踪每个地点的节能状况。

随后EnerNOC会将减少的能源消耗以 “负瓦特”的形式提供给电网运营商,并从中收取回报。目前EnerNOC的最大市场来自马里兰电力联营体(PJM Interconnection),后者控制着美国东部和中西部13个州的电力批发动向。

麦考利(McAuley)在一封电子邮件中解释道:“我们不会在系统中增加更多电量来满足消费者需求,相反,我们对成功实现电力节能的人们进行奖励。这样做的效果非常好,目前市场上电力供应很充足。”

第三种虚拟电厂模式就是Stem所采用的包括电池蓄能、太阳能发电、节能系统在内的一套既能降低能源消费,又能用目标方式提供清洁能源的体系。Navignant公司的阿斯穆丝指出,这一产业在美国的增长最为明显,因为目前电池系统的
价格直线下降,而美国各地屋顶太阳能电池板也在迅速普及。

然而,美国地区虚拟电厂的增长初期主要集中在少数几个州,主要是加利福尼亚州和夏威夷州。不过,纽约地区和大西洋中部各州也会逐渐增长。有些州的立法机关和公共事业监管机构甚至已经出台了相关规定,或者说正在起草相关政策,希望降低小型可再生能源系统融入大规模电网的难度。然而,包括落基山附近的几个州在内的其他地区,相关监管机构仍然没有跟上电力模式更新的节奏。

GTM分析师萨德表示:“这都是非常初期的技术。而且从公共事业和监管角度来说,这也是一个刚刚出现的市场。”

萨德(Saadeh)认为,在风能和太阳能更集中的地区,虚拟电厂的经济作用可能更明显。从其自身角度来说,管理这上万个独立的、间歇性运转的可再生能源系统可能会为公共事业单位带来巨大的物流挑战。他们必须确保不会有太多的太阳能一下子涌入电网,或者说在没有风的时候消费者一样可以正常使用电灯。因此,电力企业有更大的动力,来开发那些能协调多个不同系统领域利益的技术,特别是在可再生能源相对集中的地区。

萨德指出:“一个结合了高比例可再生能源技术的分布式电网需要的是灵活性。而虚拟电厂模式恰恰就可以提供这个帮助。”

无论是科技公司、供电企业,还是监管机构,大家还都处在探寻虚拟电厂真正的市场价值,以及如何借此在电力市场中进行竞争的早期阶段。初创企业Olivine在加利福尼亚州开展了几个试点项目,以期找到上述几个问题的答案。

Olivine首席执行官贝斯·里德表示:“虽然现在我们开发出了很多技术,但是这些技术距离实际应用于电网服务和获得盈利还有一定差距。”


在与太平洋煤气电力集团(PG&E Corp.)合作的一项试点项目中,包括电池蓄能、电动汽车在内的多种聚合资产都参与到了电力批发市场中,这与传统电厂并无二致。该试点项目的理念就是为了证明,虚拟电厂可以弥合风能和太阳能的间断性供电缺口,可以像天然气驱动的峰值电厂一样,提供灵活、快速的电力供应。参与项目的各方会向试点市场提供电力,并按月收取电费。

里德说道,试点项目有助于理顺不同技术和系统之间的关系,各州也在积极去除监管障碍,因此她期待未来虚拟电厂模式可以实现突破性增长。

她指出:“目前还要尝试解决虚拟电厂资源归属权的问题,而不同州的运作机制也各不相同。但我认为,这一产业的整体规模一定会显著扩大——甚至用不了10年,可能近3到5年就会出现。”


 

英文原文刊载于Yale360网站

翻译:Estelle

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