Kunne virtuelle kraftværker hjælpe med at stabilisere det amerikanske energinet?

En af de store udfordringer, som amerikanske forsyningsselskaber står over for, er, at efterspørgslen efter elektricitet ikke er konstant. I stedet går det op og ned, generelt falder det i nattetimerne og stiger i løbet af dagen, især på varme dage, hvor beboerne skruer op for airconditionen i deres hjem.

De elselskaber, der leverer strømmen, skal kunne klare de udsving og imødekomme spidsbelastningen. Traditionelt krævede det, at de enten byggede en masse dyre kul-, gas- eller atomkraftværker eller købte energi fra andre leverandører, når de har brug for det.

Men i disse dage kigger nogle forsyningsselskaber på en billigere - og potentielt mere miljøvenlig - løsning. Vi taler om virtuelle kraftværker.

1. Hvad er et virtuelt kraftværk?
2. Fordele ved virtuelle kraftværker
3. Vedvarende energi er nøglen

Hvad er et virtuelt kraftværk?

Virtuelle kraftværker samler flere mindre kilder til elektricitet - såsom solpaneler, vindmøller og endda boligbatterier - der er fordelt på forskellige steder på tværs af et område, så de kan fungere, som om de er et konventionelt kraftværk, og balancere energi nettet belaster eller flytter strøm derhen, hvor det er mest nødvendigt for pålidelighed. De forskellige enheder er ofte forbundet via et sofistikeret softwaresystem, der signalerer, hvornår de skal øge eller mindske strømproduktionen, og dirigerer, hvor energien skal gå.

I 2021 annoncerede Green Mountain Power, et innovativt Vermont-baseret værktøj, for eksempel en plan om at skabe et virtuelt kraftværk, der ville bruge et netværk af Tesla Powerwall backup-batterier i kundernes hjem. Ved hjælp af software fra Customized Energy Solutions (CES) kan elektriciteten, der er lagret i Tesla-batterierne, trækkes tilbage til det regionale netsystem, når det er nødvendigt for at sikre en stabil, reguleret strøm af elektricitet til kunderne. Som Cnet.com rapporterede i marts 2022, får kunderne en backup-energikilde i tilfælde af strømafbrydelse, mens forsyningsselskabet får en kilde til elektricitet, som det kan trække på, når efterspørgslen topper.

"Dette projekt ville ikke være muligt uden de gode partnerskaber, vi har med vores kunder i Powerwall-programmet," sagde Mari McClure, præsident og CEO for Green Mountain Power, i en pressemeddelelse. "Denne pilot er unik og vigtig, fordi den bygger videre på vores eksisterende innovation og samarbejde for at levere meningsfulde ændringer til væsentlige netfunktioner ved at reducere kulstofemissioner, øge ydeevnen og sænke omkostningerne."

SunPower Corp., en udbyder af solteknologi, annoncerede også i november 2021, at de havde lanceret sit eget virtuelle kraftværk. Det nye system giver kunder fra Eversource og National Grid i Massachusetts, Rhode Island og Connecticut, som har SunVault-akkumulatorer, mulighed for at blive betalt for at lade forsyningsselskaberne bruge deres lagrede energi i tider med spidsbelastning.

Fordele ved virtuelle kraftværker

På nogle måder er virtuelle kraftværker analoge med grid computing-systemer, hvor netværk af computere kan dele ressourcer og endda kombinere deres kapacitet til at udføre opgaver, ifølge Bill Schofield. Han er vicepræsident for Future-Grid Services for CES, et Philadelphia-baseret firma, der leverer både konsulentrådgivning og tjenester til en række virksomheder i energibranchen, herunder producenter af sol- og vindenergi. En af CES' kunder er Green Mountain Power.

"[Virtuelle kraftværker er] distribuerede ... batterier eller små, bittesmå kraftværker og lokale backup-generatorer," forklarer Schofield. "[Det er et] koncept, der ligner meget at bruge internetforbindelse til at forbinde masser af små ressourcer, der tilsammen kan udføre det samme arbejde som et stort kraftværk."

Den decentraliserede natur af virtuelle kraftværker gør dem potentielt mere modstandsdygtige i kølvandet på ekstremt vejr eller andre katastrofer.

"Lad os sige, at en tornado kommer gennem et område og vælter transmissionsledningen til et stort kraftværk. Du mister al den kraft. Ikke?" siger Schofield. "Men hvis du har et virtuelt kraftværk, hvor det har masser af små ressourcer spredt over det hele, kan en tornado måske tage 10 procent af det virtuelle kraftværk ud, men de andre 90 procent er der stadig og tilgængelige."

Virtuelle kraftværker er også fordelagtige til net på andre måder, herunder spændingsstøtte. En afgørende faktor i et pålideligt elnet er at holde spændingen inden for acceptable niveauer; ellers kan udstyr blive beskadiget, der kan være strømafbrydelser osv. Men spændingen varierer på tværs af nettet og ved hver grænseflade (transformerstationer, transformere osv.), skal den korrekte spænding opretholdes.

Med et virtuelt kraftværk er der færre af disse. "Du har masser af små ressourcer placeret tæt på eller på samme sted, hvor elektriciteten bliver brugt," forklarer Schofield. "Du behøver ikke bygge så store distributions- eller transmissionsledninger for at opretholde den korrekte spænding."

Vedvarende energi er nøglen

Endnu en fordel ved virtuelle kraftværker er, at de gør det nemmere at regulere vedvarende energikilder og at få den slags kontrol over mængden af ​​elektricitet, der går ind i nettet, som et konventionelt elektrisk anlæg, der brænder fossilt brændstof, ville have.

"Et virtuelt kraftværk kan igen inkludere små batterier til backupgenerator, men det kan også under det generelle udtryk omfatte det, der kaldes 'efterspørgselsrespons'," siger Schofield.

Et værk med et virtuelt kraftværk kan sende beskeder til kunder om at skrue ned for deres forbrug på bestemte tidspunkter, eventuelt tilbyde et gavekort til en lokal restaurant som et incitament. I dele af landet, hvor forsyningsselskaber køber elektricitet fra forskellige leverandører, kan virtuelle kraftværker hjælpe forsyningsselskaber med at reagere på markedsprisen for elektricitet.

Indirekte kan disse incitamenter hjælpe med at lette vedvarende energikilder som vind og sol, siger Schofield. Fordi de er variable - hvilket betyder, at solen holder op med at skinne, og vinden holder op med at blæse - skal mængden af ​​elektricitet, de leverer, justeres til den evne, de kan rumme. Traditionelt opvejes balancen af ​​udbydere af fossile brændstoffer.

"Et virtuelt kraftværk er beregnet til at fungere på samme måde, eller at levere den samme slags tjenester, som et stort kraftværk kan," siger Schofield, "og at kunne sendes, hvilket betyder, at jeg kan kommunikere til det og bede det gøre noget anderledes . Rampen op eller ned er en del af værdien."

Ved at interagere med forbrugere og rekruttere dem til at hjælpe med at styre energiforbruget, kan virtuelle kraftværker spille en rolle i løsningen af ​​et af forsyningsindustriens mangeårige problemer:spidsbelastning.

"Et betydeligt flertal af omkostningerne ved at levere elektricitet er kun at håndtere disse spidsbelastningsdage," siger Schofield. "Hvis man kan få forbrugere af alle typer til at bruge deres forbrug på de måder, måske børste deres tænder med en almindelig tandbørste i stedet for deres elektriske... så kan man trække mange omkostninger ud af systemet. Og man kan også tage ud af et stort behov for afbrænding af fossile brændstoffer. Men dette er historisk meget svært, fordi ... den gennemsnitlige person ikke vil genere sig selv særlig meget."

Men han siger også, at det er ved at ændre sig. Yngre generationer er mere bæredygtigt bevidste, og alle har en smartphone. Måske vil du en dag få en advarsel på din telefon, der siger "Alarm om elforbrug. Skru venligst ned for din termostat." Og du optjener incitamentspoint, hvis du gør det. Ville du?

Schofield siger, du måske. "For det meste vil folk gøre en god ting, fordi de faktisk betaler en fast pris, og de faktiske omkostninger for dem ved at forbruge den elektricitet er ret små," siger han. "Men hvis du får tusindvis af mennesker til at reagere, så tilføjer den lille smule noget meningsfuldt."

Det Internationale Energiagentur forudser, at den globale efterspørgsel efter elektricitet vil stige 2,5 gange i 2050, og det vil kræve $14 billioner i opgraderinger af verdens elnet for at klare det.