„Wirtualne” elektrownie zapewniają sieci niezbędną elastyczność

Po prawie dwóch dekadach stagnacji zapotrzebowanie na energię elektryczną w USA gwałtownie rośnie, napędzane rosnącą liczbą samochodów elektrycznych, centrów danych i klimatyzatorów w ocieplającym się klimacie. Jednak tradycyjne elektrownie wytwarzające energię elektryczną z węgla, gazu ziemnego lub energii jądrowej wycofują się z eksploatacji szybciej niż w tym kraju buduje się nowe. Większość nowej podaży pochodzi z farm wiatrowych i fotowoltaicznych, których produkcja zmienia się w zależności od pogody.

 

To zmusza przedsiębiorstwa energetyczne do poszukiwania nowych sposobów zrównoważenia podaży i popytu. Jedną z opcji, do której się zwracają, są wirtualne elektrownie.

 

Nie są to ogromne obiekty wytwarzające energię elektryczną w jednym miejscu. Są to raczej skupiska producentów, konsumentów i magazynów energii elektrycznej – zwane łącznie rozproszonymi zasobami energii – do których zarządzający sieciami mogą się zwrócić w razie potrzeby.

 

Niektóre z tych źródeł, takie jak baterie, mogą dostarczać zmagazynowaną energię elektryczną. Inni mogą być dużymi odbiorcami energii elektrycznej, takimi jak fabryki, których właściciele zgodzili się na ograniczenie zużycia energii w przypadku wysokiego zapotrzebowania, uwalniając energię dla innych klientów. Wirtualne źródła energii zazwyczaj można szybciej zlokalizować i zbudować, a także mogą być czystsze i tańsze w obsłudze niż nowe elektrownie.

 

Wirtualne elektrownie nie są nowością. Departament Energii USA szacuje, że obecnie pracuje ich już od 30 do 60 gigawatów. Gigawat to 1 miliard watów – mniej więcej tyle, ile wynosi moc wyjściowa 2,5 miliona paneli fotowoltaicznych lub jednego dużego reaktora jądrowego.

 

Większość tych wirtualnych elektrowni to klienci przemysłowi, którzy zgodzili się na zmniejszenie zapotrzebowania w trudnych warunkach. Jednak w miarę jak coraz większa liczba domów i małych firm instaluje na dachach panele słoneczne, akumulatory i samochody elektryczne, ci odbiorcy energii mogą stać się nie tylko konsumentami, ale także dostawcami energii do sieci.

 

Na przykład właściciele domów mogą ładować swoje akumulatory za pomocą energii słonecznej umieszczonej na dachu, gdy jest słonecznie, i oddawać energię z powrotem do sieci wieczorem, gdy popyt jest wysoki, a ceny czasami gwałtownie rosną.

 

DOE szacuje, że inteligentne termostaty i podgrzewacze wody, dachowe panele słoneczne i baterie umożliwiają korzystanie z nich większej liczbie klientów, DOE szacuje, że do 2030 r. wirtualna elektrownia mogłaby potroić swoją skalę. Mogłoby to pokryć mniej więcej połowę nowej mocy, której Stany Zjednoczone będą potrzebowały, aby pokryć rosnące zapotrzebowanie popyt i zastąpienie wycofujących się starszych elektrowni. Wzrost ten przyczyniłby się do ograniczenia kosztów budowy nowych farm wiatrowych i fotowoltaicznych oraz elektrowni gazowych.

 

A ponieważ wirtualne elektrownie są zlokalizowane tam, gdzie zużywana jest energia elektryczna, odciążą starzejące się systemy przesyłowe, które miały trudności z dodaniem nowych linii.

 

Wirtualne elektrownie mieszają role producentów i konsumentów energii elektrycznej. Tradycyjne elektrownie wytwarzają energię elektryczną w lokalizacjach centralnych i przesyłają ją liniami energetycznymi do odbiorców. Aby sieć mogła działać, podaż i popyt muszą być zawsze dokładnie zrównoważone.

 

Zwykle zakłada się, że popyt klientów to wielkość, która zmienia się w zależności od pogody, ale kształtuje się w sposób dość przewidywalny w ciągu dnia. Aby temu sprostać, operatorzy sieci dystrybuują mieszankę źródeł obciążenia podstawowego, które działają w sposób ciągły, takich jak elektrownie węglowe i atomowe, oraz bardziej elastycznych źródeł, takich jak gaz i energia wodna, które mogą szybko regulować swoją moc w razie potrzeby.

 

Produkcja z farm wiatrowych i słonecznych rośnie i spada w ciągu dnia, dlatego inne źródła muszą działać bardziej elastycznie, aby utrzymać równowagę podaży i popytu. Podstawową ideą jest jednak to, że ogromne obiekty wytwarzają energię dla milionów pasywnych odbiorców.

 

Wirtualne elektrownie wywracają ten model do góry nogami, przyjmując fakt, że konsumenci mogą kontrolować swoje zapotrzebowanie na energię elektryczną. Konsumenci przemysłowi od dawna znajdują sposoby na uelastycznienie swojej działalności, ograniczając popyt w przypadku ograniczonych dostaw energii w zamian za zachęty lub obniżki stawek.

Teraz termostaty i podgrzewacze wody komunikujące się z siecią mogą pozwolić gospodarstwom domowym również regulować swoje zapotrzebowanie. Na przykład inteligentne elektryczne podgrzewacze wody mogą podgrzewać wodę głównie wtedy, gdy energii jest dużo i jest tania, oraz ograniczać zapotrzebowanie, gdy energii jest mało.

 

W Vermont firma Green Mountain Power oferuje swoim klientom zachęty do instalowania akumulatorów, które zapewnią energię z powrotem do sieci wtedy, gdy będzie ona najbardziej potrzebna. Teraz przedsiębiorstwa użyteczności publicznej wykorzystują ściany Tesla Powerwall, aby pomóc zamienić domy w wirtualne źródła energii. Australia Południowa zamierza podłączyć 50000 domów do instalacji fotowoltaicznych i baterii, aby zbudować największą wirtualną elektrownię w tym kraju.

 

Wirtualne elektrownie nie są panaceum. Wielu klientów niechętnie rezygnuje nawet chwilowo z kontroli nad termostatami, czy też ma opóźnienia w ładowaniu samochodu elektrycznego. Niektórzy konsumenci są również zaniepokojeni bezpieczeństwem i prywatnością inteligentnych liczników. Czas pokaże, ilu klientów zapisze się do tych powstających programów i jak skutecznie ich operatorzy będą modulować podaż i popyt.

 

Wyzwania pojawiają się także po stronie biznesowej. Dużo trudniej jest zarządzać milionami odbiorców niż dziesiątkami elektrowni. Operatorzy wirtualnych elektrowni mogą pokonać to wyzwanie, nagradzając klientów za umożliwienie im skoordynowanego dostosowywania podaży i popytu.

 

W miarę wzrostu zapotrzebowania na energię elektryczną w celu zaspokojenia potrzeb rozwijających się gospodarek i zastąpienia samochodów i pieców spalających paliwa kopalne, a także zwiększania się zależności od zasobów odnawialnych, zarządcy sieci będą potrzebować całej możliwej elastyczności, aby zrównoważyć zmienną moc wytwarzania energii wiatrowej i słonecznej. Wirtualne elektrownie mogłyby pomóc w przekształceniu energetyki elektrycznej w branżę, która jest bardziej zwinna, wydajna i reaguje na zmieniające się warunki i potrzeby klientów.