以下文章經The Conversation許可轉載，The Conversation 是一家報道最新研究的線上出版物。
在美國，經歷了近二十年的停滯之後，電力需求正在激增，這主要是由於電動汽車、資料中心和空調在氣候變暖的環境中數量不斷增長所驅動。但是，利用煤炭、天然氣或核能發電的傳統電廠的退役速度快於這個國家新建電廠的速度。大多數新增供應來自風能和太陽能發電場，其輸出功率隨天氣變化。
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這使得電力公司正在尋找新的方法來平衡供需。他們正在轉向的一個選擇是虛擬電廠。
這些不是在單一地點發電的大型設施。相反，它們是由電力生產者、消費者和儲能裝置（統稱為分散式能源）聚集而成，電網管理人員可以根據需要呼叫這些資源。
其中一些資源，例如電池，可以提供儲存的電力。另一些資源可能是大型電力消費者，例如工廠，其所有者已同意在需求高峰時減少用電量，從而為其他客戶騰出能源。與新建電廠相比，虛擬電源通常更容易選址和建設，並且執行起來更清潔、更便宜。
不斷增長的資源
虛擬電廠並非新生事物。美國能源部估計，目前已經有 30 到 60 吉瓦的虛擬電廠在執行。一吉瓦是 10 億瓦，大約相當於250 萬塊太陽能光伏板或一個大型核反應堆的輸出功率。
大多數虛擬電廠是工業客戶，他們已同意在情況緊張時減少需求。但是，隨著越來越多的家庭和小型企業增加屋頂太陽能電池板、電池和電動汽車，這些能源客戶不僅可以成為消費者，還可以成為電網的電力供應商。
例如，房主可以在陽光充足時使用屋頂太陽能為電池充電，並在晚上需求高峰且價格有時飆升時將電力放回電網。
隨著智慧恆溫器和熱水器、屋頂太陽能電池板和電池使更多客戶能夠參與其中，美國能源部估計，到 2030 年，虛擬電廠的規模可能會擴大三倍。這可能約佔美國為滿足不斷增長的需求和替換退役舊電廠所需的新增容量的一半。這種增長將有助於限制建設新的風能和太陽能發電場以及燃氣電廠的成本。
而且，由於虛擬電廠位於電力消耗地，它們將減輕老化輸電系統的負擔，這些系統難以增加新線路。
電力客戶的新角色
虛擬電廠顛覆了電力生產者和消費者的角色。傳統電廠在中心位置發電，並透過電力線將其輸送到消費者。為了使電網正常執行，供需必須始終精確平衡。
通常假設客戶需求是給定的，它隨天氣波動，但在一天中遵循相當可預測的模式。為了滿足需求，電網運營商排程基本負荷電源（例如煤炭和核電廠，它們持續執行）以及更靈活的電源（例如天然氣和水力發電，它們可以根據需要快速調節輸出功率）的組合。
風能和太陽能發電場的輸出功率在白天上升和下降，因此其他電源必須更靈活地執行，以保持供需平衡。儘管如此，基本思路仍然是大型設施為數百萬被動消費者發電。
虛擬電廠顛覆了這種模式，因為它接受了消費者可以控制其電力需求的事實。長期以來，工業消費者一直找到了靈活運營的方法，在電力供應緊張時限制需求，以換取激勵或折扣費率。
現在，與電網通訊的恆溫器和熱水器也可以讓家庭調節其需求。例如，智慧電熱水器主要可以在電力充足且便宜時加熱水，並在電力稀缺時限制需求。
在佛蒙特州，Green Mountain Power 正在為其客戶提供激勵措施，以安裝電池，這些電池將在最需要時向電網供電。在德克薩斯州（我居住的地方），2021 年致命的停電突顯了加強我們孤立電網的重要性。現在，這裡的公用事業公司正在使用特斯拉 Powerwalls來幫助將家庭變成虛擬電源。南澳大利亞州的目標是將 50,000 個家庭與太陽能和電池連線起來，以建設該國最大的虛擬電廠。
虛擬電力，真實的挑戰
虛擬電廠並非萬能藥。許多客戶不願意放棄對其恆溫器的臨時控制，或者在為電動汽車充電時出現延遲。一些消費者還擔心智慧電錶的安全和隱私。有多少客戶會註冊這些新興計劃，以及其運營商將如何有效地調節供需，還有待觀察。
業務方面也存在挑戰。管理數百萬消費者比管理數十家電廠要困難得多。虛擬電廠運營商可以透過獎勵客戶允許他們以協調的方式靈活調整供需來克服這一挑戰。
隨著電力需求上升以滿足不斷增長的經濟體的需求並取代燃燒化石燃料的汽車和熔爐，以及對可再生資源的依賴增加，電網管理人員將需要儘可能多的靈活性來平衡風能和太陽能發電的可變輸出。虛擬電廠可以幫助將電力行業重塑為一個更靈活、高效且能夠響應不斷變化的條件和客戶需求的行業。
本文最初發表於The Conversation。閱讀原文。