利用下一个能源存储时代——尤其是在脱碳的保护下——将需要多种技术并改变我们运营电网的方式。ABB 电网电网边缘解决方案全球产品经理 Tilo Buehler 解释了虚拟发电厂和分布式能源如何应对这些挑战。

协助 VPP 部署

　　随着我们进入下一个能源时代，有无数的新资源和技术可供利用。我们的气候优先事项正在转向减少排放和对化石燃料的依赖，并增加对可再生能源和电池的使用。市场正在跟上这种需求。据能源存储协会称，预计到 2021 年，能源存储量将增加两倍，从而释放出更高份额的可再生能源发电，同时为电网带来更大的灵活性和弹性。

　　利用这一优势意味着改变我们运营电网的方式，并重新思考如何整合不同的能源和软件。实现这一目标的一种方法是在地方层面实施微电网概念，并将分布式能源 (DER) 合并到虚拟发电厂 (VPP) 中。分布式能源 (DER) 是连接到电网配电系统的电源或电源接收器;其子系统或客户电表后面，例如产消者的太阳能系统、电动汽车充电器和存储资源。这些 DER 可用于提高系统的灵活性。

　　根据定义，微电网是规模较小的自给自足的发电和配电系统。它们使能源网络不断发展并应对新的挑战和应用。VPP 是一个 DER 网络，例如风能、太阳能发电场和存储系统，这些网络聚集起来可以稳定电网，允许灵活的能源使用并解决需求高峰。微电网和 VPP 用于控制和运行的系统有所不同，但许多使用目标仍然相对相同。

　　随着我们继续努力实现更加可持续的未来，我们的电网基础设施需要更大的灵活性和整合各种分布式能源(包括风能和太阳能)的能力。人们有强烈的动力从集中式电网转向更加分布式的电网，以管理消费者日益增长的需求和天气问题等。

　　几十年来，微电网一直在为偏远社区解决这些问题，VPP 可以从这些实施中学到很多东西。微电网最初是与主网络分离的迷你电网，需要编排以整合可再生能源。现在，在更广泛的互联网络上，我们看到了更多的分布式能源。现在需要将此概念应用于主电网，以从这些分布式能源中获取更多价值。

　　微电网通常是连接在同一电路上的分布式能源。他们可以与电网断开连接以提供本地服务，并为单个客户/企业提供一些优势。它可以应用于更广泛的区域，但总的来说，它们仅限于特定的地理区域。另一方面，VPP 是跨更广泛网格的多个 DER。它们相互协调，为更广泛的网络提供更高层次的利益。

　　VPP 聚合可用电力容量，用于额外发电或减少负载，以形成较大的可交易容量。为了让 VPP 赚钱，这种可交易容量必须比市场上的替代品更便宜。为此，VPP 必须优化闲置产能的采购、管理相关资产收入并优化市场价格驱动的投标。这与微电网不同，微电网中控制系统在本地管理电压和频率。

　　微电网和 VPP 之间最大的交叉点是控制和编排。微电网需要对所有资源进行主动控制，这是平衡和无缝功能的关键。这也适用于 VPP。为了有效工作，VPP 必须协调多个 DER 在特定时刻发挥作用。这需要以市场为中心的大规模聚合、实时控制、自动化和编排。

　　需要明确的是，DERM(分布式能源管理系统)和 VPP 是不同的东西。VPP 通常用于聚合 DER 和电力容量，这些电力容量可用于市场内不特定于位置的服务(通常是频率和需求响应)。对于 DERM(通常在一个分配系统内)来说，DER 的聚合是一种管理网络约束的方法，这些约束是特定于位置的。与微电网不同，VPP 根据定义是数字连接的，但可以分散，因为目标是提供汇总的电网级效益。

　　随着我们从集中式电力模式转向分布式电力模式，虚拟发电厂提供了帮助实现这一转变的新方法，因为它们能够大规模实现可再生能源，并有助于稳定电力系统。DERM 还将提供服务来帮助满足由于网络限制而难以交付的负载。

　　在这两种情况下，纳入并关注可再生能源意味着减少对化石燃料的依赖并降低碳排放。随着世界努力实现净零排放，我们可能会看到更多的 VPP 在并网公用事业上实施。我们正从一个拥有大型集中式发电站的系统(客户在需要时使用能源)转向更多的可再生能源和分布式能源网络，该网络在可变供应和可变需求模式下运行。

　　然而，当人们无法协调所有这些分布式资源时，就需要一个“指挥者”来协调它们。这就是 VPP 的增值之处。通过聚合分布式能源来提供单一服务，我们创造了关闭依赖化石燃料运行和提供电力的集中式发电站的机会。

　　然而，实现这一目标的最大障碍是监管和商业设置。VPP 提供了很多价值，但除非可以货币化，否则很难推销。这就是为什么这个新模式起步缓慢的原因。

　　例如，在澳大利亚，已经安装了屋顶太阳能和电池的企业和住宅客户使用它来为当地带来好处。VPP 可以连接所有这些单独的能源资源以整体运行，以支持电网并向 DER 所有者返回额外收入。

能源数字化

　　技术是 VPP 发挥作用的关键。拥有坚实的软件基础是确保部署成功的最佳方式。DER 是 VPP 的基础，但通信基础设施是协调它们的最重要的技术。

　　该软件需要聚合和整理不同的设备，从系统操作员那里获取信号并连接到分布式资源。控制层对于“数字运算”和为所有分布式能源分配适当的贡献量以实现有效的兆瓦输出非常重要。如果没有通信和控制层，分布式能源 VPP 将无法工作。

　　人工智能/机器学习 (AI/ML) 和数据分析在“自动竞价”中发挥着更大的作用，“自动竞价”是一种预测如何充分利用能源市场容量和价格的方法。预测越好，做出的决策就越好。AI/ML 和分析可以预测竞价内容，以便为 DER 客户和 VPP 供应商带来更大回报。这些技术还可用于预测可再生能源发电的高峰时间，并据此计算所需的输出。

　　能源行业向数字化的转变是巨大的。传统电网并未将通信和软件放在首位，而是设计了更加被动的电网。在传统设置中，网络运营商会建立额外的容量和网络，如果出现任何问题，仍然有足够的容量来保持正常运转。VPP 主动响应异常情况，但需要连接和软件才能使这种方法发挥作用。在这种情况下，电力工人的技能需要不断发展才能应对这种情况。

　　提高现有劳动力的技能来支持这些新的数字化工作是可能的，但投资于这些新兴领域的最优秀人才也很重要。例如，VPP 的预测部分可能是一家公司与其竞争对手返回更多价值之间的差异，这可能会影响赢得合同。更多的数据、复杂的算法以及知道如何管理两者的人员将带来整体上更成功的业务。

现实生活中的VPP

　　新加坡运营着世界上最可靠的电力网络之一，这是 VPP 项目的一个重要里程碑，因为储能对于将绿色能源有效地融入新加坡电网至关重要。

　　该国的目标是到2030年部署至少2GW峰值太阳能。这相当于为约35万户家庭提供一年的电力。为了提供帮助，新加坡正在开发其第一个 VPP 项目。该项目于2019年启动，由新加坡南洋理工大学能源研究所开发，由新加坡能源市场管理局和胜科工业联合资助。

　　VPP 将使太阳能和其他绿色能源等分布式能源产生的电力能够智能集成，模拟公用事业规模的电力系统。利用实时信息，VPP 将优化全岛这些资源的电力输出。太阳能间歇性引起的能量波动将通过 VPP 自动平衡。

　　ABB 电网的 e-mesh PowerStore 电池储能系统是 VPP 基础设施的关键部分，通过平衡间歇性发电与智能动态负载来提供电网稳定性。

　　澳大利亚的 VPP 机会也已经成熟，因为屋顶太阳能是该国最大的发电商，全国发电量达 12GW。澳大利亚开始启动更多 VPP 项目来解决当地问题并作为收入来源为市场做出贡献。例如，该国一家不受监管的公用事业公司为一些大型商业客户运营自己的 VPP。它将能源存储系统聚合给负载较大的客户，竞标其市场，并通过在特定时间关闭处理器来帮助客户节省资金。

　　全球许多市场已经采用了 DER，许多司法管辖区正在努力发掘其价值并了解其社会和技术效益。如果没有 VPP，他们就会白白浪费钱。

　　分布式能源 (DER) 为个人客户做了很多事情，但他们还可以做得更多。为了更接近我们的清洁能源目标并优化系统，我们需要通过VPP实施来优化它们。如果没有这个，我们就会出现重复——在线发电站和网络中的潜在容量。如果我们能够协调一个国家所有的分布式能源来补充风能和太阳能资源，我们最终就能取代化石燃料。