在经历了近20年的停滞之后，由于气候变暖，电动汽车、数据中心和空调的数量不断增加，美国的电力需求正在飙升。但是，以煤炭、天然气或核能发电的传统发电厂正在以比新建电厂更快的速度退役。大多数新增供应来自风能和太阳能发电场，其产量随天气而变化。

　　这使得电力公司寻求平衡供需的新方法。他们转向的一个选择是虚拟发电厂。

　　这些都不是在一个地方发电的大型设施。相反，它们是电力生产者、消费者和储存者的集合——统称为分布式能源——电网管理者可以在需要时调用它们。

　　其中一些能源，比如电池，可以提供储存的电力。其他可能是电力消费大户，如工厂，其所有者已同意在需求高时减少电力使用，为其他客户腾出能源。与新电厂相比，虚拟能源通常选址和建造速度更快，而且更清洁，运营成本更低。

　　虚拟发电厂并不新鲜。美国能源部估计，目前已经有30到60千兆瓦的太阳能电池板在运行。千兆瓦相当于10亿瓦——大约相当于250万块太阳能光伏板或一个大型核反应堆的发电量。

　　这些虚拟发电厂大多是工业客户，他们同意在条件紧张时减少需求。但随着越来越多的家庭和小企业在屋顶安装太阳能电池板、电池和电动汽车，这些能源客户不仅可以成为消费者，还可以成为电网的电力供应商。

　　例如，房主可以在晴天的时候用屋顶太阳能给电池充电，然后在晚上用电需求高、价格有时会飙升的时候把电放回电网。

　　随着智能恒温器和热水器、屋顶太阳能电池板和电池使更多的客户参与其中，美国能源部估计，到2030年，虚拟发电厂的规模将增加两倍。这可以满足美国为满足不断增长的需求和取代退役的老电厂所需的新产能的大约一半。这种增长将有助于限制建造新的风能、太阳能农场和天然气发电厂的成本。

　　由于虚拟发电厂位于电力消耗的地方，它们将减轻老化的输电系统的负担，这些系统一直在努力增加新的线路。

　　虚拟发电厂争夺电力生产者和消费者的角色。传统的发电厂在中心位置发电，然后通过输电线输送给消费者。为了使电网正常运行，供应和需求必须在任何时候都精确平衡。

　　客户需求通常假定是给定的，随天气而波动，但在一天的过程中遵循一个相当可预测的模式。为了满足这一需求，电网运营商调度了连续运行的基本负荷资源，如煤炭和核电站，以及更灵活的资源，如天然气和水电，可以根据需要快速调节其输出。

　　风能和太阳能发电场的发电量在白天起起落落，因此其他能源必须更加灵活地运行，以保持供需平衡。不过，其基本理念是，大型设施为数百万被动消费者提供电力。

　　虚拟发电厂颠覆了这一模式，因为消费者可以控制自己的电力需求。工业消费者早就找到了灵活运作的方法，在电力供应紧张时限制需求，以换取奖励或折扣利率。

　　现在，与电网通信的恒温器和热水器也可以让家庭调节他们的需求。例如，智能电热水器可以在电力充足和廉价时加热水，并在电力短缺时限制需求。

　　在佛蒙特州，绿山电力公司为其客户提供安装电池的奖励，这些电池将在最需要的时候向电网提供电力。在我居住的德克萨斯州，2021年发生的致命停电事件凸显了加强我们孤立的电网的重要性。现在，这里的公用事业公司正在使用特斯拉的powerwall来帮助把家庭变成虚拟电源。南澳大利亚州的目标是将5万户家庭与太阳能和电池连接起来，建造该国最大的虚拟发电厂。

　　虚拟发电厂并不是万灵药。许多消费者甚至不愿意放弃对恒温器的临时控制，或者在给电动汽车充电时延迟。一些消费者还担心智能电表的安全性和隐私性。有多少客户会注册这些新兴项目，以及运营商将如何有效地调节供需，还有待观察。

　　在业务端也存在挑战。管理数以百万计的消费者比管理几十个发电厂要困难得多。虚拟电厂运营商可以通过奖励客户来克服这一挑战，因为客户允许他们以协调的方式灵活调整供需。

　　随着电力需求的增加，以满足经济增长的需要，取代燃烧化石燃料的汽车和炉子，以及对可再生资源的依赖增加，电网管理人员将需要尽可能的灵活性，以平衡风能和太阳能发电的可变输出。虚拟发电厂可以帮助重塑电力行业，使其更加灵活、高效，并对不断变化的环境和客户需求做出反应。

　　丹尼尔·科汉，莱斯大学土木与环境工程副教授

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