Виртуальные электростанции наживают свой момент

Немецкое коммунальное предприятие RWE реализовало первая известная виртуальная электростанция (VPP) в 2008 году, объединяя девять малых гидроэлектростанция электростанции общей мощностью 8,6 мегаватт. В общем, VPP объединяет множество мелких компонентов, таких как солнечная батарея на крышедом батарейкии умные термостаты — в единую скоординированную систему энергосистема. Система реагирует на потребности сети по требованию, будь то путем предоставления накопленной энергии или снижения потребления энергии за счет умные устройства в часы пик.

ВПП был момент в середине 2010-х годов, но рыночные условия и технологии не совсем подходили для того, чтобы они могли взлететь. Спрос на электроэнергию был недостаточно высокима существующие источники — уголь, природный газатомная энергия и возобновляемые источники энергии — удовлетворяли спрос и поддерживали стабильные цены. Кроме того, несмотря на затраты на оборудование, такое как солнечные панели и батареи разряжались, программное обеспечение для связи и управления этими ресурсами отставало, и у него не было большого финансового стимула, чтобы наверстать упущенное.

Но времена изменились, и менее десяти лет спустя звезды сошлись в пользу VPP. Они достигают переломного момента в развертывании и могут сыграть значительную роль в удовлетворении спроса на энергию в течение следующих 5–10 лет, используя более быстрый, дешевый и экологичный способ, чем другие решения.

Спрос на электроэнергию в США растет

Спрос на электроэнергию в Соединенные Штаты ожидается, что вырасти на 25 процентов к 2030 году за счет строительства центров обработки данных, электромобилипроизводство и электрификацияПо оценкам технологического консультанта ICF International.

В то же время множество узких мест затрудняет расширение сети. Есть отставание как минимум три-пять лет на новом газовые турбины. Сотни гигаватты возобновляемых источников энергии томятся в очередях на межсетевое соединение, причем задержка составляет до пяти лет. На стороне доставки есть нехватка трансформатора решение этой проблемы может занять до пяти лет, а также нехватка линии электропередачи. Все это приводит к длительному и медленному процессу увеличения мощностей по генерации и доставке, и в ближайшее время он не станет быстрее.

«Заправка электромобилей, электроотопление и центры обработки данных использование только традиционных подходов приведет к увеличению ставок, которые и без того слишком высоки», — говорит Брэд Хевенерисполнительный директор компании Калифорнийская ассоциация солнечной энергии и хранения данных.

Войдите в обширную сеть ресурсов, которые уже активны и подключены к сети, а также в идеальный шторм факторов, благодаря которым сейчас самое время их масштабировать. Адель Насирипрофессор электротехника в Университете Южной Каролины, говорят, что изменчивость нагрузок от центров обработки данных и электромобилей увеличилась, равно как и внедрение сетевых батарей и хранилищ. Есть еще распределенная энергия ресурсов, чем было раньше, и за последнее десятилетие были достигнуты успехи в управлении сетями с использованием автономного контроля.

Однако в основе всего этого лежит технология, которая хранит и распределяет электроэнергию по требованию: батареи.

Достижения в области аккумуляторных технологий

За последние 10 лет, цены на аккумуляторы резко упали: средний литий-ионный аккумулятор цена упала с 715 долларов США за киловатт-час в 2014 году до 115 долларов США за кВтч в 2024 году. плотность энергии одновременно увеличился благодаря сочетанию усовершенствованных материалов, оптимизации конструкции аккумуляторных элементов и усовершенствованию упаковки аккумуляторных систем, говорит Оливер Гроссстарший научный сотрудник накопитель энергии и электрификация автопроизводителя Stellantis.

Самые большие улучшения коснулись аккумуляторов. катоды и электролитыпричем катоды на основе никеля начали использоваться около десяти лет назад. «Во многих отношениях катод ограничивает емкость батареи, поэтому, открывая возможности катодных материалов с более высокой емкостью, мы смогли воспользоваться преимуществами присущей анодным материалам более высокой емкости», — говорит Грег Лессдиректор лаборатории батарей Мичиганского университета.

Увеличение процента никель в катоде (относительно других металлов) увеличивается плотность энергии потому что никель может содержать больше лития на грамм, чем такие материалы, как кобальт или марганец, обменивая больше электроны и более полно участвовать в окислительно-восстановительных реакциях, которые перемещают литий внутрь и наружу батареи. То же самое касается и кремния, который стал все чаще использоваться в анодах. Однако есть компромисс: эти материалы вызывают большую структурную нестабильность во время циклической работы батареи.

Анод и катод окружены жидким электролитом. Электролит должен быть электрически и химически стабильным при воздействии на анод и катод, чтобы избежать таких угроз безопасности, как термический побег или пожары и быстрая деградация. «Настоящей революцией стал прорыв в химии, позволивший сделать электролит стабильным по отношению к более активным катодным материалам и повысить плотность энергии», — говорит Гросс. Химические добавки, многие из которых основаны на сера и химия бора – поскольку электролит помогает создавать стабильные слои между ним и материалами анода и катода. «Они формируют эти защитные слои на самом раннем этапе производственного процесса, чтобы клетка оставалась стабильной на протяжении всей своей жизни».

Эти достижения в первую очередь были достигнуты электромобиль аккумуляторы, которые отличаются от аккумуляторов сетчатого типа тем, что электромобили часто припаркованы или простаивают, в то время как сетевые батареи постоянно подключены и должны быть готовы передавать энергию. Однако, говорит Гросс, «те же подходы, которые позволили повысить плотность энергии в электромобилях, также могут быть применены для оптимизации Сетевое хранилище. Материалы могут немного отличаться, но методологии те же». Самым популярным катодным материалом для сетевых аккумуляторов на данный момент является литий-железо-фосфат, или LFP.

Благодаря этим техническим достижениям и снижению затрат был запущен эффект домино: чем больше батарей используется, тем дешевле они становятся, что способствует более широкому внедрению и создает петли положительной обратной связи.

Регионы, которые часто сталкивались с отключениями электроэнергии, например, некоторые части Техас, Калифорнияи Пуэрто-Рико— являются основным рынком домашних аккумуляторов. Техас Базовая мощностькоторая в октябре привлекла 1 миллиард долларов в рамках финансирования серии C, устанавливает батареи в домах клиентов и становится их розничная торговля поставщик электроэнергии, заряжающий батареи, когда избыток ветровой или солнечной энергии снижает цены, а затем продающий эту энергию обратно в сеть, когда спрос резко возрастает.

Однако еще есть возможности для улучшения. Для более широкого внедрения, говорит Насири, «стоимость установленной батареи должна составлять менее 100 долларов за кВтч для крупных развертываний VPP».

Улучшения в программном обеспечении VPP

Инфраструктура программного обеспечения, которая когда-то ограничивала VPP пилотные проекты превратилась в надежную цифровую магистраль, что делает возможным эксплуатацию VPP в масштабе сети. Достижения в области искусственного интеллекта имеют ключевое значение: многие VPP теперь используют машинное обучение алгоритмы для прогнозирования гибкости нагрузки, мощности солнечной энергии и батарей, поведения клиентов и событий, вызывающих стресс в сети. Это повышает надежность мощности ВЭС, что исторически было серьезной проблемой для сетевых операторов.

В то время как солнечные панели развиваются, развитие VPP до недавнего времени сдерживалось отсутствием аналогичного прогресса в необходимом программном обеспечении.Санран

Кибербезопасность стандарты совместимости все еще развиваются. Процессы межсоединения и прозрачность данных во многих областях не согласованы, что затрудняет эффективный мониторинг и координацию распределенных ресурсов. Короче говоря, несмотря на то, что технология и экономика VPP прочно устоялись, еще предстоит проделать работу по согласованию регулирования, инфраструктуры и структуры рынка.

Помимо технических и финансовых ограничений, VPP уже давно сдерживаются правилами, которые не позволяют им участвовать в энергетических рынках, как традиционные генераторы. SolarEdge недавно объявлено включение более 500 мегаватт-часов бытовых аккумуляторов в свои программы VPP. Тамара Синенскаястарший менеджер компании по сетевым услугам, говорит, что самым большим препятствием на пути к достижению этой вехи было не техническое, а разработка программы регулирования.

Поддержка сети спроса в Калифорнии (ДСГС) Программа, запущенная в середине 2022 года, платит домам, предприятиям и ВЭС за сокращение потребления электроэнергии или ее сброс во время чрезвычайных ситуаций в сети. «Мы наблюдаем значительный рост числа участников программы VPP, главным образом благодаря программе DSGS», — говорит Синенский. Аналогичным образом, в июле ВЭС компании Sunrun в Северной Калифорнии подала в сеть 535 мегаватт электроэнергии от домашних аккумуляторов. Увеличение на 400 процентов в участии в VPP с прошлого года.

Приказ FERC 2222Закон, изданный в 2020 году, требует, чтобы региональные сетевые операторы разрешили ВЭС продавать электроэнергию, снижать нагрузку или предоставлять сетевые услуги непосредственно операторам оптового рынка и получать за это ту же рыночную цену, что и традиционным электростанция за эти услуги. Тем не менее, во многих штатах и регионах сети еще нет процесса выполнения приказа FERC. А поскольку коммунальные предприятия получают прибыль от расширения сети, а не от внедрения VPP, у них нет стимула интегрировать VPP в свою деятельность. Коммунальные предприятия «рассматривают аккумуляторы клиентов как конкурентов», — говорит Хивнер.

По словам Насири, ВЭС окажут существенное влияние на энергосистему, если они достигнут уровня проникновения в 2 процента от пиковой мощности рынка. «Большее проникновение — до 5 процентов на срок до 4 часов — необходимо для того, чтобы оказать существенное влияние на пропускную способность при планировании и эксплуатации сети», — говорит он.

Другими словами, операторам VPP предстоит много работы по дальнейшему раскрытию гибкой мощности в домах, на предприятиях и в электромобилях. Дополнительные технические и политические достижения могут превратить VPP из нишевого инструмента обеспечения надежности в ключевой источник энергии и стабилизатор сети в предстоящем энергетическом кризисе.

Статьи из вашего сайта

Статьи по теме в Интернете