یک کارشناس انرژی توضیح می دهد که نیروگاه مجازی چیست؟

17 اکتبر 2023 -نوشته دانیل کوهان، گفتگو-اعتبار: دامنه عمومی Pixabay/CC0

پس از نزدیک به دو دهه رکود، تقاضای برق در ایالات متحده به دلیل افزایش تعداد خودروهای برقی، مراکز داده و تهویه مطبوع در آب و هوای گرم افزایش یافته است. اما نیروگاه های سنتی که از زغال سنگ، گاز طبیعی یا انرژی هسته ای برق تولید می کنند، سریعتر از نیروگاه های جدید در این کشور ساخته می شوند. بیشتر منابع جدید از مزارع بادی و خورشیدی تامین می شود که اثر آنها بر آب و هوا متفاوت است.

این باعث شد که شرکت های برق به دنبال راه های جدیدی برای تعادل عرضه و تقاضا باشند. یکی از گزینه هایی که آنها به آن روی آورده اند، نیروگاه های مجازی است.

اینها تأسیسات عظیمی نیستند که در یک سایت برق تولید کنند. در عوض، آن‌ها مجموعه‌ای از تولیدکنندگان، مصرف‌کنندگان و ذخیره‌کنندگان برق هستند – که مجموعاً به عنوان منابع انرژی توزیع‌شده شناخته می‌شوند – که مدیران شبکه می‌توانند در صورت نیاز از آنها استفاده کنند.

برخی از این منابع، مانند باتری ها، ممکن است انرژی الکتریکی ذخیره شده را ارائه دهند. برخی دیگر ممکن است مصرف‌کنندگان بزرگ برق باشند، مانند کارخانه‌ها، که صاحبان آنها موافقت کرده‌اند که مصرف برق خود را زمانی که تقاضا زیاد است کاهش دهند و انرژی را برای مشتریان دیگر آزاد کنند. منابع برق مجازی معمولاً سریع‌تر در مکان‌یابی و ساخت هستند و می‌توانند تمیزتر و ارزان‌تر از نیروگاه‌های جدید باشند.

یک منبع رو به رشد

نیروگاه های مجازی جدید نیستند. وزارت انرژی ایالات متحده تخمین می زند که در حال حاضر 30 تا 60 گیگاوات از آنها در حال بهره برداری است. یک گیگاوات 1 میلیارد وات است – تقریباً خروجی 2.5 میلیون پنل فتوولتائیک خورشیدی یا یک راکتور هسته ای بزرگ.

بیشتر این نیروگاه‌های مجازی مشتریان صنعتی هستند که توافق کرده‌اند در شرایط تنگاتنگ تقاضا را کاهش دهند. اما از آنجایی که تعداد روزافزون خانه‌ها و کسب‌وکارهای کوچک، پنل‌های خورشیدی، باتری‌ها و ماشین‌های الکتریکی روی پشت‌بام را اضافه می‌کنند، این مشتریان انرژی می‌توانند نه تنها به مصرف‌کنندگان، بلکه تامین‌کنندگان برق شبکه نیز تبدیل شوند.

به عنوان مثال، صاحبان خانه‌ها می‌توانند باتری‌های خود را با استفاده از خورشیدی پشت بام در زمان آفتابی شارژ کنند، و در عصر که تقاضا زیاد است و گاهی اوقات قیمت‌ها افزایش می‌یابد، برق را به شبکه بازگردانند.

از آنجایی که ترموستات‌ها و آبگرمکن‌های هوشمند، پنل‌های خورشیدی روی پشت‌بام و باتری‌ها مشتریان بیشتری را قادر می‌سازد تا در آنها مشارکت کنند، DOE تخمین می‌زند که مقیاس نیروگاه‌های مجازی تا سال 2030 سه برابر می‌شود. این می‌تواند تقریباً نیمی از ظرفیت جدیدی را که ایالات متحده برای پوشش دادن نیاز دارد پوشش دهد. تقاضا و جایگزینی نیروگاه های قدیمی بازنشسته شوند. این رشد به محدود کردن هزینه ساخت مزارع جدید بادی و خورشیدی و نیروگاه های گاز کمک می کند.و از آنجایی که نیروگاه های مجازی در جایی قرار دارند که برق مصرف می شود، بار سیستم های انتقال قدیمی را که برای اضافه کردن خطوط جدید تلاش کرده اند، کاهش می دهند.

نیروگاه های مجازی نسبت به نیروگاه های بزرگ و متمرکز در برابر قطع خدمات انعطاف پذیرتر هستند زیرا منابع انرژی را در مناطق وسیعی توزیع می کنند.

نقش های جدید برای مشتریان برق

نیروگاه های مجازی نقش تولیدکنندگان و مصرف کنندگان برق را به چالش می کشند. نیروگاه های سنتی برق را در مکان های مرکزی تولید می کنند و آن را از طریق خطوط برق به مصرف کنندگان منتقل می کنند. برای عملکرد شبکه، عرضه و تقاضا باید همیشه متعادل باشند.

تقاضای مشتری معمولاً فرض می شود که با توجه به آب و هوا در نوسان است اما از یک الگوی نسبتاً قابل پیش بینی در طول یک روز پیروی می کند. برای ارضای آن، اپراتورهای شبکه ترکیبی از منابع بار پایه را ارسال می کنند که به طور مداوم کار می کنند، مانند زغال سنگ و نیروگاه های هسته ای، و منابع انعطاف پذیرتر مانند گاز و انرژی آبی که می توانند خروجی خود را به سرعت در صورت نیاز تعدیل کنند.

خروجی مزارع بادی و خورشیدی در طول روز افزایش و کاهش می یابد، بنابراین سایر منابع باید انعطاف پذیرتر عمل کنند تا عرضه و تقاضا متعادل بماند. با این حال، ایده اصلی این است که امکانات عظیم برای میلیون ها مصرف کننده منفعل نیرو تولید می کند.

نیروگاه های مجازی با پذیرش این واقعیت که مصرف کنندگان می توانند تقاضای برق خود را کنترل کنند، این مدل را بهبود می بخشند. مصرف‌کنندگان صنعتی مدت‌هاست که راه‌هایی برای انعطاف‌پذیری عملکرد خود پیدا کرده‌اند، و تقاضا را در زمانی که منابع برق در ازای مشوق‌ها یا نرخ‌های تخفیف کم هستند، محدود می‌کنند.

اکنون، ترموستات‌ها و آبگرمکن‌هایی که با شبکه ارتباط برقرار می‌کنند می‌توانند به خانوارها اجازه دهند تقاضای خود را نیز تعدیل کنند. به عنوان مثال، آبگرمکن‌های برقی هوشمند می‌توانند آب را بیشتر در زمانی که برق فراوان و ارزان است گرم کنند و زمانی که برق کمیاب است تقاضا را محدود کنند.

در ورمونت، Green Mountain Power به مشتریان خود مشوق هایی را برای نصب باتری هایی ارائه می دهد که در صورت نیاز، برق را به شبکه برمی گرداند. در تگزاس، جایی که من زندگی می کنم، خاموشی های مرگبار در سال 2021 اهمیت تقویت شبکه برق ایزوله ما را برجسته کرد. اکنون، شرکت‌های برقی اینجا از Powerwalls تسلا برای کمک به تبدیل خانه‌ها به منابع برق مجازی استفاده می‌کنند. استرالیای جنوبی قصد دارد 50000 خانه را با انرژی خورشیدی و باتری متصل کند تا بزرگترین نیروگاه مجازی آن کشور را بسازد.

قدرت مجازی، چالش های واقعی

نیروگاه های مجازی نوشدارو نیستند. بسیاری از مشتریان تمایلی به صرف نظر از کنترل موقتی تی خود ندارند.

برخی از مصرف کنندگان نیز نگران امنیت و حریم خصوصی کنتورهای هوشمند هستند. باید دید چه تعداد از مشتریان برای این برنامه های نوظهور ثبت نام می کنند و اپراتورهای آنها چقدر عرضه و تقاضا را تعدیل می کنند.

همچنین چالش هایی در پایان کسب و کار وجود دارد. مدیریت میلیون ها مصرف کننده بسیار سخت تر از ده ها نیروگاه است. اپراتورهای نیروگاه مجازی می توانند با پاداش دادن به مشتریان برای اینکه به آنها اجازه می دهند عرضه و تقاضای خود را به صورت هماهنگ منعطف کنند، بر این چالش غلبه کنند.

با افزایش تقاضای برق برای رفع نیازهای اقتصادهای در حال رشد و جایگزینی خودروها و کوره‌های سوخت فسیلی و افزایش اتکا به منابع تجدیدپذیر، مدیران شبکه به تمام انعطاف‌پذیری لازم برای متعادل کردن بازده متغیر تولید باد و خورشید نیاز دارند. نیروگاه‌های مجازی می‌توانند به تغییر شکل انرژی الکتریکی به صنعتی کمک کنند که چابک‌تر، کارآمدتر و پاسخگو به شرایط متغیر و نیازهای مشتریان باشد.