En av de stora utmaningarna som amerikanska elbolag står inför är att efterfrågan på el inte är konstant. Istället går det upp och ner, i allmänhet sjunker på nattetid och stiger under dagen, särskilt under varma dagar när invånarna drar igång luftkonditioneringen i sina hem.
Elbolagen som levererar ström måste klara av de svängningarna och möta efterfrågan som är hög. Traditionellt sett har det krävt att de antingen bygger en massa dyra kol-, gas- eller kärnkraftverk, eller köper energi från andra leverantörer när de behöver det.
Men nuförtiden tittar vissa allmännyttiga företag på en billigare - och potentiellt mer miljövänlig - lösning. Vi pratar om virtuella kraftverk.
InnehållVirtuella kraftverk aggregerar flera mindre elkällor - såsom solpaneler, vindkraftverk och till och med lagringsbatterier för bostäder - som är fördelade på olika platser över ett område, så att de kan agera som om de vore ett konventionellt kraftverk och balansera energi nätlaster eller flytta kraften dit den behövs som mest för tillförlitlighet. De olika enheterna är ofta sammankopplade genom ett sofistikerat mjukvarusystem som signalerar när de behöver öka eller minska kraftproduktionen och styr vart energin behöver ta vägen.
2021 tillkännagav till exempel Green Mountain Power, ett innovativt Vermont-baserat verktyg, en plan för att skapa ett virtuellt kraftverk som skulle använda ett nätverk av Tesla Powerwall reservbatterier i kundernas hem. Med hjälp av mjukvara från Customised Energy Solutions (CES) kan elen som lagras i Tesla-batterierna dras tillbaka till det regionala elnätet när det behövs för att säkerställa ett jämnt, reglerat flöde av el till kunderna. Som Cnet.com rapporterade i mars 2022 får kunderna en reservenergikälla i händelse av ett strömavbrott, medan bolaget får en elkälla som det kan dra nytta av när efterfrågan är som störst.
"Det här projektet skulle inte vara möjligt utan de fantastiska partnerskap vi har med våra kunder i Powerwall-programmet", säger Mari McClure, VD och koncernchef för Green Mountain Power, i ett pressmeddelande. "Denna pilot är unik och viktig eftersom den bygger på vår befintliga innovation och samarbete för att leverera meningsfull förändring av viktiga nätfunktioner genom att minska koldioxidutsläppen, öka prestanda och sänka kostnaderna."
SunPower Corp., en leverantör av solenergiteknik, meddelade också i november 2021 att de hade lanserat sitt eget virtuella kraftverk. Det nya systemet gör det möjligt för kunder från Eversource och National Grid i Massachusetts, Rhode Island och Connecticut som har SunVault-lagringsbatterier att få betalt för att tillåta kraftverken att använda sin lagrade energi under tider med hög efterfrågan.
På vissa sätt är virtuella kraftverk analoga med nätdatorsystem, där nätverk av datorer kan dela resurser och till och med kombinera sin förmåga att utföra uppgifter, enligt Bill Schofield. Han är vice vd för Future-Grid Services för CES, ett Philadelphia-baserat företag som tillhandahåller både konsultrådgivning och tjänster till en mängd olika företag inom energibranschen, inklusive producenter av sol- och vindenergi. En av CES kunder är Green Mountain Power.
"[Virtuella kraftverk är] distribuerade ... batterier, eller små, små kraftverk och lokala reservgeneratorer," förklarar Schofield. "[Det är ett] mycket liknande koncept som att använda internetanslutning för att koppla ihop massor av små resurser som tillsammans kan göra samma jobb som ett enda stort kraftverk."
Den decentraliserade karaktären hos virtuella kraftverk gör dem potentiellt mer motståndskraftiga i spåren av extremt väder eller andra katastrofer.
"Låt oss säga att en tornado kommer genom ett område och slår ner överföringsledningen till ett stort kraftverk. Du förlorar all den kraften. Visst?" säger Schofield. "Men om du har ett virtuellt kraftverk, där det har massor av små resurser spridda överallt, kan en tornado ta ut 10 procent av det virtuella kraftverket, men de andra 90 procenten finns fortfarande kvar och tillgängliga."
Virtuella kraftverk är fördelaktiga för nät även på andra sätt, inklusive spänningsstöd. En avgörande faktor i ett tillförlitligt elnät är att hålla spänningen inom acceptabla nivåer; annars kan utrustningen skadas, det kan bli strömavbrott, etc. Men spänningen varierar över nätet och vid varje gränssnitt (transformatorstationer, transformatorer etc.) måste rätt spänning upprätthållas.
Med ett virtuellt kraftverk är det färre av dessa. "Du har massor av små resurser som ligger nära eller på samma plats där elen används," förklarar Schofield. "Du behöver inte bygga lika stora distributions- eller transmissionsledningar för att behålla rätt spänning."
Ännu en fördel med virtuella kraftverk är att de gör det lättare att reglera förnybara energikällor och att få den typ av kontroll över mängden el som går in i nätet som en konventionell elanläggning som eldar fossila bränslen skulle ha.
"Ett virtuellt kraftverk kan, återigen, innehålla små batterier för reservgenerator, men det kan också under den allmänna termen inkludera vad som kallas "efterfrågesvar", säger Schofield.
Ett verktyg med ett virtuellt kraftverk kan skicka meddelanden till kunder om att minska användningen vid vissa tidpunkter, eventuellt erbjuda ett presentkort till en lokal restaurang som ett incitament. I delar av landet där elbolag köper el från olika leverantörer kan virtuella kraftverk hjälpa elbolag att vara lyhörda för marknadspriset för el.
Indirekt kan dessa incitament hjälpa till att underlätta förnybara energikällor som vind och sol, säger Schofield. Eftersom de är varierande - vilket innebär att solen slutar skina och vinden slutar blåsa - måste mängden elektricitet de tillhandahåller anpassas till den förmåga de kan ta emot. Traditionellt kompenseras balansen av leverantörer av fossila bränslen.
"Ett virtuellt kraftverk är avsett att fungera på samma sätt, eller att tillhandahålla samma typ av tjänster som ett stort kraftverk kan", säger Schofield, "och att kunna skickas, vilket betyder att jag kan kommunicera med det och säga åt det att göra något annorlunda . Upp- eller nedrampen är en del av värdet."
Genom att interagera med konsumenter och rekrytera dem för att hjälpa till med att hantera energianvändningen, kan virtuella kraftverk spela en roll för att lösa ett av energibranschens långvariga problem:toppanvändning.
"En betydande majoritet av kostnaden för att tillhandahålla el är bara för att hantera dessa toppdagar," säger Schofield. "Om man kan få konsumenter av alla slag att använda sin förbrukning på de sätten, kanske borsta tänderna med en vanlig tandborste istället för sin elektriska... då kan man ta ut en hel del kostnader från systemet. Och man kan också ta ut ett stort behov av förbränning av fossila bränslen. Men detta är historiskt mycket svårt, eftersom ... den genomsnittliga personen inte kommer att besvära sig själv särskilt mycket."
Men han säger också att det håller på att förändras. Yngre generationer är mer hållbart medvetna, och alla har en smartphone. En dag kanske du får en varning på din telefon som säger "Alarm för elanvändning. Sänk ner termostaten." Och du kommer att tjäna incitamentspoäng om du gör det. Skulle du?
Schofield säger att du kanske. "För det mesta vill människor göra en bra sak eftersom de faktiskt betalar ett fast pris, och den faktiska kostnaden för dem att konsumera den elen är ganska liten", säger han. "Men om du får tusentals människor att svara, så blir den lilla biten till något meningsfullt."
Nu är det intressantInternational Energy Agency räknar med att den globala efterfrågan på el kommer att öka 2,5 gånger till 2050, och det kommer att kräva 14 biljoner dollar i uppgraderingar av världens elnät för att klara det.
