以下文章经The Conversation许可转载，The Conversation 是一家报道最新研究的在线出版物。
在美国，经历了近二十年的停滞之后，电力需求正在激增，这主要是由于电动汽车、数据中心和空调在气候变暖的环境中数量不断增长所驱动。但是，利用煤炭、天然气或核能发电的传统电厂的退役速度快于这个国家新建电厂的速度。大多数新增供应来自风能和太阳能发电场，其输出功率随天气变化。
支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道： 订阅。通过购买订阅，您将帮助确保未来能够继续报道有关塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事。
这使得电力公司正在寻找新的方法来平衡供需。他们正在转向的一个选择是虚拟电厂。
这些不是在单一地点发电的大型设施。相反，它们是由电力生产者、消费者和储能设备（统称为分布式能源）聚集而成，电网管理人员可以根据需要调用这些资源。
其中一些资源，例如电池，可以提供存储的电力。另一些资源可能是大型电力消费者，例如工厂，其所有者已同意在需求高峰时减少用电量，从而为其他客户腾出能源。与新建电厂相比，虚拟电源通常更容易选址和建设，并且运行起来更清洁、更便宜。
不断增长的资源
虚拟电厂并非新生事物。美国能源部估计，目前已经有 30 到 60 吉瓦的虚拟电厂在运行。一吉瓦是 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输出功率。
大多数虚拟电厂是工业客户，他们已同意在情况紧张时减少需求。但是，随着越来越多的家庭和小型企业增加屋顶太阳能电池板、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，房主可以在阳光充足时使用屋顶太阳能为电池充电，并在晚上需求高峰且价格有时飙升时将电力放回电网。
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客户能够参与其中，美国能源部估计，到 2030 年，虚拟电厂的规模可能会扩大三倍。这可能约占美国为满足不断增长的需求和替换退役旧电厂所需的新增容量的一半。这种增长将有助于限制建设新的风能和太阳能发电场以及燃气电厂的成本。
而且，由于虚拟电厂位于电力消耗地，它们将减轻老化输电系统的负担，这些系统难以增加新线路。
电力客户的新角色
虚拟电厂颠覆了电力生产者和消费者的角色。传统电厂在中心位置发电，并通过电力线将其输送到消费者。为了使电网正常运行，供需必须始终精确平衡。
通常假设客户需求是给定的，它随天气波动，但在一天中遵循相当可预测的模式。为了满足需求，电网运营商调度基本负荷电源（例如煤炭和核电厂，它们持续运行）以及更灵活的电源（例如天然气和水力发电，它们可以根据需要快速调节输出功率）的组合。
风能和太阳能发电场的输出功率在白天上升和下降，因此其他电源必须更灵活地运行，以保持供需平衡。尽管如此，基本思路仍然是大型设施为数百万被动消费者发电。
虚拟电厂颠覆了这种模式，因为它接受了消费者可以控制其电力需求的事实。长期以来，工业消费者一直找到了灵活运营的方法，在电力供应紧张时限制需求，以换取激励或折扣费率。
现在，与电网通信的恒温器和热水器也可以让家庭调节其需求。例如，智能电热水器主要可以在电力充足且便宜时加热水，并在电力稀缺时限制需求。
在佛蒙特州，Green Mountain Power 正在为其客户提供激励措施，以安装电池，这些电池将在最需要时向电网供电。在德克萨斯州（我居住的地方），2021 年致命的停电突显了加强我们孤立电网的重要性。现在，这里的公用事业公司正在使用特斯拉 Powerwalls来帮助将家庭变成虚拟电源。南澳大利亚州的目标是将 50,000 个家庭与太阳能和电池连接起来，以建设该国最大的虚拟电厂。
虚拟电力，真实的挑战
虚拟电厂并非万能药。许多客户不愿意放弃对其恒温器的临时控制，或者在为电动汽车充电时出现延迟。一些消费者还担心智能电表的安全和隐私。有多少客户会注册这些新兴计划，以及其运营商将如何有效地调节供需，还有待观察。
业务方面也存在挑战。管理数百万消费者比管理数十家电厂要困难得多。虚拟电厂运营商可以通过奖励客户允许他们以协调的方式灵活调整供需来克服这一挑战。
随着电力需求上升以满足不断增长的经济体的需求并取代燃烧化石燃料的汽车和熔炉，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多的灵活性来平衡风能和太阳能发电的可变输出。虚拟电厂可以帮助将电力行业重塑为一个更灵活、高效且能够响应不断变化的条件和客户需求的行业。
本文最初发表于The Conversation。阅读原文。