„Virtuálne“ elektrárne poskytujú sieti životne dôležitú flexibilitu

Po takmer dvoch desaťročiach stagnácie dopyt po elektrine v USA prudko stúpa, poháňaný rastúcim počtom elektrických áut, dátových centier a klimatizácií v otepľujúcej sa klíme. Ale tradičné elektrárne, ktoré vyrábajú elektrinu z uhlia, zemného plynu či jadrovej energie, odchádzajú do dôchodku rýchlejšie, ako sa v tejto krajine stavajú nové. Väčšina nových dodávok pochádza z veterných a solárnych fariem, ktorých výkon sa mení v závislosti od počasia.

 

Energetické spoločnosti tak hľadajú nové spôsoby, ako vyvážiť ponuku a dopyt. Jednou z možností, na ktorú sa obracajú, sú virtuálne elektrárne.

 

Nie sú to masívne zariadenia vyrábajúce elektrinu na jednom mieste. Sú to skôr zoskupenia výrobcov, spotrebiteľov a skladov elektriny – súhrnne známe ako distribuované zdroje energie –, ktoré môžu manažéri siete podľa potreby využívať.

 

Niektoré z týchto zdrojov, ako napríklad batérie, môžu dodávať akumulovanú elektrickú energiu. Iní môžu byť veľkými spotrebiteľmi elektriny, ako sú továrne, ktorých vlastníci súhlasili so znížením spotreby energie, keď je dopyt vysoký, čím uvoľnia energiu pre iných zákazníkov. Virtuálne zdroje energie je zvyčajne rýchlejšie umiestniť a postaviť a ich prevádzka môže byť čistejšia a lacnejšia ako nové elektrárne.

 

Virtuálne elektrárne nie sú novinkou. Americké ministerstvo energetiky odhaduje, že už dnes je ich v prevádzke 30 až 60 gigawattov. Gigawatt je 1 miliarda wattov – zhruba výkon 2,5 milióna solárnych fotovoltaických panelov alebo jedného veľkého jadrového reaktora.

 

Väčšina z týchto virtuálnych elektrární sú priemyselní zákazníci, ktorí súhlasili so znížením dopytu v prípade stiesnených podmienok. Ale keďže rastúci počet domácností a malých podnikov pridáva strešné solárne panely, batérie a elektrické autá, títo odberatelia energie sa môžu stať nielen spotrebiteľmi, ale aj dodávateľmi energie do siete.

 

Majitelia domov si napríklad môžu dobíjať batérie solárnou energiou na streche, keď je slnečno, a vybíjať energiu späť do siete večer, keď je dopyt vysoký a ceny niekedy stúpajú.

 

Keďže inteligentné termostaty a ohrievače vody, strešné solárne panely a batérie umožňujú, aby sa do nich zapojilo viac zákazníkov, DOE odhaduje, že virtuálne elektrárne by sa mohli do roku 2030 strojnásobiť. To by mohlo pokryť zhruba polovicu novej kapacity, ktorú budú USA potrebovať na pokrytie rastúceho požadovať a nahradiť vyraďované staršie elektrárne. Tento rast by pomohol obmedziť náklady na výstavbu nových veterných a solárnych fariem a plynových elektrární.

 

A keďže sa virtuálne elektrárne nachádzajú tam, kde sa spotrebúva elektrina, uľahčia zaťaženie zastarávajúcich prenosových systémov, ktoré majú problémy s pridávaním nových vedení.

 

Virtuálne elektrárne zamieňajú úlohy výrobcov a spotrebiteľov elektriny. Tradičné elektrárne vyrábajú elektrinu na centrálnych miestach a prenášajú ju po elektrických vedeniach k spotrebiteľom. Aby sieť fungovala, ponuka a dopyt musia byť vždy presne vyvážené.

 

Dopyt zákazníkov sa zvyčajne považuje za danosť, ktorá sa mení s počasím, ale v priebehu dňa sa riadi pomerne predvídateľným vzorom. Aby to uspokojili, prevádzkovatelia sietí posielajú kombináciu zdrojov základného zaťaženia, ktoré fungujú nepretržite, ako sú uhoľné a jadrové elektrárne, a flexibilnejších zdrojov, ako je plyn a vodná energia, ktoré dokážu rýchlo modulovať svoj výkon podľa potreby.

 

Produkcia z veterných a solárnych fariem počas dňa stúpa a klesá, takže iné zdroje musia fungovať flexibilnejšie, aby udržali rovnováhu medzi ponukou a dopytom. Základnou myšlienkou však je, že masívne zariadenia vyrábajú energiu pre milióny pasívnych spotrebiteľov.

 

Virtuálne elektrárne dopĺňajú tento model tým, že prijímajú skutočnosť, že spotrebitelia môžu kontrolovať svoj dopyt po elektrine. Priemyselní spotrebitelia už dlho našli spôsoby, ako prispôsobiť svoje operácie a obmedziť dopyt, keď sú dodávky energie napäté výmenou za stimuly alebo znížené sadzby.

Teraz môžu termostaty a ohrievače vody, ktoré komunikujú so sieťou, umožniť domácnostiam modulovať ich dopyt. Napríklad inteligentné elektrické ohrievače vody dokážu ohrievať vodu väčšinou vtedy, keď je dostatok energie a je lacná, a obmedzujú dopyt, keď je energie vzácna.

 

Green Mountain Power vo Vermonte ponúka svojim zákazníkom stimuly na inštaláciu batérií, ktoré dodajú energiu späť do siete, keď to bude najviac potrebné. Teraz tu energetické spoločnosti používajú Tesla Powerwalls, aby pomohli premeniť domy na virtuálne zdroje energie. Južná Austrália má za cieľ prepojiť 50{1}} domácností solárnymi a batériami a vybudovať tak najväčšiu virtuálnu elektráreň v krajine.

 

Virtuálne elektrárne nie sú všeliekom. Mnohí zákazníci sa neradi vzdávajú čo i len dočasného ovládania svojich termostatov, prípadne majú meškanie pri nabíjaní elektromobilu. Niektorí spotrebitelia sa tiež obávajú bezpečnosti a súkromia inteligentných meračov. Uvidí sa, koľko zákazníkov sa prihlási do týchto vznikajúcich programov a ako efektívne budú ich operátori modulovať ponuku a dopyt.

 

Výzvy sú aj na podnikateľskom konci. Je oveľa ťažšie riadiť milióny spotrebiteľov ako desiatky elektrární. Prevádzkovatelia virtuálnych elektrární môžu túto výzvu prekonať odmeňovaním zákazníkov za to, že im umožnia koordinovane prispôsobiť ponuku a dopyt.

 

Keďže dopyt po elektrine rastie, aby uspokojil potreby rastúcich ekonomík a nahradil autá a pece spaľujúce fosílne palivá, a zvyšuje sa závislosť na obnoviteľných zdrojoch, manažéri sietí budú potrebovať všetku flexibilitu, ktorú môžu získať, aby vyvážili premenlivý výkon veternej a solárnej výroby. Virtuálne elektrárne by mohli pomôcť pretvoriť elektrickú energiu na odvetvie, ktoré je svižnejšie, efektívnejšie a citlivejšie na meniace sa podmienky a potreby zákazníkov.