تختبر كاليفورنيا نهجًا جديدًا لإدارة الكهرباء: محطات توليد الطاقة الافتراضية ، وهي شبكات من البطاريات السكنية والأجهزة الذكية التي تعمل معًا كمولد واحد قابل للإرسال. تشير النتائج المبكرة إلى أن هذه الأنظمة الموزعة يمكن أن تحول كيفية توازن المرافق مع العرض والطلب على الشبكة التي تعمل بشكل متزايد بالطاقة الشمسية وطاقة الرياح.
يقوم VPPS بتنسيق آلاف البطاريات التي تتخطى اللجوء ، والترموستات الذكية ، وغيرها من الأجهزة المتصلة للعمل بشكل جماعي كمورد شبكة واحدة. الفكرة واضحة: إذا ساهمت كل بطارية منزلية أو جهاز ذكي في جزء صغير من طاقتها المخزنة في الوقت المناسب ، فقد يكون الناتج المشترك هائلاً.
في اختبار في يوليو ، قامت المرافق الثلاثة الرئيسية في كاليفورنيا بتنسيق مئات البطاريات المنزلية من خلال Sunrun ، وتشكل محطة توليد طاقة افتراضية تبلغ 500 ميجاوات-على سبيل المثال لنصف مفاعل ديابلو كانيون النووي. توضح التجربة أن الأنظمة المملوكة للمستهلكين ، عندما تكون مجتمعة ، يمكن أن توفر مرونة في الشبكة في الوقت الفعلي وتساعد في منع انقطاع التيار الكهربائي أثناء الذروة في الطلب.
“عندما يتم تجميعها ، يمكن إرسال هذه البطاريات لمساعدة الشبكة في اللحظات الحرجة ، وتوفير الموثوقية والفوائد المالية المحتملة للمشاركين” ، أخبرني بول ديكسون ، الرئيس التنفيذي لشركة Sunrun. بينما تبيع Sunrun الألواح الشمسية وأنظمة البطاريات ، قال Dickson إنه يرى أن الوقود التقليدي يلعب دورًا داعمًا. “نحن لا ندعو إلى القضاء على جميع الجيل الأحفوري. هذا يتعلق بخلق المرونة والمرونة.”
تهدف PG&E إلى 7000 ميجاوات من الحمل المرن بحلول عام 2040-زيادة 14 ضعفًا من اختبار يوليو. تواجه المرافق وشركات التكنولوجيا وصانعي السياسات تحديًا غير مسبوق وعاجل: تحقيق التوازن بين إمدادات الكهرباء والطلب لضمان استمرار الطاقة الشمسية في كاليفورنيا دون انقطاع.
لا يمكن أن تنجح محطات الطاقة الافتراضية إلا إذا كان المستهلكون متورطين. تشير بيانات الصناعة إلى أن منشآت البطاريات السكنية ارتفعت بنسبة 35 ٪ على أساس سنوي في عام 2024 في جميع أنحاء الولايات المتحدة ، وتذكر Sunrun أن حوالي 20 ٪ من عملائها يختارون أنظمة البطارية إلى جانب الألواح الشمسية.
أصبح “منحنى البطة” الشهير للدولة ، وهو مصطلح تم تطويره منذ سنوات لوصف الانخفاض الحاد في صافي الطلب خلال ذروة الطاقة الشمسية في منتصف النهار تليها زيادة في المساء شديدة الانحدار ، أكثر وضوحًا. وبعبارة أخرى ، تولد كاليفورنيا الكثير من الطاقة والطاقة الشمسية خلال النهار بحيث يجب تخزين هذه القوة ثم إطلاقها في الليل عندما تتضاءل هذه الموارد. أدخل VPPs.
المرافق تنسيق VPPs لإدارة ذروة الطلب
هذه هي الفكرة الأساسية وراء تعاون PG&E مع جنوب كاليفورنيا إديسون وسان دييغو للغاز والكهرباء. التنسيق ضروري. على عكس تقليب مفتاح الإضاءة ، فإن تنشيط VPP يتطلب تخطيطًا دقيقًا. تقوم Tesla و Sunrun ، التي تتحكم في حصة كبيرة من سعة البطارية الموزعة ، بمزامنة أنظمتها لضمان تفريغ جميع الموارد في نفس الوقت.
في العرض التوضيحي في يوليو ، تم تشغيل جميع البطاريات في الساعة 7 مساءً وخارجها في الساعة 9 مساءً ، وهي نافذة مدتها ساعتين تم اختيارها لاختبار إدارة تحميل الذروة أثناء ارتفاع الطلب المسائي. وكانت النتيجة ، وفقًا لكيندريك لي ، مدير برامج الطاقة النظيفة لـ PG&E ، “علامة جديدة عالية للمياه لم يتم تحقيقها من قبل” ، مما يدل على قدرة VPP على العمل كمولد كبير ومرن في مزيج الطاقة في كاليفورنيا.
“كل بطارية يمكننا إرسالها تساعد على تقليل الضغط على النظام خلال ساعات الذروة ، خاصة عندما تغرب الشمس ، وينخفض توليد الطاقة الشمسية” ، أخبرني لي. “من الناحية التاريخية ، اعتمدت المرافق على النباتات الذروة-التي تعمل بالغاز-لتلبية الطلب على الذروة. تسمح لنا البطاريات بإدارة الطلب دون إطلاق جيل أحفوري إضافي.” تشير البيانات حتى الآن إلى أن النظام فعال بشكل خاص خلال موجات الحرارة والأحداث الأخرى عالية الطلب.
حجم التأثير رمزي وعملي. تمثل مساهمة نصف Gigawatt ما يزيد قليلاً عن 1 ٪ من إجمالي حملات كاليفورنيا في يوم الموجة الحر-المعدلة في النسبة المئوية ولكن حيوية في المصطلحات التشغيلية. تقع VPPs في الجزء السفلي من مكدس الموارد الذي يستخدمه مشغلي النظام قبل اللجوء إلى التقليل الإلزامي ، مما يؤدي إلى انقطاع التيار الكهربائي عندما لا يستطيع العرض تلبية الطلب. بمعنى آخر ، إذا تم استدعاء VPP ، فستظل الأحياء مضاءة أثناء الذروة. خلاف ذلك ، قد يعانون من انقطاع التيار الكهربائي.
الحجة الاقتصادية لـ VPPS تتطور أيضًا. على عكس البنية التحتية التقليدية للشبكة ، والتي يتم تمويلها وصيانتها بشكل جماعي من قبل جميع دافعي الأسعار ، يتم شراء بطاريات المنازل والأجهزة المتصلة بشكل خاص.
بالنسبة للمستهلكين ، فإن الفائدة المالية بسيطة: يمكنهم بيع الكهرباء المخزنة إلى الشبكة أو كسب اعتمادات لخفض الطلب خلال أوقات الذروة. ومع ذلك ، فإن التكنولوجيا نفسها معقدة. تحتاج البطاريات إلى التواصل على الفور مع أنظمة التحكم في المرافق للاستجابة لارتفاع الكهرباء ، وتوقع خوارزميات البرمجيات أنماط استخدام الطاقة وإخراج الطاقة المتجددة.
“إنها مشكلة تنسيق ضخمة” ، يوضح لي. “أنت لا ترسل بطارية واحدة فقط ؛ فأنت ترسل الآلاف في وقت واحد.
ويضيف: “لا يوجد عميل في فائدة يدعم عميلًا آخر”. “ينفق العملاء أنفسهم الدولارات لتثبيت هذه التقنيات.” تعمل هذه الأجهزة المملوكة ملكية خاصة الآن معًا لإنشاء قيمة شبكة جماعية يمكن استخدامها دون إضافة تكاليف إضافية إلى فواتير دافعي الأسعار.
تبقى التكلفة والمقياس والوصول إلى المستهلك عقبات
حجم البطاريات المنزلية يمكن التحكم فيها بشكل مدهش. تدور أحداث Tesla’s Powerwall ، وهي واحدة من أكثر الطرز شعبية ، حول ارتفاع شخص بالغ ويستقر على الحائط. بينما تقدم Sunrun حزمًا شمسية زائدة من الطاقة ، يمكن للبطاريات تخزين الطاقة من أي مصدر-طاقة Solarar أو Grid-التي تقدم المزيد من الخيارات لكل من المستخدمين ومشغلي الشبكات.
لا يزال تحجيم هذه الأنظمة العقبة التالية. اليوم ، تكلف بطارية المنزل ما يقرب من 20،000 دولار ، باستثناء التثبيت ، وهذا الصيانة تتطلب فنيًا محترفًا. يجادل لي بأنه بالنسبة إلى VPPs لتحسين الطاقة المتجددة في كاليفورنيا ، يجب أن تصبح البطاريات أرخص بشكل كبير. تشير المقارنات مع بطاريات المركبات الكهربائية إلى أن التطورات التكنولوجية يمكن أن تخفض التكاليف بمرور الوقت ، مما قد يجعل التخزين المنزلي جهازًا رئيسيًا وبأسعار معقولة.
يقوم المنظمون ومجموعات المستهلكين بمراقبة الوضع عن كثب. لجنة المرافق العامة في كاليفورنيا تتفاؤل بحذر بشأن VPPs ، حيث تعتبرها كوسيلة لتعزيز موثوقية الشبكة. ذكرت CPUC أن VPPs يمكن أن تساعد في دمج مصادر الطاقة المختلفة ، مما يجعل الشبكة أكثر مرونة ومرونة. مجموعات المستهلكين على متنها ، لكنهم يريدون التأكد من أن الجميع يمكنهم المشاركة والحصول على فوائد برامج VPP دون دفع الكثير.
بينما تظهر بطاريات الليثيوم أيون الوعد ، لا يزال هناك بعض التحديات التي يجب التغلب عليها. لديهم سعة تخزين محدودة ، ويجب على الكثير من الأشخاص المشاركة إذا أردنا توسيع نطاق محطات توليد الطاقة الافتراضية لتتناسب مع قوة الجيل التقليدي. أيضًا ، يمكن أن يكون توصيلها بأنظمة المرافق الحالية أمرًا صعبًا.
“لم تكن أنظمة التحكم الخاصة بنا مصممة أصلاً لتدفق الطاقة ثنائية الاتجاه على هذا النطاق. لقد اضطررنا إلى ترقية البنية التحتية للبرامج والاتصالات لإدارة الآلاف من الأصول الموزعة” ، يلاحظ PG & E’s LI.
تجربة كاليفورنيا مع محطات الطاقة الافتراضية هي أكثر من مجرد تمرين تقني ؛ إنه يعكس تحولًا أوسع نحو شبكة يهيمن عليها التجديد. من خلال استخدام البطاريات المملوكة ملكية خاصة ، والأجهزة الذكية ، وأنظمة التحكم المنسقة ، تحاول الدولة الحفاظ على التوازن والموثوقية والمرونة في شبكة حيث لم تعد أنماط العرض والطلب تتبع الاتجاهات التقليدية.
تمتد الدروس إلى ما وراء الدولة الذهبية. نظرًا لأن الدول والأمم الأخرى تكثف القدرة الشمسية والرياح ، فإنها ستواجه نفس التحديات والفرص التي تواجهها كاليفورنيا اليوم. في الواقع ، أطلقت المرافق في 34 ولاية وبورتوريكو أو توسع برامج VPP.
شبكة أمريكا في نقطة انعطاف. يتطلب المرونة والموثوقية والمرونة. إذا نجحت كاليفورنيا ، فلن تبقي أضواءها الخاصة. قد يكون رائدًا في نموذج لسلطة نظيفة وموثوقة – قد يتبناه المجتمع العالمي قريبًا.
