نیروگاه مجازی (Virtual power plant) یا به اختصار VPP سیستمی از منابع انرژی توزیع شده است که با هم کار می‌کنند تا تعادل بین عرضه و تقاضای انرژی را در مقیاس بزرگ حفظ کنند. منابع انرژی توزیع شده شامل پانل‌های خورشیدی ، شارژرهای خودروهای الکتریکی و آبگرمکن‌های هوشمند می باشد. این نیروگاه‌ها معمولاً توسط شرکت‌های خدماتی محلی اداره و نظارت می‌شوند .
بیش از یک قرن است که تصویر غالب نیروگاه‌ها با دودکش‌های بلند، قطارهای بی‌پایان زغال‌سنگ و توربین‌های پر سر و صدا تعریف شده است. اما نیروگاه‌هایی که آینده ما را تغذیه می‌کنند به طرز قابل توجهی متفاوت خواهند بود. در واقع، بسیاری از آن‌ها ممکن است شکل فیزیکی نداشته باشند. به عصر نیروگاه‌های مجازی خوش آمدید.
در این مطلب نیروگاه مجازی را معرفی خواهیم کرد . همچنین بررسی خواهیم کرد که چرا آن‌ها می‌توانند کلید کمک به ما برای آوردن انرژی پاک‌تر و ذخیره‌سازی انرژی بیشتر به شبکه باشند.
نیروگاه‌های مجازی سیستم انرژی فردا را شکل می‌دهند
انتقال از منابع انرژی متداول مانند زغال سنگ و گاز به منابع تجدید پذیر مانند انرژی خورشیدی و بادی، به معنای تغییر در روش مدیریت سیستم انرژی است. دولت‌ها و شرکت‌های خصوصی به طور یکسان اکنون به پتانسیل نیروگاه‌های مجازی برای کمک به کاهش هزینه‌ها و جلوگیری از اضافه بار شبکه برق متکی هستند.
با هماهنگ سازی خودروهای الکتریکی، باتری‌ها و دستگاه‌های هوشمند خانگی، نیروگاه‌های مجازی (VPP) می‌توانند به تمیزتر و کارآمدتر شدن شبکه برق کمک کنند.
بنا به گفته ی رودی شانکار، مدیر مهندسی سیستم‌های انرژی در دانشگاه لیهای، نیروگاه مجازی راهی برای پیوستن به مجموعه ای از منابع است که می‌تواند به شبکه برق، در پاسخ به تقاضای بالای انرژی، کمک کند. در عین حال اثرات کربنی سیستم انرژی را کاهش دهد.
ماهیت “مجازی” نیروگاه‌های مجازی به معنای عدم وجود تسهیلات فیزیکی مرکزی مانند یک نیروگاه زغال سنگ یا گاز سنتی است. باتری‌ها و پانل‌های خورشیدی مجتمع، با تولید برق و متعادل کردن بار انرژی، بسیاری از عملکردهای نیروگاه‌های متعارف را فراهم می‌کنند.
VPP مچنین دارای مزایای منحصر به فردی هستند. کوین برهم، مدیر مؤسسه راکی مانتین که بر برق بدون کربن تمرکز دارد، می‌گوید مقایسه نیروگاه‌های مجازی با نیروگاه‌های سنتی یک “قیاس مفید” است، اما نیروگاه‌های مجازی برخی کارها را به طور متفاوت انجام می‌دهند و بنابراین می‌توانند خدماتی ارائه دهند که نیروگاه‌های سنتی نمی‌توانند.
یک تفاوت مهم توانایی نیروگاه مجازی، شکل‌دهی به استفاده انرژی مصرف کنندگان در زمان واقعی است. برخلاف نیروگاه‌های متعارف، نیروگاه مجازی می‌تواند با منابع انرژی توزیع شده ارتباط برقرار کند و به اپراتورهای شبکه اجازه دهد تقاضای کاربران نهایی را کنترل کنند.
به عنوان مثال، ترموستات‌های هوشمند متصل به واحدهای تهویه مطبوع، می‌توانند دمای خانه‌ها را تنظیم کرده و مدیریت کنند که چقدر برق مصرف می‌کنند. در روزهای گرم تابستان این ترموستات‌ها می‌توانند قبل از ساعات اوج مصرف، خانه‌ها را خنک کنند.
زمان بندی خنک سازی می‌تواند به جلوگیری از افزایش ناگهانی تقاضا که ممکن است باعث قطعی شود، کمک کند. به همین ترتیب، شارژرهای خودروهای الکتریکی می‌توانند بر اساس نیاز شبکه، برق را تامین یا استفاده کنند.
این منابع انرژی توزیع شده از طریق فناوری‌های ارتباطی مانند وای‌فای، بلوتوث و خدمات سلولی به شبکه متصل می‌شوند. به طور کلی، افزودن نیروگاه‌های مجازی می‌تواند انعطاف پذیری کلی سیستم را افزایش دهد.
با هماهنگ سازی صدها هزار دستگاه، نیروگاه‌های مجازی تأثیر معنا داری بر شبکه دارند . آن‌ها تقاضا را شکل می‌دهند، برق را تامین می‌کنند و جریان برق را به طور قابل اعتمادی حفظ می‌کنند.
نیروگاه‌های مجازی چقدر محبوب هستند؟
تا همین اواخر، VPP بیشتر برای کنترل استفاده انرژی مصرف کنندگان استفاده می‌شدند. اما با پیشرفت فناوری خورشیدی و باتری، شرکت‌های خدماتی اکنون می‌توانند از آن‌ها برای تامین برق شبکه استفاده کنند.
در ایالات متحده، وزارت انرژی ظرفیت نیروگاه مجازی را حدود ۳۰ تا ۶۰ گیگاوات تخمین می‌زند. این مقدار حدود ۴٪ تا ۸٪ از تقاضای اوج برق در سراسر کشور را تشکیل می‌دهد. این مقدار بخش کوچکی از سیستم کلی است.
با این حال، برخی از ایالت‌ها و شرکت‌های خدماتی به سرعت در حال افزودن نیروگاه‌های مجازی بیشتر به شبکه خود هستند.
شرکت Green Mountain Power، بزرگترین شرکت خدماتی ورمانت، سال گذشته با گسترش برنامه باتری خانگی یارانه‌ای خود خبرساز شد. مشتریان با خرید یک باتری خانگی تسلا و به اشتراک گذاری انرژی ذخیره شده با شرکت خدماتی در مواقع نیاز، تا ۱۰,۵۰۰ دلار کمک هزینه دریافت می‌کنند.
کمیسیون خدمات عمومی ورمانت که این برنامه را تأیید کرده است، گفت که همچنین می‌تواند در مواقع قطعی برق، نیروی اضطراری فراهم کند.
در ماساچوست، سه شرکت خدماتی National Grid، Eversource و Cape Light Compact برنامه‌ای را اجرا کرده‌اند که در ازای کنترل شرکت خدماتی بر باتری‌های خانگی، به مشتریان هزینه ای را پرداخت می‌کند.
در همین حال، در کلرادو تلاش‌هایی برای راه‌اندازی اولین سیستم نیروگاه مجازی ایالت در حال انجام است. کمیسیون خدمات عمومی کلرادو از شرکت Xcel Energy، بزرگترین شرکت خدماتی ایالت، خواسته است تا تابستان امسال یک پایلوت VPP کاملاً عملیاتی توسعه دهد.
مزایا و معایب نیروگاه مجازی
مزایا و معایب VPP به شرح زیر است:
مزایا:
- تحویل برق با واکنش سریع: نیروگاه مجازی توانایی تحویل برق با واکنش سریع نسبت به پیک بار را دارند.
- انعطاف‌پذیری: این سیستم‌ها به ارائه دهندگان برق امکان ایجاد انرژی انعطاف پذیرتری را می‌دهند.
معایب:
- پیچیدگی مدیریت: مدیریت و کنترل نیروگاه مجازی نیازمند سیستم‌های کنترل متمرکز و پیچیده است.
- وابستگی به شبکه ارتباطی: عملکرد نیروگاه مجازی به شبکه ارتباطی وابسته است و قطعی یا اختلال در شبکه می‌تواند تأثیر منفی داشته باشد.
چرا نیروگاه‌های مجازی برای انتقال به انرژی پاک مهم هستند؟
اپراتورهای شبکه باید با ” اوج بار ” یا لحظه بالاترین تقاضای برق سالانه یا روزانه، ، روبرو شوند. برای انجام این کار، اغلب از نیروگاه‌های گازی “پیکر” استفاده می‌کنند.
نیروگاه‌هایی که بیشتر سال غیر فعال هستند و در مواقع ” اوج بار ” روشن می‌شوند. نیروگاه مجازی وابستگی شبکه به نیروگاه‌های گازی را کاهش می‌دهند.
هدف وزارت انرژی این است که ظرفیت نیروگاه مجازی را تا سال ۲۰۳۰ به ۸۰ تا ۱۶۰ گیگاوات گسترش دهد. این تقریباً معادل ۸۰ تا ۱۶۰ نیروگاه سوخت فسیلی است که نیاز به ساخت آن‌ها وجود ندارد.
بسیاری از شرکت‌های خدماتی می‌گویند نیروگاه مجازی هزینه صورت حساب‌های انرژی مصرف کنندگان را کاهش می دهد. تحقیقات نشان می‌دهد که استفاده از منابع توزیع شده در هنگام تقاضای اوج مصرف، تا ۶۰٪ مقرون به صرفه‌تر از اتکا به نیروگاه‌های گازی است.
یکی دیگر از مزایای مهم VPP این است که افراد را به مشارکت بیشتر در سیستم انرژی ترغیب می‌کنند. به طور معمول، مشتریان فقط برق دریافت می‌کنند. در یک سیستم نیروگاه مجازی، آن‌ها هم برق مصرف می‌کنند و هم آن را به شبکه بازمی‌گردانند.
این نقش دوگانه می‌تواند درک آن‌ها از شبکه را بهبود بخشد و علاقه آن‌ها را در مورد انتقال به انرژی پاک، بیشتر کند.
آینده نیروگاه‌های مجازی چیست؟
وزارت انرژی گزارش می‌دهد که به دلیل پذیرش گسترده خودروهای الکتریکی، ایستگاه‌های شارژ و دستگاه‌های هوشمند خانگی، ظرفیت منابع انرژی توزیع شده به سرعت در حال افزایش است.
اتصال این منابع به سیستم‌های نیروگاه مجازی، توانایی شبکه برای متعادل کردن تقاضا و عرضه برق در زمان واقعی را افزایش می‌دهد. هوش مصنوعی نیز می‌تواند به نیروگاه مجازی کمک کند تا در هماهنگ سازی منابع گوناگون کارآمدتر شوند.
تنظیم کنندگان نیز در حال ورود به این حوزه هستند. انجمن ملی تنظیم کنندگان خدمات عمومی، شروع به برگزاری پنل‌ها و کارگاه‌هایی برای آموزش اعضای خود در مورد VPP و نحوه پیاده‌سازی آن‌ها در ایالت‌های خود کرده است.
کمیسیون انرژی کالیفرنیا قرار است در مورد مزایای ادغام نیروگاه‌های مجازی در سیستم شبکه خود، تحقیقاتی را انجام دهد. این نوع علاقه‌مندی از سوی تنظیم کنندگان جدید اما امیدوار کننده است.
هنوز هم موانعی وجود دارد. ثبت نام در یک نیروگاه مجازی می‌تواند برای مصرف کنندگان گیج کننده باشد زیرا این فرایند در ایالت‌ها و شرکت‌ها متفاوت است.
ساده‌سازی آن برای مردم به شرکت‌های خدماتی کمک می‌کند تا از منابع انرژی توزیع‌شده مانند خودروهای الکتریکی و پمپ‌های حرارتی بهره بیشتری ببرند. استانداردسازی پیاده سازی نیروگاه مجازی، می‌تواند رشد آن‌ها را به صورت ملی تسریع کند و اجرای موفقیت‌آمیز پروژه‌ها در سراسر مناطق را آسان‌تر کند.
برهم می‌گوید: “همه چیز به سیاست بستگی دارد. فناوری آماده است. ما همچنان در حال یادگیری نحوه بهترین پیاده‌سازی این راه‌حل‌ها و نحوه تعامل با مصرف کنندگان هستیم.”
