Virtuaalsete energiajaamade mõistmine ja nende põhifunktsionaalsus

Mis on virtuaalsed energiajaamad (VPP-d)?

Virtuaaljaamad ehk VPP-d töötavad kui decentraliseeritud võrgustikud, mis ühendavad erinevaid jaotatud energiavõimalusi, näiteks katusepinnal asuvaid päikesepaneele, aku salvestusseadmeid ja isegi elektriautosid, suureks süsteemiks, mis reageerib võrguvajadustele. Traditsioonilised elektrijaamad ei suuda VPP-dega võrrelda, kuna VPP-d kasutavad energiahulkade genereerimise, salvestamise ja kasutamise juhtimiseks keerukaid tarkvaralisi ja andmeanalüüsi tööriistu, mis on paigutatud erinevatesse kohtadesse, mis on laialdaselt laiali. Võtke näiteks Saksamaa, kus toimis juba aastal 2023 virtuaaljaam, mis käitlevas umbes 650 megavati suurt taastuvenergia hulkade portfellit. See näitab, kui märgatavalt need süsteemid võivad kasvada elektrivõrgu kõikuvate nõuete rahuldamisel.

Kuidas VPP-d koguvad jaotatud energiavõimalusi (DERs)

VPP-d koordineerivad DER-sid reaalajas andmivahetuse kaudu, võimaldades dünaamilist reageerimist võrgutingimustele. Selline kogum hõlmab:

Ressursi tüüp	Kaasatus VPP-s
Päikesepaneelid/tuulikud	Toodavad taastuvenergiat
Patareid	Salvesta tippnõudluseks liigne energiahulk
EV laadijad	Reguleeri laadimistsüklit võrguühelduste ajal

Kogudes need varad, vähendavad VPP-d kütusepõletuslike tippjõuallikate kasutamist. 2024. aasta Rahvusliku Taastuvenergia Labori raportis leiti, et kokkulepitud jaotatud energiavarad võivad kõrge taastuvenergia sisaldusega võrkudes kompenseerida kuni 60% tippkoormusest.

Täpsemate juhtimissüsteemide roll VPP operatsioonides

Tänapäevased virtuaaljad tootmisjaamad sõltuvad oma tegevusest suurel määral kunstlikust intelligentsist. Need nutikad süsteemid ennustavad energiakasutuse tendentsid, reguleerivad võrgkondades mõlemas suunas voolavat energiat ning osalevad isegi automaatselt elektri ostu- ja müügitehingutes. Nad töötlevad iga päev tohutult infot, et hoida elektrivõrgkond ülekoormuse ja segaduse eest, mis on eriti oluline siis, kui tuul ja päike moodustavad üle 40% teatud piirkondade energiasegust. Ühe hiljutise katsetöö näitena vähendasid internetiga ühendatud eriseadmed võrgkonna liikluskokkupõrkeid umbes 22%. See saavutati lihtsalt kohe, kui ootuspärase energiavajaduse tippude ennetamise ja nendega kohanemisega.

Taastuvenergia integreerimine ja võrgkonna stabiilsuse tõstmine

Päikese- ja tuuleenergia vahepealset tootlust kompenseerimine reaalajas kogumise kaudu

Virtuaaljaamad aitavad päikese- ja tuuleenergia kõikumisi reguleerida, kogudes kõik laiali paiknevad energiasallikad ühte toimivasse süsteemi. Sellised süsteemid kasutavad keerukaid arvutiprogramme, mis analüüsivad tulevast ilmamoodi ja kontrollivad, kui palju elektrit inimesed hetkel tegelikult vajavad. Kui pilved liiguvad päikesepaneelide ette või tuul ei puhu piisavalt tugevalt, siis süsteem suunab elektrivoolu vajadusel ümber. Kui pinge langeb, saavad nutikad invertorid peaaegu kohe kohandada päikeseenergia tootlust. Kui tootmine väheneb, astuvad sisse akude rühmad, mis tagavad varajõu vahemikus neli kuni kuus tundi. Vastavalt aastal 2023 tehtud uuringule, mille tegi Ponemon Institute, vähendab selline koostöö taaskasutatava energia raiskamist umbes viiendiku võrra ja säästab elektriettevõtetele iga aasta umbes seitsesaja neljakümne tuhande dollari võrra keerulistel võrgkese tasakaalustamise kuludel.

Võrgu usaldusväärsuse tugevdamine ja liigse koormuse vähendamine

Kui energiasüsteemide jaotus decentraliseeritakse VPP-de kaudu, aitab see vältida neid tüütuid võrgkatastroofe, mida me näeme, kui kõik lülitavad oma seadmeid üheaegselt sisse. Erinevatesse kohtadesse paigutatud salvestuslahendused suudavad neelata kogu selle lisajäägi päikesepargi tootmisest soojadel pärastlõunadel ja seejärel tagastada selle süsteemi õhtu saabudes, kui nõudlus tõuseb. See vähendab tegelikult võrgkorgust märgatavalt, umbes 31 protsenti viimastel uuringutel. Kaasaegsed kohanduvad kaitse süsteemid on ka üsna märkimisväärsed. Nad tuvastavad probleemid võrgus 40 protsenti kiiremini kui vanad SCADA süsteemid, mis tähendab, et elektrikatkestused jäävad piiratud aladele, mitte levima kõikjal. Saksamaa võrgustabiilsuse aruanne 2024. aastal annab huvitava ülevaate. Piirkonnad, kus on VPP-tehnoloogia, nägid transformaatorite rikete arvu langust 28 protsenti, hoolimata asjaolust, et taastuvenergia osakaal tõusis 19 protsenti aastas. See on üsna suurepärane, arvestades, kui palju taastuvenergia integreerimine koormab traditsioonilist infrastruktuuri.

Juhtumiuuring: VPP-d toetavad kõrge taastuvenergia osalise elektrisüsteemi Saksamaal

2023. aastal, kui taastuvenergia moodustas üle poole Saksamaa energiasegust (52%), mängisid virtuaaljad energiatootmised (VPP-d) olulist rolli riikliku võrgu sujuva toimimise tagamisel. Need nutikad süsteemid koordineerisid umbes 8400 jaotatud energiavõimalust, mis olid levinud nelja erineva osariigi vahel. Eelmisel aastal oli ka see suur talvestorm, mäletate? Selle ajal suutsid VPP-d ümber tõrjuvad umbes 1,2 gigavatt-tundi voolu nendest suurtest tööstuslikest varuvooluallikatest alla naabruse, kus inimesed tegelikult elektrit vajasid, säästes kusagil 12 miljonit eurot võimalike küttekatkestuste kuludest, nagu raportitest selgus. Fraunhofer IEE tehtud uuringute kohaselt on stabiliseerimise kulud langed 41% alates 2021. aastast tänu paremale sageduse reguleerimisele nende virtuaalvõrkude kaudu, mitte lootes nii palju vanadele gaasikatoodi tippudele, mis olid tollal kasutuses. Praegu aitavad virtuaaljad energiatootmised integreerida taastuvenergiat Saksamaa energiasüsteemi umbes 42%, mis on praegu kogu Euroopas parim tulemus.

Energia salvestamine ja nõude reageerimine VPP-võrkudes

Akudega salvestussüsteemide (BESS) integreerimine tippude toetamiseks

Akudega salvestussüsteemid mängivad olulist rolli virtuaalsete elektrijaamade operatsioonides, aidates hallata taastuvenergia ebaühtlast tootlust ja rahuldada nõude tipptunde, kui kõik jõuavad töölt koju. Eelmisel aastal ilmunud ajakirjas Energy Informatics avaldatud uuring leidis, et akudega salvestuse integreerimine vähendab päikeseelektri ja tuuleenergia tootmise kõikumisi umbes 26%, tänades targa ajakavandamise kasutamist eri aegadel. Sellised süsteemid imendavad üleliigset päikeseenergiat, mis genereeritakse päeval, ja vabastavad selle õhtul elektrivõrku, kui elektri hind tõuseb. See teeb elektrivõrku stabiilsemaks ja aitab säästa raha võrreldes traditsiooniliste tipptöötlejate kasutamisega, kuigi tegelikud säästu ulatus jääb 15% ja 30% vahele, olenevalt asukohast ja turutingimustest.

Koormuse nihutamise ja teist elu juba kasutatud EV akude optimeerimine VPP-s

Tulevikku mõtlejad VPP-operaatorid leiavad viise, kuidas vanadele EV aku pakkuda teist elu koormuste nihutamiseks madalamate kuludega. Enamik neist taaskasutatud süsteemidest säilitab endiselt umbes 60–70% oma originaalse laadimisvõimsusest, mis tähendab, et ettevõtted võivad säästa umbes 40% võrreldes uute litiumioonsete seadmetega, nagu viitab eelmise aasta Energy Market Analytics raport. Kui kooskõlastada tarkade AI ennustustega, siis virtuaalsed elektrijaamad liigutavad elektritarbimist kallidt tipptundidest odavamate ööaegade poole. See lähenemine kergendab elektrivõrgu koormust ja aitab tarbijatel säästa raha, säilitades samas tavapärase mugavustaseme kodus.

Dünaamiline nõudevastus ja tarbijaosalemise strateegiad

Vastavalt 2023. aasta Grid Innovation Reportile näevad kodud, mis osalevad IoT-põhiste nõutavuse vastuse programmides, võrdluses nende kodudega, kes kasutavad tavapäraseid fikseeritud hinna mudeleid, umbes 22% kõrgemat kaasatuskorda virtuaalsetes elektrijaamades. Kodud saavad tõhusalt vähendada oma elektrienergia tarbimist tippude ajal 18% kuni 25% vahel, kuna süsteemil on võimalik reaalajas jälgida ja nutikad seadmed kohandavad automaatselt hinda arvestades. Süsteem toimib veelgi paremini tõsise võrgukoormuse ajal. Tarbimise suuremad kärped on kaasulikud, kuna on olemas astmeline preemiate struktuur, mis vastab sellele, mida Smart Grid Solutions Institute oma uuringutes leidis. Nende analüüs näitas, et IoT-integreeritud virtuaalsete elektrijaamad käivitavad nõutavuse vastuse meetodid ligikaudu 31% kiiremini kui traditsioonilised süsteemid ilma selle tehnoloogiata.

Virtuaalsete elektrijaamade osalemine energiaturgudel ja majanduslik optimeerimine

Osalemine elektrienergia turgudel ja tulusse genereerimine

Virtuaaljadamite töö muudab energiaturgu, kogudes ja ühendades erinevad energiasäästlikud vahendid suuremaks tervikuks, mis suudab konkureerida hulghanka turgudel ja võrgule vajalikke lisateenuseid pakkuda. Sellised VPP-d kasutavad taustal nutikaid matemaatilisi meetodeid, et turu hindade tõusul salvestatud energiat edasi saata, mille eest saab hankida kuni 92 USD megavatt-tunni kohta, lihtsustades elektrisüsteemi stabiilsust, nagu eelmise aasta Energy Informatics uuringust selgub. Nende teenimise viis toimub mitmel erinevalt tasandil. On olemas päevakavandus, kus enne päeva algust tehakse lepingutele pakkumine, seejärel on reaalajas pakkumine, mis toimub kogu päeva jooksul minutite kaupa. Ära unusta ka nõude reageerimise programme. Kõik need meetodid aitavad VPP operaatoritel saada väärtust seadmetelt, mida muidu lihtsalt kasutamata seisaks hoida, näiteks koduste päikesepaneelide ja akudega. Samal ajal tagab see paigaldus, et võrgul oleks piisavalt energiat saadaval, kui varustus on madalamal tasemel.

Juhtumiuuring: VPP-d Austraalia rahvuslikus elektriturus (NEM)

Austraalia rahvusliku elektrituru osas astutakse virtuaalsete elektrijaamade integreerimisel tõesti pioneerina esile. Võtke näiteks Lõuna-Austraaliat, kus tagasi aastal 2023 suutsid 45 megavati suuruse VPP klastri tõesti salvestada ja tarneks vajada umbes 245 megavatt-tundi päikeseeenergiat, kui võrgu oli stressi all. See aitas hoida sagedust stabiilseks just alla 50 Hz (täpsemalt 49,85) ja tõi kaasa kriisimeetmete toetused, mis kokku ulatusid umbes 18 200 Austraalia dollari suurusesse. Põnev on see, et seda edukat mudelit on kaheteistkümnes erinevas piirkondlikus katsetusprojektis kopeeritud. Need virtuaalsed elektrijaamad näitavad, et nad suudavad koondada taastuvaid energiavõimalusi olemasolevatesse turustruktuuridesse ilma vana moe järgi kesksete kütuseelektrijaamadeta, mis asjad tasakaalus hoiaks. Tulevikku vaadates ootab Austraalia energiasüsteemi operaator, et need VPPd peaksid NEMi nõutavast kindlustusvõimsusest andma umbes 12 protsenti aastaks 2027, kuigi loomulikult on alati olemas muutujad, mis võivad mõjutada seda prognoosi.

Reguleerivad takistused ja stiimulimudelid turulepääsuks

Virtuaalsetel elektrijaamadel on suur potentsiaal, kuid regulatsioonide osas tekib siiski takistusi. Paljudes olemasolevates energiasoodustuste struktuurides liigitatakse kogumisse võetud jaotatud energiavõimsused endiselt lihtsateks tarbimiskoormusteks, mitte tegelikeks tootmisallikateks. USA Energiaosakond uuris hiljuti seda küsimust ja leidis, et umbes kahe kolmandiku kehtivatest ühendusreeglitest jätkatakse endiselt neid piiravaid tavasid. Olukord on siiski parem Californias. Nende CAISO süsteem rakendas midagi, mida nimetatakse dünaamiliseks operatiivvöönditeks, mis määravad targa piirid sellele, kui palju energiat võib jaotatud ressurssidest võrku siseneda ja sealt välja minna. Üksnes see muudatus viis eelmise aasta katsetusteprogrammide käigus tõ dramatic 210% suurenemiseni virtuaalsete elektrijaamade osalusemises. Vaadates edukaid mudeleid mujal, pakub Saksamaa võimsuse eest ligikaudu 5,3 eurot kilovati kohta aastas. Samuti avanevad turud kiiremini agregatorfirmadele, kes näitavad kindlat siberkaitsemeetodit ja stabiilset toimlemist.

Tehniliste väljakutsete ületamine ja tulevased uuendused

Küberkaitse, ühilduvus ja andmehalduse riskid

Virtuaalsed elektrijaamad kohtuvad tänapäeval tõsiste küberkaitseprobleemidega. Ponemon Institute leidis, et energiatootmisettevõtted kaotavad keskmiselt umbes 4,7 miljonit dollarit, kui nad on küberattakkide ohuriks. Kõigi nende jaotatud toimingute tõttu on reaalseid lünke DER-i süsteemide suhtlemise ja kontrollimise viisides. Ettevõtted vajavad praegu rohkem kaitsemeetmeid - näiteks veenduge, et püsivara värskendatakse turvaliselt ja et oleksid head süsteemid ebatavalise tegevuse tuvastamiseks. Siis on veel kogu ühilduvuse probleem. Enamik VPP-operaatoridel on raske vanade SCADA-süsteemide ja uue DER-tehnoloogiaga töötamisel. Umbes 78% teatab suurtest probleemidest, kui neil on integreerida erinevaid platvorme vastavalt IEEE 2030.5 standarditele. On selgelt näha, et ühilduvuse probleemid jätkavad tööstuse muredeks, kui me ei leia paremaid lahendusi.

Operatsiooniline risk	Riskide vähendamise strateegia
Andmesiloosid	Ühtlane DER metaandmete märgistamise süsteem
API turvaaugud	Kvantikindlad krüpteerimisahelad
Seadmete heterogeensus	OpenFMB-ga ühilduva lüüsi paigaldamine

Masstõhus põhinev ennustav juhtimine skaleeritavate VPP-de jaoks

Masinõppemudelid ennustavad nüüd kohalikke DER-väljundeid 94% täpsusega, võimaldades VPP-de tasakaalustada 450 MW suuruseid portfelliid sub-5-minutiliste intervallide jooksul. Kalifornias toimunud pilootprojekt, kus kasutati tugevdusõppimist, saavutas 2023. aasta soojuseperioodil päikesepatareide paigaldamisel 12% energiasäästu. Uued tehnoloogiad, nagu näiteks liiduõppimine, säilitavad andmete privaatsust samal ajal, kui optimeeritakse võrguteenuseid decentraliseeritud võrkudes.

Olulisemad uuendused on järgmised:

• Tuletiste klastrite dünaamiline ümberpaigutamine võrgudefektide ajal
• Küberkaitseks tugevdatud AI juhtimisseadmed, mis kasutavad homomorfilist krüptimist
• Hübridfüüsika ja ML mudelid ennustavad EV-fleeti reageerimist hindadele

Need saavutused on olulised VPPde skaala suurendamiseks piirkondades, mille eesmärk on saavutada 2030. aastaks 50% DERi levik.

KKK Virtual Power Plant’i (virtuaalse elektrijaamaga) seoses

Mis on täpselt Virtual Power Plant (VPP)?

Virtual Power Plant on decentraliseeritud võrgustik, mis integreerib erinevaid jaotatud energiavarasid, näiteks päikesepaneelid ja aku salvestus süsteemid, võimaldades neil koos töötada nagu ühtlane energiatootmisüksus, mis reageerib võrguvajadustele.

Kuidas Virtual Power Plants (virtuaalsed elektrijaamad) parandavad võrgustabiilsust?

VPP-d tasakaalustavad taastuvenergiaallikate vahepealset iseloomu, kogudes jaotatud varad ja kasutades täiustatud juhtimissüsteeme, et säilitada võrgu usaldusväärsus muutuva pakkumise ja nõudluse tingimustes.

Milline on aku roll VPP-võrkudes?

Akud salvestavad energiat, mis genereeritakse väikese nõudluse ajal, ja vabastavad selle tippude ajal, toetades seeläbi võrgustabiilsust ja vähendades sõltuvust kütusepõletusmaterjalidel põhinevate tippude elektrijaamadest.

Kas virtuaalne elektrijaam on kasulik?

Jah, VPP-d teenivad tulusid elektriturul osalemise, hulgiostlemislepingute pakkumise ja nõudluse juhtimise teenuste kaudu, mistõttu on need kasutatavad majandusmudelid.

Millised on virtuaalse elektrijaama ees seisvad väljakutsed?

VPP-dele tekib regulatiivsete takistuste, siberküberohutusrisikute ja traditsiooniliste võrgutehnoloogiatega integreerimise probleemidega.