Een van de grote uitdagingen waarmee Amerikaanse nutsbedrijven worden geconfronteerd, is dat de vraag naar elektriciteit niet constant is. In plaats daarvan gaat het op en neer, meestal dalend in de nachtelijke uren en stijgend gedurende de dag, vooral op warme dagen wanneer bewoners de airconditioning in hun huizen harder zetten.

De elektriciteitsbedrijven die de stroom leveren, moeten die fluctuaties kunnen opvangen en aan de piekvraag kunnen voldoen. Traditioneel moesten ze daarvoor ofwel veel dure kolen-, gas- of nucleaire elektriciteitscentrales bouwen, ofwel energie kopen van andere leveranciers wanneer ze die nodig hebben.

Maar tegenwoordig kijken sommige nutsbedrijven naar een goedkopere - en mogelijk milieuvriendelijkere - oplossing. We hebben het over virtuele energiecentrales.

1. Wat is een virtuele energiecentrale?
2. Voordelen van virtuele energiecentrales
3. Hernieuwbare energie is de sleutel

Wat is een virtuele energiecentrale?

Virtuele energiecentrales bundelen meerdere kleinere elektriciteitsbronnen - zoals zonnepanelen, windturbines en zelfs residentiële opslagbatterijen - die op verschillende locaties in een gebied zijn verdeeld, zodat ze kunnen werken alsof ze een conventionele energiecentrale zijn en de energie in evenwicht houden netbelastingen of stroom verplaatsen naar waar het het meest nodig is voor betrouwbaarheid. De verschillende units zijn vaak met elkaar verbonden via een geavanceerd softwaresysteem dat aangeeft wanneer de stroomproductie moet worden verhoogd of verlaagd en bepaalt waar de energie naartoe moet.

In 2021 kondigde bijvoorbeeld Green Mountain Power, een innovatief hulpprogramma uit Vermont, een plan aan om een ​​virtuele energiecentrale te bouwen die gebruik zou maken van een netwerk van Tesla Powerwall-back-upbatterijen in de huizen van klanten. Met behulp van software van Customized Energy Solutions (CES) kan de elektriciteit die is opgeslagen in de Tesla-batterijen, indien nodig, worden teruggevoerd naar het regionale elektriciteitsnet om een ​​stabiele, gereguleerde stroom van elektriciteit naar klanten te garanderen. Zoals Cnet.com in maart 2022 meldde, krijgen klanten een back-up energiebron in het geval van een stroomstoring, terwijl het nutsbedrijf een bron van elektriciteit krijgt die het kan gebruiken wanneer de vraag piekt.

"Dit project zou niet mogelijk zijn zonder de geweldige partnerschappen die we hebben met onze klanten in het Powerwall-programma", zei Mari McClure, president en CEO van Green Mountain Power, in een persbericht. "Deze pilot is uniek en belangrijk omdat het voortbouwt op onze bestaande innovatie en samenwerking om betekenisvolle verandering te brengen in essentiële netwerkfuncties door de CO2-uitstoot te verminderen, de prestaties te verhogen en de kosten te verlagen."

SunPower Corp., een leverancier van zonnetechnologie, kondigde in november 2021 ook aan dat het zijn eigen virtuele energiecentrale had gelanceerd. Met het nieuwe systeem kunnen klanten van Eversource en National Grid in Massachusetts, Rhode Island en Connecticut die SunVault-accu's hebben, worden betaald om de nutsbedrijven hun opgeslagen energie te laten gebruiken in tijden van piekvraag.

Voordelen van virtuele energiecentrales

In sommige opzichten zijn virtuele energiecentrales analoog aan grid computing-systemen, waarin netwerken van computers bronnen kunnen delen en zelfs hun capaciteit om taken uit te voeren kunnen combineren, aldus Bill Schofield. Hij is vice-president van Future-Grid Services voor CES, een in Philadelphia gevestigd bedrijf dat zowel advies als diensten levert aan verschillende bedrijven in de energiesector, waaronder producenten van zonne- en windenergie. Een van de klanten van CES is Green Mountain Power.

"[Virtuele energiecentrales worden] gedistribueerd ... batterijen, of kleine, kleine energiecentrales en lokale back-upgeneratoren", legt Schofield uit. "[Het is een] concept dat erg lijkt op het gebruik van internetconnectiviteit om veel kleine bronnen met elkaar te verbinden die samen hetzelfde werk kunnen doen als één grote energiecentrale."

Het gedecentraliseerde karakter van virtuele energiecentrales maakt ze potentieel veerkrachtiger in het kielzog van extreem weer of andere rampen.

'Laten we zeggen dat er een tornado door een gebied komt en de transmissielijn naar een grote elektriciteitscentrale omver stoot. Je verliest al die kracht, toch?' zegt Schofield. "Maar als je een virtuele energiecentrale hebt, waar veel kleine bronnen over de hele plaats verspreid zijn, kan een tornado 10 procent van de virtuele energiecentrale uitschakelen, maar de andere 90 procent is er nog steeds en beschikbaar."

Virtuele energiecentrales zijn ook op andere manieren voordelig voor netten, waaronder spanningsondersteuning. Een cruciale factor in een betrouwbaar elektriciteitsnet is het binnen acceptabele niveaus houden van de spanning; anders kan apparatuur worden beschadigd, kunnen er stroomstoringen zijn, enz. Maar de spanning varieert over het net en bij elke interface (onderstations, transformatoren, enz.) moet de juiste spanning worden gehandhaafd.

Met een virtuele energiecentrale zijn dat er minder. "Je hebt veel kleine bronnen die zich dicht bij of op dezelfde locatie bevinden als waar de elektriciteit wordt gebruikt", legt Schofield uit. "Je hoeft niet zo'n grote distributie- of transmissielijnen te bouwen om de juiste spanning te behouden."

Hernieuwbare energie is de sleutel

Nog een ander voordeel van virtuele energiecentrales is dat ze het gemakkelijker maken om hernieuwbare energiebronnen te reguleren en het soort controle te krijgen over de hoeveelheid elektriciteit die naar het net gaat die een conventionele elektriciteitscentrale op fossiele brandstoffen zou hebben.

"Een virtuele energiecentrale kan, nogmaals, kleine batterijen voor een back-upgenerator bevatten, maar kan ook onder de algemene term 'vraagrespons' bevatten", zegt Schofield.

Een nutsbedrijf met een virtuele energiecentrale kan klanten berichten sturen om hun gebruik op bepaalde tijden te weigeren, en mogelijk een cadeaubon voor een lokaal restaurant aanbieden als aanmoediging. In delen van het land waar nutsbedrijven elektriciteit kopen van verschillende leveranciers, kunnen virtuele energiecentrales nutsbedrijven helpen in te spelen op de marktprijs voor elektriciteit.

Indirect kunnen die prikkels helpen bij het faciliteren van hernieuwbare energiebronnen zoals wind en zon, zegt Schofield. Omdat ze variabel zijn - wat betekent dat de zon niet meer schijnt en de wind stopt met waaien - moet de hoeveelheid elektriciteit die ze leveren, worden aangepast aan het vermogen dat ze aankunnen. Traditioneel wordt het saldo gecompenseerd door leveranciers van fossiele brandstoffen.

"Een virtuele energiecentrale is bedoeld om hetzelfde te functioneren, of om dezelfde soort diensten te leveren als een grote energiecentrale," zegt Schofield, "en om uitschakelbaar te zijn, wat betekent dat ik ermee kan communiceren en hem kan vertellen iets anders te doen . De stijging of daling maakt deel uit van de waarde."

Door interactie met consumenten en hen te werven om te helpen bij het beheer van het energieverbruik, kunnen virtuele energiecentrales een rol spelen bij het oplossen van een van de langdurige problemen van de nutssector:piekverbruik.

"Een aanzienlijk deel van de kosten voor het leveren van elektriciteit is alleen bedoeld om die piekdagen aan te kunnen", zegt Schofield. "Als je alle soorten consumenten ertoe kunt brengen hun verbruik op die manier te gebruiken, misschien hun tanden poetsen met een gewone tandenborstel in plaats van hun elektrische... dan kun je veel kosten uit het systeem halen. En je kunt ook er is veel behoefte aan het verbranden van fossiele brandstoffen. Maar dit is historisch gezien erg moeilijk, omdat ... de gemiddelde persoon zichzelf niet veel ongemak zal bezorgen."

Maar hij zegt ook dat dat aan het veranderen is. Jongere generaties zijn duurzamer bezig en iedereen heeft een smartphone. Misschien krijg je op een dag een melding op je telefoon met de tekst 'Waarschuwing voor elektrisch gebruik. Zet je thermostaat lager.' En als je het doet, verdien je aanmoedigingspunten. Zou je?

Schofield zegt van wel. "Meestal willen mensen iets goeds doen, omdat ze eigenlijk een vaste prijs betalen, en de werkelijke kosten voor het verbruik van die elektriciteit zijn vrij laag", zegt hij. "Maar als je duizenden mensen krijgt die allemaal reageren, dan levert dat kleine beetje iets zinvols op."

Het Internationaal Energie Agentschap voorspelt dat de wereldwijde vraag naar elektriciteit in 2050 2,5 keer zal stijgen, en dat er $14 biljoen aan upgrades van de wereldwijde elektriciteitsnetwerken nodig zal zijn om het hoofd te bieden.