商业落地路径：虚拟电厂英

Pathwaysto商业升空：虚拟电厂 SEPTEMBER|2023 无论是美国政府还是任何机构 也不是他们的任何雇员，也不是他们的任何承包商、分包商或其雇员，使任何 明示或默示保证，或承担任何法律责任或对任何第三方的使用或结果负责 使用任何信息、设备、产品或过程披露，或表示其使用不会侵犯 privatelyownedrights.Referencehereintoanyspecific 商品名的商业产品、工艺或服务，商标、制造商或其他方面不一定构成或暗示其背书、推荐或 受美国政府或任何机构的青睐其或其承包商或分包商。 Comments 能源部欢迎有关此商业途径内容的输入和反馈 Liftoff报告。请将所有查询和输入定向到liftoff@hq.doe.gov。输入和反馈不应包括业务敏感信息、商业秘密、专有或其他fi凭证信息。 请注意，提供的输入和反馈受《信息自由法》的约束。 作者 詹妮弗·唐宁,贷款计划(铅) 尼古拉斯·约翰逊,O-ceofPolicy MailinhMcNicholas,技术转型大卫·涅姆佐夫,贷款计划RimaOueid,技术转型 约瑟夫·帕拉迪诺,O-ceofElectricity 伊丽莎白·贝利斯·沃尔夫,贷款计划 Acknowledgements 跨领域的能源部领导商业生活之路ffeffort：贷款计划Oflce:JigarShah,JonahWagner 清洁能源演示：KellyCummins,MelissaKlembara 基础设施部副部长：大卫·克莱恩 技术转型的O∆ce：VanessaChan,LuciaTian O-政策ce:NeeleshNerurkar 能源部对VPPLiftoff报告的咨询和支持： O-ceofElectricity:基因罗德里格斯 能源效率和可再生能源：AlejandroMorenoRebeccaAlbertus-Jones, 卡罗琳·斯奈德，保罗·斯皮森，拉姆·纳拉亚纳穆尔西，朱莉娅·米勒，加布里埃尔·克莱因，加勒特·尼尔森， · 家和地方能源计划： 塞西莉亚约翰逊国亨利·麦科伊，克里斯·卡斯特罗，迈克尔·福雷斯特 网络安全、能源安全和应急响应:PueshKumar,ElaineUlrich, 克里斯托弗·斯威尼 经济影响和多样性：ShalandaBakerTonyReamesMalcolmMiller, IsaacLertola 贷款计划Oflce:肖恩·塞维利亚、迈克尔·施韦策、艾米·彼得森、桑迪亚·杰蒂 O-ceofPolicy:CarlaFrisch,NoelCrisostomo,JohnAgan 网格部署:MariaRobinson 来自BrattleGroup的分析支持： RyanHledik,KatePeters 目录 Liftoff报告的目的1 关于虚拟电厂的Liftoff报告的目标和范围1 执行摘要2 第一章：导论6 1.i.虚拟电厂定义6 1.ii.分布式能源资源定义6 1.iii.VPP价值主张8 第二章技术与市场现状13 2.i.DER收养13 2.ii.VPP操作16 2.三、VPP参与电力市场19 2.四.按国家分列的VPP部署21 2.v.VPP商业模式经济学23 2.vi.VPP的fl连接点31 第三章：通往VPPLiftoff的途径32 3.i.2030年VPP潜力32 3.ii.通往VPPliftoff的途径33 3.三、更广泛的影响35 第四章：生活面临的挑战和潜在的解决方案38 4.i.以公平的利益扩大DER的采用38 4.ii.简化VPP注册41 4.iii.提高VPP操作的标准化43 4.四、纳入公用事业规划和激励措施48 4.v.融入批发市场51 第五章：跟踪进度的指标53 Appendix56 一、本报告中的主要概念和术语56 二、2024、2030、2050年24小时电力负荷曲线示意图57 III.DER和DER聚合器的FERCdefinition57 IV.VPPEvolution58 V.VPP之间的差异59 VI.为VPP启用网格软件和硬件技术60 七.潜在的网格服务63 八、VPP业务模式成本和收入驱动因素概述65 IX.成本和收入细节，例如智能恒温器需求响应VPP66 X.2030fl可扩展需求容量和电网节约潜力详情67 XI.可从选定的DOE合作国家实验室获得的建模工具69 十二、关于进一步分析的建议71 References72 Liftoff报告的目的 Liftoff报告描述了市场机会、当前挑战以及 相互依赖的清洁能源技术的商业化。Liftoff报告是一个持续的，DOE- 引导effort与整个清洁能源领域的能源社区和私营部门直接接触景观。他们的目标是促进整个技术价值链上的快速和协调行动。报告将作为实时文档定期更新，并基于以下时间的最佳可用信息publication。有关更多信息，请参阅Liftoff.Energy.gov。 关于虚拟电厂的这份提离报告的目标和范围 本报告面向不同的利益相关者，他们可以帮助加快生命周期 虚拟发电厂(VPP)。对于不熟悉VPP的受众，本报告旨在构建基础了解他们的价值主张以及当今使用的相关业务模型和技术。 在更有经验的受众中，该报告旨在催化和组织能源部之间的对话， 州和国家监管机构、政策制定者、公用事业、ISO/RTO、公司、研究组织、 倡导团体，以及更多关于liftoff的挑战和潜在解决方案。在这份报告的基础上，未来的行动可以包括近期的、无悔的行动，以及制定更详细、更长期的行动- 快速、安全、公平和成本效益高的VPP部署的长期路线图。本报告组织如下： 第1章：介绍DefinesVPP和分布式能源(DER)，并总结了 VPP价值主张。 第2章技术与市场现状提供了DER增长的前景，解释说VPP如何运行的基本概念，回顾了VPP如何参与电力市场和当前的部署趋势，并介绍了VPP业务模型的经济性示例。 第3章：通往VPPLiftoff的途径描述了2030年VPP的潜在机会，概述了five 加速增长的必要性，并讨论更广泛的影响。 第4章生活面临的挑战和潜在的解决方案讨论与 fiveimperatives,prioritypotentialsolutions,andassociatedactionsstakeholderscantake. 第5章：跟踪进度的指标建议领先指标、滞后指标和 VPPliftoff的目标结果。 执行摘要 随着电力需求在十年来首次增长，化石资产退役，部署 80-160GW的虚拟发电厂（VPP）——目前规模扩大两倍——到2030年可以支持快速电气化fi阳离子，同时将电网支出从峰值工厂重定向到参与者，并减少 整体电网成本。在2023年至2030年之间，美国将需要增加足够的新发电能力供应超过200吉瓦的峰值需求；1美国是否要走一条通往100%清洁电力的道路 2035年，新的产能需求可能几乎翻一番。i在所有情况下，依赖于天气的可再生能源的混合发电将是前所未有的，导致更多的可变电力供应和更高的需求 传输容量。传输互连积压，已扩展到平均five 年，构成潜在的资源充足性挑战。ii大规模部署VPP有助于解决需求增加，峰值上升，成本低于传统资源，降低了能源成本美国人-六分之一的人已经拖欠电费。iii VPP是分布式能源(DER)的集合比如屋顶太阳能，后面- 表（BTM）电池，电动汽车（EV）和充电器，电热水器，智能建筑及其控制，以及可以平衡电力需求和供应的fl可扩展商业和工业(C&I)负载 并提供像传统发电厂一样的公用事业规模和公用事业级电网服务。VPP注册DER所有者 -包括住宅、商业和工业电力消费者-以各种参与模式为高效的电网运营做出贡献的奖励。 虚拟电厂 1美国的峰值需求预计将在2023年至2030年期间增长约8%-从743吉瓦增长到802吉瓦-增量59吉瓦(估计由 BrattleGroupbasedontotalelectricityconsumptionfromOfficeofPolicyNationalEnergyModelingSystemmid-caseelecficationscenario).Itisestimated162GW至183GW的发电量将在2023-2030年之间退役。如果退役资产满负荷运行，退役与峰值需求增长相结合 将意味着221至242吉瓦的供应缺口。然而，最近和预期的退休大多是老化的燃煤电厂，一些石油和天然气厂退休 aswell;retiringassetswilllikelybeoperatingbelowfullcapacity.Forthisreason,theneedisconservativelyestimatedtobe~200GW(~60GWnewpeakdemand+~140GW峰值需求不再由退役资产提供服务）。 VPP不是新的,并且多年来一直使用商业上可用的技术操作。Mostof目前，30-60GW的VPP容量用于批量供电时使用的需求响应程序是有限的；这些程序可以降低或减少DER的消耗，如智能恒温器、水加热器，以及商业和工业设备。然而，VPP具有执行 更广泛的功能。当今市场上VPP的示例功能包括改变EV的时间充电以避免当地配电系统设备过载，为家庭提供能源- 在高峰时段安装太阳能+储能系统，以减少对大容量电力系统的需求，充电在适当的时候使用分布式电池，以减少公用事业规模的太阳能削减，从 商用电动汽车电池回到电网，并提供辅助服务以保持电能质量，所有同时尽量减少对DER所有者的影响。 VPP可以促进资源充足性2以低成本；与他们的fi财务同样重要各种形式的VPP可以增加弹性，减少温室气体排放和空气 污染，减少T&D拥堵，增强社区能力，并适应不断发展的电网 needs。由住宅智能恒温器，智能热水器，EV充电器和BTM电池组成的VPP， 例如，与替代方案相比，可以为公用事业提供40%至60%的净成本低的峰值容量(公用事业- 规模电池和天然气调峰厂)。iv而不是使用天然气调峰厂燃烧燃料和 通过输配电(T&D)线路运输电力，公用事业公司可以使用VPP支付参与最终用户，通过DER和支持系统在本地平衡电网需求。 VPP价值主张 将VPP有限地集成到电力系统规划，运营和市场参与中 到目前为止已经抑制了增长。法规驱动的电网规划要求和成本效益fit评估低估了大多数司法管辖区VPP的潜在好处fits，阻碍了对项目和 支持VPP的潜在电网升级。用于VPP规划、操作、测量、 以及公用事业和区域电网运营商将VPP整合到配电中所必需的估值 systemsandbulkpowersystemshaveemerged,butvarybyserviceproviderandjurisdiction.Thiscomplexity 碎片化导致公用事业公司对VPP的可靠性缺乏一致性，这 这反过来又导致了多年来与飞行员收集数据的过程，尽管他们取得了成功，但这些飞行员还没有扩大规模。 到2030年部署80-160吉瓦的VPP以帮助满足国家能力需求可以节省10亿美元的年度电网成本，并将把电网支出引导回电力消费者手中。3在这个规模上，VPP可以贡献大约10-20%的峰值需求，局部变化基于 条件，如DER可用性和公用事业规模可再生能源发电的混合。潜在的DER容量可以加入VPP的电动汽车正在以加速的速度增长，电动汽车占了绝大多数 具有高度fl可扩展需求的增长。每一年从2025年到2030年，电网预计将增加：20-90GW 2资源充足性是指电网在任何给定时间满足最终用户电力需求的能力；它是对当前或预计的资源组合足以满足特定电网的容量和能源需求。 3根据Brattle(2023)和Clack(2021)对峰值的分析，估计了80吉瓦(6亿美元)至160吉瓦(11亿美元)VPP容量的节省估计- 一致的fl可扩展需求/DER容量（两项研究中每GW估计为0.07B美元）。 铭牌的4电动汽车充电基础设施的需求容量v,vi和300-540GWh的铭牌存储 capacit