虚拟电厂和能源正义

合同号 DE - AC36 - 08GO28308虚拟发电厂与能源正义布列塔尼 · 斯皮特、埃里克 · 洛克哈特和亚当 · 沃伦国家可再生能源实验室NREL 是美国能源部能源效率和可再生能源办公室的国家实验室由可持续能源联盟运营 ， LLC该报告可从国家可再生能源实验室 （ NREL ） 免费获得 ， 网址为 www. nrel. gov / publications 。技术报告NREL / TP - 7A40 - 866072023 年 10 月 合同号 DE - AC36 - 08GO28308303 - 275 - 3000 • www. nrel. gov虚拟发电厂与能源正义布列塔尼 · 斯皮特、埃里克 · 洛克哈特和亚当 · 沃伦国家可再生能源实验室建议引文Speetles, Brittany, Eric Lockhart, and Adam Warren. 2023. Virtual Power Plants and Energy Justice. Golden, CO: NREL / TP - 7A40 - 86607. https: / / www. nrel. gov / docs / fy24osti / 86607. pdf.NREL 是美国能源部能源效率和可再生能源办公室的国家实验室由可持续能源联盟运营 ， LLC该报告可从国家可再生能源实验室 （ NREL ） 免费获得 ， 网址为 www. nrel. gov / publications 。技术报告NREL / TP - 7A40 - 866072023 年 10 月国家可再生能源实验室 15013 丹佛西公园路Golden, CO 80401 通知这项工作由可持续能源联盟有限责任公司根据合同号 DE - AC36 - 08GO28308 为美国能源部 （ DOE ） 运营的国家可再生能源实验室撰写。这项工作得到了 NREL 实验室指导研究与开发 （ LDRD ） 计划的支持。本文表达的观点不一定代表 DOE 或美国政府的观点。该报告可从国家可再生能源实验室 （ NREL ） 免费获得 ， 网址为 www. nrel. gov / publications 。美国能源部 （ DOE ） 1991 年后产生的报告和越来越多的 1991 年之前的文件可通过 www. OSTI. gov 免费获得。Dennis Schroeder 的封面照片 ： （ 顺时针 ， 从左到右 ） NREL 51934 ， NREL 45897 ， NREL 42160 ， NREL 45891 ， NREL 48097 ， NREL 46526 。NREL 在包含回收内容的纸张上打印。 3该报告可从国家可再生能源实验室免费获得 ， 网址为 www. nrel. gov / publications 。Acknowledgments作者要感谢国家可再生能源实验室的实验室指导研究开发种子计划，该计划资助了这项研究。此外，Bai Ci 和 Ahmed Zamzam 为技术虚拟发电厂概念的初步思考做出了贡献。Roderic Jacso 为我们对能源正义概念的思考做出了贡献，特别是将根本原因与当前的挑战联系起来。Nate Blair，Jeifer Daw，Madelie Geociris，Joyce McLare，Mie Meshe，Da Olis，Gia Porro，Mar Rth，Dai Salyer 和 William Toash 在编辑和审核过程中提供了宝贵的见解。这项工作受到能源部贷款计划办公室主任 Jigar Shah 及其领导团队的公开评论的启发。 4该报告可从国家可再生能源实验室免费获得 ， 网址为 www. nrel. gov / publications 。首字母缩略词列表ALA 美国肺脏协会BIPOC 黑色 ， 土著和有色人种CEJST 气候与经济正义筛选工具分布式能源资源DERMS DER 管理系统美国能源部EJ 能源正义EJScreen EPA 环境司法筛选工具 EV 电动汽车FERC 联邦能源管理委员会FFR 快速频率响应IBEW 国际电气工人兄弟会IRA 降低通胀法案ISO 独立系统操作员IT 信息技术JISEA 联合战略能源分析研究所kW 千瓦千瓦时LPO 贷款计划办公室MW 兆瓦MWh 兆瓦时NECA 国家电气承包商协会NREL 国家可再生能源实验室PHEV 插电式混合动力汽车光伏光伏发电REV 改革能源愿景SCE 南加州爱迪生V2G 车辆到电网VPP 虚拟电厂 5该报告可从国家可再生能源实验室免费获得 ， 网址为 www. nrel. gov / publications 。执行摘要2020 年 9 月发布的联邦能源管理委员会 （ FERC ） 第 2222 号令允许聚合分布式能源 （ DER ） 作为单一实体参与批发能源市场，通常被称为虚拟发电厂 （ VPP ） 。VPPs 控制可调度，聚合 DER （ 包括灵活，响应负载 ），有助于多种电力市场类型，并提供各种电网服务 [1] 。VPP 不限于任何特定的 DER 技术 ； VPP 项目的范围可能因地理位置、特定项目驱动因素和其他项目资格要求而异。VPP 项目中的常见技术包括家用设备，电动汽车，太阳能发电，存储和热水器。通过扩展 VPP 部署灵活控制和汇总 DER 的能力可以避免大量的电网基础设施投资，通过提供电网服务赚取收入，降低峰值需求，加快可再生能源的采用，减少电费，并以更低的成本为客户提供本地弹性。如果考虑到环境和能源正义，VPP 还具有减少温室气体排放，改善室内和室外空气质量，支持劳动力和经济发展以及解决服务不足的社区 1 面临的挑战的潜力，例如能源负担 [2]，[3]，[4] 。VPPs 的话题变得更加相关，因为在美国，DER 的采用正在经历快速增长，峰值电力需求也在上升 [2] 。本文探讨了 VPP 通过能源正义 （ EJ ） 镜头提供能源系统和社会效益的潜力。能源正义是指在能源系统转型中实现社会和经济公平成果的目标，同时也纠正那些历史上受到能源系统伤害的人的社会，经济和健康负担 [5] 。VPP 有可能支持服务不足的社区实现公正的过渡目标和成果，但是与成本相关的，社会经济和历史障碍可能使 VPP 在服务不足的社区环境中的采用具有挑战性。这些挑战在整个论文中都得到了解决，我们在表 2 中包含了它们与能源正义的四个原则的等级相关性的表示。指导我们研究的关键问题包括 ： 什么是 VPP 用例、价值流和商业模式 ？ 能源公正如何与 VPP 相关 ， 以及如何为服务不足的社区参与和受益而设计 VPP ？ 哪些计划激励和其他策略可以改善服务不足的社区获得和受益的机会 ？1 在整个论文中，我们使用 “服务不足的社区 ” 一词来指代获得资源和机会有限的社区。这不成比例地指的是黑人，土著和有色人种 （ BIPOC ） 人口较高的社区，低收入人口，面临持续贫困的人口以及其他弱势群体，历史上被剥夺权利或长期边缘化的群体。在我们的文献综述中，我们使用 “低收入 ” 和“ 弱势群体 ” 这两个术语来描述特定研究的方法。 6该报告可从国家可再生能源实验室免费获得 ， 网址为 www. nrel. gov / publications 。本文的讨论集中在能源正义的四个原则上 ： 程序正义 ， 分配正义 ， 承认正义和恢复性正义。程序正义是指参与公平、透明的决策过程。分配正义是指与能源投资有关的结果的公平分配。承认正义是指将社区的需求考虑在内 ， 并在能源过渡计划中包括脆弱 ， 偏远或服务不足的社区。恢复性司法是指补救和社区发展努力。这四个原则重叠 ， 它们与 VPP 的相关性或重要性随着哪些用例被优先排序、哪些 DER 被包括以及其他商业决策而变化 ， 例如如何为 VPP 融资。本文的表 1 提供了能源正义原则与各种 VPP 用例的映射 [6] 。使用能源正义的四个原则来构建我们的讨论框架 ： 提供有关当前 VPP 景观的背景信息 ， 以及其在交互式能源系统中演变的历史背景 ， 提供对当前 VPP 市场 ， 价值链以及与更广泛的可再生能源经济和能源正义的关系的审查 （ 见图 1 ） ， 从能源系统和社会效益方面评估 VPP 用例 ， 例如电网服务提供 ， 经济发展和公共卫生 ， 讨论成本、社会经济障碍和历史障碍方面的采用障碍 ， 并讨论如何在服务不足的社区克服这些障碍 ， 分析和编目 VPP 推进和调整 EJ 和经济目标的潜力 ， 以及 提供有关拟议和现有的 VPP 计划和项目如何与服务不足的社区中的用例和 VPP 采用相关的背景信息 ， 如何设计优先考虑 EJ 目标的计划的背景信息 ， 以及如何改进未来的计划设计以更多地支持 EJ 目标的机会。在本文的导言部分中 ， 我们简要讨论了本文的范围 ， 方法和局限性 ， 并将 VPP 与六个密切相关的概念区分开来 ： （ 1 ） 分布式能源资源管理系统 ， （ 2 ） 分布式能源 ， （ 3 ） 非电线替代方案 ， （ 4 ） 需求响应 ， （ 5 ） 微电网和 （ 6 ） 本地电力交换。在 “背景 ” 部分 ， 我们提供了各种 VPP 运营商结构 / 模型的概述 ， 并讨论了 2022 年《降低通货膨胀法案》 （ IRA ） 的政策激励措施和影响 ， 这些政策为 VPP 市场增长奠定了基础 ， 包括电气化回扣等。我们提到了 2020 年第 40 条行政命令的影响 ， 该命令要求联邦 40 ％ 7该报告可从国家可再生能源实验室免费获得 ， 网址为 www. nrel. gov / publications 。气候投资转向服务不足的社区。我们简要介绍了 2018 年和 2020 年通过的两项 FERC 法规 ， 这些法规允许 VPP 与电力批发市场的常规资源竞争 ， 这将 VPP 计划和激励措施的创建集中在电力批发市场的州。第 3 和第 4 节通过 EJ 镜头分析 VPP 用例，并在服务不足的社区中采用。为了制定这些分析，我们对新兴技术与服务不足社区的参与之间的关系进行了文献综述，在第 2.3 节中进行了讨论。然后，我们列出并描述了服务不足社区的常见挑战，并指出了每个挑战的根本原因。为了清楚地说明 VPP 的引入如何影响应对这些挑战的社区，我们预测并描述了影响并引用了示例。我们注意到，这种方法可用于应用 EJ 镜头来分析文献综述内外的其他新兴技术。为了了解 VPP 如何创造价值，我们审查了行业报告，并分析了 40 多个当前和过去的 VPP 项目和试点计划，重点是美国的例子。一些行业报告在指导我们对本文第 2 节 [1]，[2]，[3]，[4]，[6]，[7] 中捕获的当前 VPP 空间的理解方面特别相关。其他文献和示例说明了第 3 节和第 4 节采用 VPP 的用例和障碍的讨论。我们的论文最后讨论了继续探索该主题的潜在途径。本文的主要发现包括 ：VPPs 的优点 ：VPP 可以提供电网服务 （ 降低资本要求，支持资源充足性，频率响应，调峰，电压调节和增加系统弹性 ），支持经济发展 （ 提供本地弹性 ，减少电费，支持劳动力和经济发展 ），并改善公共卫生 （ 减少温室气体排放，减少室内 / 室外空气和噪音污染 ） 。对于大多数这些用例，有一些例子表明人们已经量化了这种好处，而市场又将这种好处货币化。对于那些不可货币化的用例，诸如公共卫生成本和碳的社会成本之类的外部性可以节省成本，将来可以货币化。 在服务不足的社区采用 VPP 的障碍 ：服务不足的社区在采用 VPP 方面面临共同的障碍。我们讨论基于成本的障碍 （ 缺乏资本，贷款挑战，缺乏负担得起的房屋所有权，需要额外的升级 ），社会经济障碍 （ 能源限制行为 ，缺乏灵活性资本 ） 和历史障碍 （ 社区不信任，知识障碍，化石燃料经济性和室内 / 室外空气质量差，自然灾害脆弱性以及不成比例的停电影响 ） 。基于成本的障碍可以通过替代融资方法来解决。迄今为止，社会经济和历史障碍在实践中被