Sanal Enerji Santrali (VPP) Temel Bilgileri — Dağıtılmış Kaynakları Bir Araya Getirme ve Bunları Enerji Santrali Olarak Satma

Tek başına, birkaç kW'lık çatı üstü güneş panelleri veya ev tipi bataryalar, bir şebeke operatörü için "enerji santrali" olarak hiçbir değere sahip değildir. Ancak binlerce veya on binlercesini bir araya getirip, iletişim ve yazılım yoluyla eş zamanlı olarak kontrol ederseniz, birleşik çıktı tek bir termik santralin çıktısıyla rekabet edebilir. İşte sanal enerji santralinin (VPP) temel fikri budur. VPP, enerji üretmenin yeni bir yolu değil; mevcut dağıtılmış kaynakları piyasada alınıp satılabilen bir ünite halinde paketleyen bir bilgi platformudur. Dağıtılmış kaynakları bir araya getirmek için iletişim ve ölçüm altyapısı, Akıllı Şebeke Temelleri'de ele alınmıştır. Bu makale, bu temel üzerine inşa edilen iş yapısına, Japonya'nın kurumsal tasarımına ve gerçek örneklerine odaklanmaktadır.

30 Saniyede Özet

• Sanal Enerji Santrali (VPP), çatı üstü güneş panelleri, ev bataryaları, elektrikli araçlar (EV'ler) ve fabrika talep yanıtı (DR) gibi çok farklı özelliklere sahip dağıtılmış kaynakları iletişim ve yazılım aracılığıyla bir araya getirerek, tek bir kontrol edilebilir enerji santrali gibi ele alan bir mekanizmadır.

• Japonya'da sistem iki kademeli bir yapı etrafında tasarlanmıştır: doğrudan tüketicilerle sözleşme yapan ve kaynaklarını kontrol eden "kaynak toplayıcıları" ve birden fazla kaynak toplayıcısının sunduğu çıktıyı bir araya getiren ve toptan ticareti yöneten "toplama koordinatörleri". Nisan 2022'de belirtilen toptan tedarikçi sistemi başladı ve ENERES, bu sistem kapsamında Japonya'daki ilk sertifikalı toplayıcı oldu.

• Bir VPP'nin hedeflediği kaynaklar, yanıt hızı, süresi ve öngörülebilirliği bakımından farklılık gösterir. Bataryalar ve EV'ler hızlı yanıt verir; güneş enerjisinin yukarı yönlü kontrolü zordur; ve fabrika HVAC ve üretim ekipmanlarından gelen DR, büyük ölçekli ancak esneklik açısından sınırlıdır.

• Japonya'daki sanal enerji santrallerinin (VPP) asıl mücadele alanı, toptan elektrik piyasası (JEPX) değil, genel iletim ve dağıtım şirketlerinin düzenleyici güç temin ettiği dengeleme piyasasıdır. Bu piyasa, yanıt süresi ve süreye göre ayrılmış çeşitli ürün kategorileri sunar ve bir VPP, kaynaklarının özelliklerine göre hangi ürüne teklif vereceğini seçer.

• Çalışma örneği olarak, 2022 yazındaki sıkı elektrik arz-talep koşullarında, REXEV ve ENERES, düzenleyici güç sağlamak için V2G'yi (araç paylaşımlı elektrikli araçların bataryalarını kullanarak) pratik olarak kullanıma soktu. VPP, kurumsal tasarım ve gerçek dünya operasyonunun, gösterim aşamasını geçerek giderek birlikte ilerlediği bir teknolojidir.

1. VPP Nedir - "Sanal"ın Anlamı

VPP'deki "sanal" kelimesi, kendi fiziksel enerji santraline sahip olmadığı anlamına gelir. Güneş panelleri, ev bataryaları, elektrikli araç bataryaları ve bir fabrikanın talep yanıt kapasitesi, fiziksel olarak ayrı bir konumda bulunan küçük birer kaynaktır. Bu kaynakları bir ağ üzerinden birbirine bağlayarak, merkezi bir yazılım her bir kaynağın durumunu (kalan şarj, üretim tahmini, çalışma programı vb.) kavrar ve gerekli anlarda çıkış artırma veya azaltma komutları gönderir. Bir şebeke operatörü veya enerji piyasası açısından bakıldığında, bu sistem "tek bir enerji santrali" gibi davranır.

Şekil 1 — Bir VPP'de, kaynak toplayıcılar farklı özelliklere sahip dağıtılmış kaynaklarla doğrudan sözleşme yapar ve bunları kontrol eder ve bir toplama koordinatörü bunları dengeleme piyasası, toptan enerji piyasası ve genel iletim ve dağıtım şirketleriyle ticaret yapmak üzere bir araya getirir — iki kademeli bir yapı. yapı.

2. Japonya'nın Toplayıcı Sistemi — İki Katmanlı Bir Yapı

Japonya'nın VPP sistemi iki role ayrılmıştır: kaynak toplayıcı ve toplama koordinatörü. Bir kaynak toplayıcı, doğrudan bir tüketiciyle (bir hane veya fabrika) bir VPP hizmet sözleşmesi imzalar ve güneş panellerini, bataryalarını veya talep yanıtı ekipmanlarını kontrol eder. Bir toplama koordinatörü, birden fazla kaynak toplayıcı tarafından toplanan çıktıyı bir araya getirir ve genel iletim ve dağıtım şirketleri veya perakende elektrik sağlayıcılarıyla doğrudan elektrik ticareti yapar.

Bu yapıyı kurumsal olarak destekleyen, Nisan 2022'de başlayan belirlenmiş toptan tedarikçi (toplayıcı) sistemidir. Bu sistem, dağıtılmış kaynakları bir araya getirme ve bir üretim işletmesi gibi toptan elektrik satma işine yasal bir zemin sağlar ve ENERES, bu sistem altında Japonya'daki ilk sertifikalı toplayıcı olmuştur. Kurumsallaşmadan önce bile, METI'nin VPP gösteri projesi (2016 mali yılından 2020 mali yılına kadar yürütülmüştür) rollerin bölünmesini zaten doğrulamıştı. Kaynak toplayıcıları ve toplama koordinatörleri arasında, aralarındaki iletişim arayüzlerinin standartlaştırılmasıyla birlikte, bir dizi işlem gerçekleştirilir.

3. Bir VPP'nin Birleştirdiği Kaynakların Türleri ve Özellikleri

Bir VPP'nin hedeflediği kaynaklar tek tip değildir. Tepki hızı, süre ve çıktı tahmin edilebilirliği kaynağa göre büyük ölçüde farklılık gösterir, bu nedenle toplayıcılar, kaynakları nasıl birleştirdiklerine bağlı olarak sağlayabilecekleri düzenleyici gücün karakterini tasarlarlar.

Güneş enerjisi güneş ışığı olmadan çıktıyı artıramadığı için, yukarı yönlü DR kaynağı olarak uygun değildir. Öte yandan, bataryalar ve EV'ler hem şarj hem de deşarj yönünde kullanılabilir, bu da onları bir VPP'nin temel düzenleyici güç kaynağı haline getirme olasılığını artırır. EV'ler kullanılarak V2G (Araçtan Şebekeye) Araç içi bataryanın sadece ulaşım için bir enerji kaynağı olarak değil, aracın kullanılmadığı saatlerde düzenleyici güç kaynağı olarak da kullanılması fikri.

4. Kontrol Mimarisi — İletişim Katmanlarını Hatırlamak

Bir VPP'nin çok sayıda küçük kaynağı gerçekten kontrol edebilmesi için, Akıllı Şebeke Temel Bilgileri'de ele alınan iletişim katmanları doğrudan temelini oluşturur. ECHONET Lite genellikle ev içi cihaz kontrolü için, OpenADR ise işletmeler arası talep yanıtı sinyallerini otomatikleştirmek için kullanılır. Toplayıcının bulut tarafındaki sisteminde, bireysel kaynakların durumu (SOC, çalışma programı, üretim tahmini) toplanır ve piyasadan gelen komutlar alınarak her kaynağa tahsis edilir. Bu tahsis algoritmasının hassasiyeti ve hızı, bir VPP'nin sağlayabileceği düzenleyici gücün kalitesini doğrudan belirler.

5. Japonya'nın Piyasa Yapısı — Dengeleme Piyasası ve JEPX

Bir VPP'nin faaliyet gösterdiği ana mekanlar Gelir elde etme yöntemleri genel olarak ikiye ayrılır: elektriğin alınıp satıldığı toptan elektrik piyasası (JEPX) ve genel iletim ve dağıtım şirketlerinin frekans ve arz-talep dengesini korumak için düzenleyici güç temin ettiği dengeleme piyasası.

Dengeleme piyasası, 2021 mali yılından bu yana aşamalı olarak açılmış olup, birincil düzenleyici güçten üçüncül düzenleyici güce kadar çeşitli ürünlerin alım satımını yapmaktadır (tepki süresi ve süreye göre sınıflandırılmıştır; bu sınıflandırmanın ayrıntılı fiziksel arka planı Şebeke Atalet ve Frekans Düzenleme Rehberi'de ele alınmıştır). Hızlı tepki veren bataryalar ve elektrikli araçlar, kısa tepki süresine sahip ürün kategorilerine uygundur, nispeten daha yavaş tepki veren fabrika DR ise tepki süresinde daha fazla esneklik sağlayan kategorilere uygundur. Bir VPP, bir araya getirdiği kaynakların tepki özelliklerini değerlendirerek hangi ürün kategorisine teklif vereceğine karar verir.

Bunun ötesinde, "gelir yığma" - elektrik satışı gibi birden fazla gelir akışının katmanlanması - söz konusudur. Toptan pazar, dengeleme pazarında düzenleyici güç sağlama ve tüketicinin kendi maliyetlerini tepe yük azaltma yoluyla düşürme – bir VPP'nin iş sürdürülebilirliğini belirleyen şeydir. Tek başına tek bir pazar aracılığıyla yatırımını geri kazanamayan bir kaynak bile, birden fazla kullanım birleştirildiğinde bazen karlı hale gelebilir.

6. Gerçek Bir Örnek – Gösteriden Pratik V2G'ye

Japonya'nın VPP sektörü, METI'nin 2016-2020 mali yılları arasındaki VPP gösteri projesi aracılığıyla, iletişim standartlarını ve işletme kurallarını doğrulayan kaynak toplayıcıları ve toplama koordinatörleri olarak birden fazla şirketin katılımıyla gerçekleşti. KDDI ve ENERES, iletişim altyapısı tarafından VPP kontrol gecikmesini ve güvenilirliğini iyileştirmeye yönelik bilinen bir örnek olan 5G ve MEC (çoklu erişimli uç bilgi işlem) kullanan bir VPP girişimini geliştirdi.

Pratik kullanıma ulaşan somut bir örnek olarak, 2022 yazının özellikle sıkı güç arz-talep koşullarında, REXEV ve ENERES, bir şemayı pratik olarak uygulamaya koydu. Odawara/Hakone bölgesindeki araç paylaşım işinde kullanılan elektrikli araçların (EV) yerleşik bataryalarını, araçlar kullanılmadığı saatlerde V2G (Araçtan Şebekeye) yoluyla boşaltarak, Kanto bölgesi için düzenleyici güç olarak sunuyor. Bu, aynı araç bataryasından iki tür değer elde etme girişimidir: ulaşım olarak kullanım ve şebekeye düzenleyici güç sağlama. V2G'nin pratik kullanım aşamasına ulaşmasının bir örneği olarak konumlandırılmıştır.

7. VPP'nin Bataryalar ve Akıllı Şebeke ile İlişkisi

Bir VPP, şebeke ölçekli bir bataryanın teknolojisinin (hücre kimyası, BMS, gidiş-dönüş verimliliği vb.) yerini almaz. Aksine, Güç Bataryası Temel Bilgileri bölümünde ele alınan bireysel bataryaları piyasada alınıp satılabilen bir ünite halinde bir araya getiren bir "iş katmanı"dır. Benzer şekilde, bir VPP, akıllı sayaçlar ve iletişim protokolleri gibi donanım altyapısının üzerine inşa edilmiş kurumsal ve operasyonel bir mekanizmadır ve Akıllı Şebeke Temel Bilgileri bölümünde ele alınan ölçüm ve iletişim altyapısı olmadan çalışamaz. VPP, bataryalar ve akıllı şebekeyi rekabet eden teknolojiler olarak değil, üst üste yığılmış farklı katmanlar olarak anlamak pratiktir.

8. Mevcut Zorluklar ve Araştırma Odak Noktaları

• İletişim gecikmesi ve güvenilirliği: Çok sayıda kaynağa eş zamanlı olarak komut göndermek ve belirli bir zaman dilimi içinde yanıtı onaylamak için bir mekanizmaya ihtiyaç vardır. 5G ve MEC kullanımı bu zorluğa bir çözümdür.

• Temel doğruluk: DR'nin etkisini ölçmek, "kontrol edilmeseydi tahmini kullanım" (temel değer) ile arasındaki farka göre değerlendirmeyi gerektirir ve bu tahminin doğruluğu doğrudan piyasanın güvenilirliğini belirler.

• Siber güvenlik: Şebekeye bağlı çok sayıda ev cihazı ve elektrikli araçla, saldırı yüzeyini yönetmek önemli hale gelir.

• Kaynakların çeşitlendirilmesi: Yeni tür kaynakların dahil edilmesi Isı pompalı su ısıtıcıları, endüstriyel ısı pompaları ve veri merkezi yük ayarlaması gibi kaynaklar araştırılıyor.

• Standardizasyon: Farklı üreticilerin cihazlarını kontrol etmek için standart arayüzler oluşturmak ve genel iletişim standartları, toplayıcıların pazara ne kadar kolay girebileceğini etkiler.

Özet: Bir VPP "Enerji Santrali" Değil, "Paketleme Katmanı"dır

Bir VPP yeni nesil bir teknoloji değil; güneş enerjisi, bataryalar, elektrikli araçlar ve talep yanıtı gibi mevcut dağıtılmış kaynakları iletişim ve yazılım yoluyla tek bir ticarete konu edilebilir üniteye paketleyen bir mekanizmadır. Japonya, kaynak toplayıcıları ve toplama koordinatörlerinden oluşan iki kademeli bir sistem kurmuştur ve dengeleme piyasası ticaret için somut bir alan sağladığından, gösterimden pratik uygulamaya geçiş devam etmektedir.

Bir VPP girişimini değerlendirirken, aşağıdakileri kontrol etmekte fayda vardır:

1. Hangi kaynaklar (güneş enerjisi, bataryalar, elektrikli araçlar, talep yanıtı) paketleniyor ve hangi yanıt hızı ve süresiyle?

2. Bir kaynak toplayıcısı mı? veya bir toplama koordinatörü ve rol dağılımı nasıl yapılandırılmış?

3. Hangi gelir kaynağı kombinasyonu — toptan piyasa, dengeleme piyasası, maliyet düşürme — kullanılıyor ve nasıl?

4. Temel ölçüm veya iletişim güvenilirliği nasıl sağlanıyor?

Bu dört noktayı aklınızda tutmak, bir VPP duyurusunu somut bir yapı olarak okumanızı sağlar — dağıtılmış kaynakların nasıl paketlendiği ve nerede işlem gördüğü.

Referanslar

• Doğal Kaynaklar ve Enerji Ajansı — VPP ve DR Nedir?
• Doğal Kaynaklar Ajansı ve Enerji — VPP/DR Terimleri Sözlüğü
• Doğal Kaynaklar ve Enerji Ajansı — VPP/DR Kullanımı
• ENERES Co., Ltd. — Sıkı güç arz-talep koşullarında EV gücünün kullanımı
• REXEV Co., Ltd. — Sıkı güç arz-talep koşullarında EV gücünün kullanımı
• KDDI — ENERES ve KDDI'nin sanal güç santrali (VPP) aracılığıyla karbondan arındırılmış bir toplumu nasıl hayal ettiği
• Elektrik Enerjisi Rezerv Borsası (EPRX) — Dengeleme Piyasası Nedir?
• İletim Operatörlerinin Bölgesel Koordinasyon Örgütü, Japonya (OCCTO)