支持可靠的电网：虚拟电厂在密歇根州的机会

作者：Avery McEvoy, Matthew Land致谢： 1. 虚拟电厂合作伙伴的监管和政策战略工作组2. 劳拉·谢尔曼博士，密歇根能源创新商业委员会3. 克洛伊·霍尔德、约翰·阿尔贝斯和萨马特·梅达卡，高级能源联盟 2025年3月 目录 摘要 ................................................................................................................................. 1 密歇根电网挑战与虚拟电厂机遇 ................................................................................. 3配电网可靠性及经济性........................................................................................ 3 资源充足性.............................................................................................................................. 8 碳减排................................................................................................................................... 8密歇根州VPP准备情况........................................................................................................................ 9接下来的步骤：密歇根州决策者扩大VPP的短期行动............................................ 11 附录............................................................................................................................................... 14 执行摘要 密歇根州的电网面临着三大关键挑战： 1.配电网可靠性与可负担性：一个老化且频繁出现停电事件的配电网2。资源充足度：资源满足高峰需求的能力可用性正在缩小 3。碳减排：即将到来且雄心勃勃的清洁能源标准：到2035年实现80%，到2040年实现100%。 虚拟电厂（VPPs）是分布式能源资源（DERs）的集合，能够提供与公用事业规模和等级相当的电网服务。根据能源部，虚拟电厂可以被配置以提供一系列效益，包括可靠性和弹性、可负担性、减少温室气体排放和资源充足性等。1 VPPs处于支持密歇根州电网面临挑战的同时降低成本的位置，而且目前在其他州已经实现了这一目标。 VPPs可以以两种方式支持配电网络： 1.本地化电网服务虚拟电厂在配电网层面提供电网服务，例如：未提供翻译内容目标化分布式能源资源调度以维持安全、可靠和服务质量运行参数：通过针对单个或多个电路的调度和约束管理，支持或优化现有基础设施和电力质量。b.投资回避或推迟：避免或推迟通过非电网解决方案对新基础设施或升级的投资。 2.韧性：在停电或极端天气面前，虚拟电厂（VPPs）可以提供备用电力。 资源充足，通过两种方式缓解快速负荷增长带来的挑战： 1.峰值降低VPPs有助于在高峰时段减少负荷或调度发电，因为在关闭热电容量和负荷增长的情况下。2.快速部署: VPPs（虚拟发电厂）可以在六个月内部署，以缓解与负载增长和长发电机组间排队相关的短期压力。 最后，虚拟电厂（VPPs）可以通过以下三种方式实现电力系统的脱碳： 1.降低峰值调度VPPs 可以调整需求以减少对碳密集型化石燃料发电厂的调度，并减少对规模化的可再生能源的削减。2.解锁可再生能源组合VPPs通常由低排放或零排放技术组成，为各州提供资源，使其能够利用这些资源来满足其可再生能源组合目标和脱碳目标。3.使电气化成为可能：VPPs可以使电气化更快速、灵活、管理得当、成本低廉，从而支持家庭和企业脱碳。 本摘要概述了VPPs如何支持电网可靠性、可负担性和脱碳成果，并辅以来自其他州的指标和案例研究示例。密歇根州的公用事业公司、监管机构和立法者已经为VPPs的基础设施技术、项目结构和市场规则奠定了基础。本摘要以一系列密歇根州的公用事业公司、监管机构和立法者可以采取的行动结束，以推动该州VPPs的发展，以支持所有密歇根居民的实惠、可靠和脱碳电力： •密歇根公用事业公司与第三方可向密歇根州环境、大湖及能源部（EGLE）和密歇根州公共服务委员会（MPSC）申请用于VPP项目的资助和融资。 •密歇根州投资者拥有公用事业公司可以申请MPSC的90天快速试点审查项目，适用于VPP试点。密歇根州立法机构可通过VPP立法要求密歇根州公用事业公司实施VPP项目，以释放系统容量和其他电网服务的关键来源，同时支持能源可负担性、可靠性和脱碳结果。•MPSC可以开拓参与批发市场的居民和小型商业零售客户的聚合，并对现有的零售电价机制进行拆分。 •MPSC可启动一项程序来评估未来先进计量基础设施相关规划与采购策略，以增加透明度和利益相关者的参与，并确保下一代计量投资具备必要的分布式能源资源（DER）集成能力。 密歇根州的电网挑战与虚拟电厂的机会 政策制定者和公用事业公司可以将虚拟电厂作为成本效益解决方案组合的一部分，以满足近期和长期的电网挑战。VPPs处于独特的位置，有助于应对密歇根电网面临的威胁，同时帮助降低成本。 配电网可靠性与经济性 电力中断在密歇根州比大多数其他州要频繁且持续时间更长。在2013年至2022年期间，密歇根州的电力中断使电力客户每年平均承担了1272美元的费用（以2022年的美元计算），这比其他五大湖州客户平均费用高出约600美元（参见展品1）。i这是基于居民、商业和工业客户面临的电力中断的经济影响。 展示 1 在一份利用与展品1相同的估算工具的报告中发现，2020年和2021年密歇根州的电力中断对经济的总影响达到了49亿美元。2 此外，密歇根州在三个指标上持续被评为最不可靠的州之一——这些指标包括每年平均停电时间（分钟）、每年平均停电次数和每次停电的平均恢复时间。从2013年到2022年，密歇根州排名45。th在系统平均中断持续时间指数（SAIDI）中，27th在系统平均中断频率指数（SAIFI）中，以及50 th在 客户平均中断持续时间指数（CAIDI）在所有州以及哥伦比亚特区。ii参见附录2至4： 展示2 展品4 此外，密歇根州的配电系统基础设施已经在某些地区因满足客户需求而承受压力，未来负荷增长和更频繁的极端天气事件带来了额外的挑战。在高电气化情景下，密歇根州最大的投资者拥有公用事业公司（IOU）DTE能源预测，到2037年，其超过50%的客户将由负荷受限的变电站提供服务。3此外，由于气候变化导致更频繁和强烈的暴风雨，密歇根州日益老化的分销系统基础设施面临更大的故障风险。4DTE已经报告称，在过去十年中，其135年历史中已经发生了两次最大的风暴。5 投资用于更新基础设施和提高可靠性，从而推动了利率的上升。6 2023年，密歇根公共服务委员会（MPSC）批准了德特能源（DTE Energy）的3.68亿美元电费上涨，导致平均住宅客户的月度电费上涨6.4%。7 2025年1月，MPSC批准了DTE能源公司额外增加2.17亿美元的电力费用，用于包括升级电网中最老化的输电线路在内的其他可靠性改进。对于每月平均消费500千瓦时的普通居民客户来说，这将使平均每月账单增加4.65%。8 在2005年至2020年期间，消费者能源、DTE能源和印第安纳-密歇根电力公司的平均居民电费中分摊的配送成本分别提高了2.7%、4.1%和3.4%（图5）。9 展示5 如何虚拟发电厂（VPPs）支持配电系统的可靠性和经济性 密歇根州可以在更传统的电网现代化和电网加固投资之外，投资虚拟电厂（VPPs），作为提高可靠性和弹性的整体方法的一部分。具体来说，VPPs可以通过以下两种方式支持配电电网：（1）在配电电网级别提供电网服务；（2）在停电或极端天气面前提供弹性能力。 1. 本地化电网服务：在配电网级别提供电网服务 在配电网基础设施逐渐老化和客户以加速的速率采用分布式能源资源（DERs）的背景下，提供配电网服务正变得越来越重要。10随着电网的日益去中心化，在配电级别平衡电网服务变得至关重要——控制室操作员不仅在传输系统上，也在配电系统上平衡电网物理。11虚拟电厂可以成为分布式电网服务的关键来源。在30个州、哥伦比亚特区以及波多黎各，公用事业公司正从分布式能源资源（DERs）中获取配电网服务。12 具体来说，虚拟电厂可以通过以下方式实现：(a) 通过目标调度和约束管理来支持或优化现有基础设施和电力质量；(b) 通过非输电解决方案来避免或推迟对新基础设施或升级的支出。 未提供翻译内容有针对性的分布式能源资源(DER)调度以维护安全、可靠性和服务质量的操作参数：通过在单个或多个电路上有针对性的调度和限制管理来支持或优化现有基础设施和电力质量。 VPPs 由去中心化资产组成，这使得它们可以根据电网需求在局部区域进行灵活部署和调度。这意味着分布式能源资源可以在单个电路接近当地限制的水平上，或者在系统压力大的时候在多个电路上进行调度，以满足电网需求。 示例：纽约公共服务委员会建立了分布式能源资源（Distributed Energy Resources，简称DERs）价值补偿机制，以补偿来自分布式能源资源的电网服务。13 VDER的一个组成部分是位置系统缓解价值，这是一种位置附加器，对位于公用事业指定的变电站及其电网上的项目进行补偿，因为这些分布式能源资源（DERs）可以提供额外的利益。14此加法器评估了DERs和VPPs的目标调度灵活性和约束管理优势，以帮助缓解对公用事业配电网格的约束。 b.投资避免或推迟：通过非电网解决方案避免或推迟对新基础设施或升级的支出。 非电线解决方案是指在避免或推迟投资新建输电和配电基础设施的情况下，在特定地点使用技术，通常是分布式能源资源（DERs）的集合。15通过利用虚拟电厂（VPPs）提供能源、容量和辅助服务等供给侧电网服务或需求侧灵活性和管理，公用事业公司可以避免或推迟在传统基础设施上的昂贵投资，并降低用户的成本。 示例：AESIndiana和CamusEnergy进行了一项电动汽车（EV）有序充电分析。该分析显示，在配电系统中实现准确的EV可见性和有序充电的使用下，AESIndiana可以将预计的馈线升级推迟87%，平均推迟5.8年，并将变压器升级推迟66%，平均推迟8.4年。设备升级的推迟释放了每年7500万美元的资本灵活性。这意味着随着电网中加入每一辆新的电动汽车，AESIndiana每年可以获得1275美元的资金用于投资更广泛的电网可靠性和成本效益改进。16 示例：斯波坎连接社区项目将通过在斯波坎华盛顿州对125座现有建筑进行能效措施和分布式能源资源（屋顶光伏、电池储能系统、热储能系统和电动汽车充电基础设施）的改造，避免建立一个55兆瓦峰值的配电变电站，具体地点采用虚拟电厂（VPP）。17 2. 弹性：在停电或极端天气条件下提供弹性效益。 VPPs可以由提供备用电源的技术组成（例如，电池储能系统、具有双向充电功能的电动汽车）。通过改善住宅和商业的经济学， 电池备用，VPPs可以提供这种弹性益处，并支持因