“虚拟电池”将打造更灵活、智能的供电电网 - 安防知识网 - 资讯

协调智能家电和电动汽车，或可平衡电网的供需。

　　在电网中，电力的供需需要精确匹配。如果消费者需要比供电端更多的电力，或者生产者提供的电力比需求要多，结果都可能造成供电不稳定。一般来说，电力公司通常会让几个离线电厂的涡轮机维持运转，以便在需求高峰到来时实时接续提高产量；或是采用后备的煤炭发电机，但这些方法都有过于昂贵或污染的问题。

　　利用电池来维持电网供需平衡的理论由来已久，但问题在于目前的电池技术并不会给电力公司节省多少成本。最近，麻省理工学院(MIT)的研究人员提出一个构想，他们认为在家庭或办公室中的“智能家电”如自动调温器可以在远程做调节，而接入电网的电动汽车则可以做为一个庞大的电池，为电网提供低成本、低排放的替代备份发电方案。

（图片来源：MIT）

　　不过，虚拟电池的构想需要能严格量化其容量和充放电的效率，才能让电厂接受。研究人员为此采取了一些初步的方法。

　　麻省理工学院信息与决策系统实验室（LIDS）的博士后研究员Daria Madjidian认为，目前已经有很多这类灵活的电子设备了，但它们的体积通常很小，形式也多样化，而且都分装在不同的场合。尽管看起来要同时汇整这些设备看来不大容易，但“我们能开发能针对这些设备负载的能耗做排程并满足所有约束条件的算法，并能得知它们的充放电速度，让它们在电力系统中能做为储能的电池单元而存在吗？”

全新的配置

　　LIDS首席研究科学家Mardavij Roozbehan和麻省理工学院电气工程与计算机科学教授兼数据系统研究所主任Munther Dahleh共同参与了这项研究计划，他们与Madjidian稍早前共同针对这这个问题提出了回应。

　　在收集柔性电子负载作为单一电池的处理过程中，研究人员确定了电池的容量以及电池容量及其在充放电之间的基本权衡。

　　这个权衡的过程可以每天甚至每小时都重新定义。若某天某个电场需要供给大量电能，但风力情况并不稳定，他们会希望能获得快速充电以获取风力涡轮机的输出。而若某天所有用户都在晚上打开了空调，电场也需要特殊供电方案来应付高峰电力负载。

　　“传统的电池做不到这一点，但新的方法可以，”Madjidian认为灵活的充电设备代表着一种可调整的，可设计用于灵活供电的方法。

　　至于如何将收集到的电力作为电池使用，只需设想在一栋大型办公楼中的智能恒温器，大楼里的人群无法忍受设定的室温大幅波动，而且经常调节温度也会让建筑物的温度控制系统消耗更多的能量。对温控器拨动半度消耗的能量大约相等于给虚拟电池充电；而往相反的方向拨动，让系统消耗的能量减少，就相当于将电池电量释放到电网去。

　　同样地，一辆停在办公大楼里的电动汽车也需要给电池充电，但充电可以在任何时间进行，充电速度也可以快或慢，一般可在一至四小时内充完即可。减慢充电速率或推迟充电时间能让电动汽车减少对电网的需求（相等于从电网电池释放的能量）。而虚拟电池的充电速率则受到汽车自身电池的可用容量和最大充电速率的限制。

折衷之道

　　LIDS的研究人员开发了一个具有灵活负载的简单电网模型，其中的负载都是相同的大小而且全部连网。该模型建议了虚拟电池的容量和其充放电速率之间的权衡。但在调查这一权衡的原因时，研究人员确定了一个基本原则，他们认为几乎能控制所有的柔性负载。

　　现在，假设你有两个电池，一个可以快速充放电，另一个则相对缓慢。假设你把这两个真正的电池当作一个虚拟的电池，而虚拟电池是半满的。你如何分配虚拟电池给这两个真正的电池充电？

　　如果你想最大限度地提高虚拟电池的充电速率，就必须让充电快的电池比充电慢的那个更快耗尽，才能有效处理任何传入的电荷。相反地，如果你想最大限度地提高放电率，你就必须让快速充电的电池比另一个更快充满，让该电池能在需要时处理放电。

　　为理解充电率和电池容量之间的折衷权衡，研究人员假设两个真正的电池都是空的。为了最大限度地提高虚拟电池的充电率，你需要使用两个真正的电池，这二个电池在都可以隔离，且吸收电荷的速度都能比另一个快速。但能快速充电的电池将会在充电慢的电池充满电前就先充饱。

　　因此，在最大充电速率时，虚拟电池的容量实际上就是可快速充电的真实电池容量，再加上充电速度慢的电池随着速度快的电池充电时所充的电量。慢速电池的剩余容量不会被使用，然而，允许慢速电池随着快速电池充到满的时间一同充电，能够增加总的容量。

　　LIDS的研究人员已在其模型中表征此一权衡措施，他们也表示正在开发更逼真的模型，其电池大小和时间负载都会变化。

　　加州大学伯克利分校能源与资源副教授Duncan Callaway指出，随着可再生能源的渗透率逐渐提高，人们需要更灵活的电力系统。将电动汽车和HVAC（供暖、通风和空调）的电力需求作为虚拟电池来使用，是许多研究人员正在思考的一个有趣概念。Madjidian和他的同事们为如何量化这些虚拟电池提出了一些新的见解，将有助于虚拟电池的量化。

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