小型可再生能源和电池可以联合起来取代大型化石燃料发电厂——这只需要一大堆小设备来匹配大型旧发电厂的能力。
目前，真正大规模的分散式清洁能源设备，也被称为虚拟发电厂，仍然是罕见的。清洁能源行业需要提供更多的证据，证明分散式能源可以大规模提供可靠的清洁能源。
有一家公司正在实现这一目标，它不是电力公司，也不是硅谷的初创公司，而是拥有数十年历史的日本商社伊藤忠商事。该公司通过子公司NF生产家用电池产品，然后与英国初创公司Moixa开发的Gridshare软件一起销售(Moixa去年被Lunar Energy收购——请参阅Canary Media最近对该软件的特别之处的深入研究)。自2017年以来，伊藤忠悄悄地在日本各地建立了由其控制的3.6万个家用电池组成的车队，而这只是一个开始。
“我们希望扩大到10万台，”伊藤忠能源存储业务部门的团队负责人Maiko Mori在最近访问东京时表示。
目前的总容量为352兆瓦时。这种储能容量可以与现有的一些最大的电网级电池厂相媲美，这表明数千个微型电池真的可以加起来达到大型中央发电厂的规模。与此同时，家庭电池收集遇到了分散形式的限制，至少目前在日本是这样。
法规还没有到位，以使所有这些小电池参与到更广泛的电网工作中。因此，这家虚拟发电厂正在尽其所能，帮助每个家庭，直到一切就绪，让电池在日本能源系统中发挥更强大的作用。
伊藤忠所克服的挑战为任何试图建立本地化清洁能源组合的人提供了借鉴。在日本，就像其他任何地区一样，正在艰难地朝着更清洁、更分散的能源系统前进，迄今为止的进展只是说明了还有更多的可能性。
当今虚拟发电厂的局限性
伊藤忠的世界级虚拟发电厂的规模仍然有限，因为正如能源研究公司BloombergNEF的日本分析师Isshu Kikuma解释的那样，“根据目前的规定，政府不允许低压电网连接的电源向电网输出电力。”
这使得伊藤忠的电池车队处于进化的中间阶段。
Moixa联合创始人克里斯·赖特(Chris Wright)表示:“这是一支庞大的电池舰队。”他目前担任Lunar Energy软件技术高级副总裁。但是，他补充说，“我们目前还没有把它们作为虚拟发电厂来调度。这都是表后优化。”
这意味着伊藤忠电力公司的车队无法为更广泛的电网提供一些最赚钱、最有价值的服务，比如维持合适的频率，以使电线正常运行，或者在需求旺盛的时刻供电。诚然，世界上没有多少地方已经想出了如何将小型本地电池纳入宏观层面的电网运营。但以德国和美国部分地区为例，它们已经证明了这是可以有效实施的。
伊藤忠电力公司不再向客户支付电网服务费用，而是通过巧妙地管理太阳能生产来为客户省钱，并通过在成本较低的时候储存电力，在成本较高的时候调度电力来套利。
“目前，Gridshare正在为客户的经济利益工作，但它也可以为电力公司工作，”Mori说。
Lunar Energy的软件产品主管Sam Wevers列举了这些好处:“我们在电池默认模式的基础上额外节省了14%的成本。”电池来自工厂，设置为最大限度地消耗家庭太阳能生产或优化随时间变化的速率，这适用于日本的大多数电池客户。但Gridshare可以将每个家庭的消费模式内在化，并预测48小时后的未来;维弗斯说，人工智能计算出了默认设置无法实现的策略。
这足以让伊藤忠在电池厂商的市场上获得竞争优势。但该舰队可能会有更多的角色。赖特说，政府的最新消息是，分布式能源参与大规模电网服务的规则将于2024年生效。“它很快就会上线的，”他说;一旦实现，伊藤忠的船队就可以在日本电网脱碳努力中发挥“全国重要”作用。为什么日本需要一个虚拟发电厂?
对于一个虚拟发电厂来说，它不仅仅是措辞含糊的电网术语，它需要为某人解决一个切实的问题。在日本，和其他地方一样，迫在眉睫的挑战是如何在不牺牲可靠性的情况下使电网脱碳，虚拟发电厂可以提供帮助。
日本的孤岛电网依赖进口化石燃料发电，而核能或可再生能源无法发电。但日本在福岛灾难后削减了核能生产。BNEF能源分析师基库马表示，由于可用土地有限，地形崎岖多山，可再生能源的建设成本比许多其他国家都要高。
Kikuma指出:“由于日本的土地限制，屋顶太阳能具有巨大的潜力。”
从2009年开始，在日本安装屋顶太阳能系统的家庭可以通过慷慨的上网电价获得该系统输出到电网的电力。但该付费计划只持续10年，从注册之日起算，所以第一波采用者从2019年开始退出该计划，之后他们向电网供电的收入开始大幅下降。
根据BNEF的数据，自2019年1165兆瓦的峰值以来，年度住宅太阳能装机容量略有下降，但该行业在2021年和2022年仍增加了1000兆瓦或更多。这是一个强劲的市场，但每年，越来越多拥有屋顶太阳能的家庭发现自己失去了上网电价，需要一个新的计划来充分利用他们的电力生产。
日本客户已经对电池感兴趣，将其作为备用电源，以应对周期性袭击该国的各种灾害——最严重的是地震和台风。但由于上网电价的丧失，电池在经济上也具有吸引力，可以在晴天以外的时间使用更多的屋顶太阳能发电。
根据BNEF的数据，住宅电池安装在过去五年中稳步增长。2022年，日本家庭增加了313兆瓦和877兆瓦时，使日本成为世界上最活跃的家用电池市场之一。事实上，BNEF的数据显示，从2017年到2020年，日本每年安装的家庭电池容量远远超过美国;美国市场最终在2021年超过了日本。
伊藤忠利用了这一趋势。其子公司NF生产Smart Star电池组的模型，具有9.8千瓦时或13.1千瓦时的存储容量。它是交流耦合的，这使得它更容易连接到日本现有的许多屋顶太阳能装置上。Smart Star已在日本售出5.5万部，其中大部分销往伊藤忠(Itochu)。
鉴于在日本建造大规模清洁能源的难度，一座虚拟发电厂为日本急需的小规模清洁能源提供了经济上的理由。如果电池最终开始取代目前化石燃料发电厂的作用，它们将进一步减少对排放碳的进口燃料的需求。考虑到俄罗斯入侵乌克兰后全球对化石天然气进口的争夺，这看起来更有吸引力。
韦弗斯指出:“出于各种地缘政治原因，日本的能源安全论点非常有力。
伊藤忠大型虚拟发电厂的经验教训
不过，一个典型的燃气发电厂所能提供的电量还需要数以千计的装有电池的房屋。虚拟发电厂要名副其实，要兑现承诺，就需要大规模运营。
几乎没有什么创举能达到这一水平。由佛蒙特州公用事业公司绿山电力(Green Mountain Power)控制的美国运营时间最长的VPPs之一，截至去年夏天，有超过4000个家用电池参与其中。犹他州的Wattsmart项目出乎意料地多产，在短短几年内就吸引了3000户家庭。德克萨斯州的一个新的虚拟发电厂试点项目最终可能会在全州范围内实现更多的目标，但它仍处于起步阶段。
德国家用存储公司sonnen走得更远，在全球安装了12万个电池单元;其中大部分在德国，该公司在那里像分散的公用事业公司一样运营其车队，提供电网服务，并以更低的价格为客户提供电力。
在全球范围内，虚拟发电厂仍处于起步阶段，保守的公用事业行业倾向于*制抵**新概念和新技术，直到无法再忽视它们为止。伊藤忠在早期就认识到，它不能等待其他电力行业参与者的加入;它必须自己建造这个东西。
“起初，没有人对此感兴趣，”森稔说。“但我们的销量达到了3.6万部。我们已经部署了这些电池，(电力公司)可以在方便的时候使用。”
换句话说，伊藤忠商事已经具备了可用的能力，更多传统的供应商也开始注意到这一点。伊藤忠正在与包括东京电力公司、中部、九州和东北在内的电力零售商合作，以证明其电池车队可以预测和可靠地做出反应，从而为这些公司节省资金。
这些公司的工作就是随时为他们的客户提供足够的电力。但在一天中的某些时候，购买或生产电力的成本更高。利用电池在昂贵和便宜的时间之间套利，降低了客户保持供电的成本，这引起了日本电力供应商的关注，尤其是在电力成本上涨的情况下。
这些电力公司最终可以自己购买电池，并出租给家庭使用;这将给客户带来他们想要的好处，而不需要大量的前期费用，同时让公司更直接地控制设备供自己使用。
森稔表示:“我们希望改变能源行业。“虚拟发电厂可以使日本能源行业更具弹性，并为各方带来利益。”