O centrală electrică virtuală (în engleză virtual power plant, VPP) este un sistem de agregare a resurselor energetice distribuite (DER) pentru a funcționa ca o singură centrală electrică. Operatorii coordonează aceste resurse pentru a echilibra cererea și oferta, pentru a furniza servicii de rețea și pentru a participa pe piețele de energie. De regulă, o VPP își vinde producția unei companii de utilități electrice. VPP-urile permit resurselor de energie care sunt individual prea mici pentru a prezenta interes pentru o companie de utilități să se agrege și să își comercializeze energia.

VPP-urile accesează în mod tipic resurse dispecerizabile și nedispecerizabile, inclusiv sisteme de , pe gaz natural, centrale eoliene, sisteme fotovoltaice (PV), hidrocentrale pe firul apei, biomasă, generatoare de rezervă și (BESS), cum ar fi bateriile rezidențiale sau cele ale vehiculelor electrice. VPP-urile pot gestiona atât cererea, cât și oferta; de exemplu, pompele de căldură și alte dispozitive pot fi pornite sau oprite în funcție de oferta de energie disponibilă.

Eterogenitatea și numărul mare al acestor resurse reduc dependența de o singură sursă, îmbunătățind stabilitatea sistemului.

Tehnologia (vehicle-to-grid, V2G) permite vehiculelor electrice conectate la rețea să participe la aceste sisteme.

VPP-urile bazate pe stocare își pot modifica producția mai rapid decât generatoarele termice, ajutând, de exemplu, rețelele cu cerințe mari de variație rapidă să evite fenomenul numit curba raței (în engleză duck curve).

Un sistem de management controlează în siguranță operațiunile, facturarea și plățile către furnizorii și consumatorii de energie.

VPP-urile asigură reducerea vârfurilor de sarcină (peak shaving) prin furnizarea de energie în perioadele de consum maxim, evitând astfel utilizarea scumpe (reducând costurile cu 40–60%). Ele oferă servicii de urmărire a curbei de sarcină și (servicii ancilare), cum ar fi reglajul frecvenței și rezervele operaționale, răspunzând în intervale de la câteva secunde la câteva minute.

VPP-urile pot tranzacționa energie pe piețele angro, acționând ca centrale dispecerizabile. Pentru acoperirea riscurilor pe piețe sunt utilizate diverse strategii:

Teoria deciziei bazată pe decalaj informațional (IGDT) Optimizare robustă (RO) Valoare la risc condiționată (CVaR) de ordinul întâi (FSD) de ordinul al doilea (SSD)

Istoric Shimon Awerbuch a propus conceptul de VPP în anul 1997. Lucrările inițiale au rămas la nivel teoretic din cauza limitărilor tehnologice și de reglementare. Lucrările de cercetare de la începutul anilor 2000 au analizat agregarea surselor regenerabile. Printre provocări s-au numărat costurile de comunicare și riscurile operaționale.

RWE a lansat prima centrală electrică virtuală în 2008, agregând nouă centrale hidroelectrice pentru o capacitate totală de 8,6 MW. a pilotat un sistem care conecta energia solară, eoliană, biogazul și hidroenergia pentru urmărirea sarcinii. a început în 2011 extinderea în șapte țări, agregând biogaz, energie solară și eoliană.

În Statele Unite, VPP-urile s-au dezvoltat pe baza programelor de răspuns la cerere (demand response). Legea americană privind redresarea și reinvestițiile din 2009 () a sprijinit rețelele inteligente. Ordinul 745 al Comisiei Federale de Reglementare în Domeniul Energiei (FERC, 2011) a tratat reducerile de consum drept producție pe piețele angro. Ordinul 2222 (2020) a permis depunerea directă de oferte de către resursele energetice distribuite (DER).

AGL Energy a lansat o VPP de 5 MW în Adelaide în 2016, utilizând baterii și sisteme fotovoltaice pentru 1.000 de locuințe. Tesla a deschis o VPP în Australia de Sud în 2018, ajungând la 50.000 de locuințe până în 2022; AGL a preluat programul în 2025, ajungând la 25 MW solar și 37 MW capacitate de stocare.

și Powervault au lansat prima VPP din Londra în 2018 (0,32 MWh), instalând BESS la peste 40 de locuințe din sectorul Barnet, extinzând proiectul în 2020. În 2019, SMS plc a lansat o VPP în urma achiziției firmei irlandeze Solo Energy. În 2020, Tesla și-a lansat planul Tesla Energy în Regatul Unit în parteneriat cu , locuințele participante fiind alimentate cu energie regenerabilă din panouri solare sau de la Octopus Energy.

Până în 2023, capacitatea VPP din S.U.A. a atins 30–60 GW (4–8% din consumul de vârf). Tesla opera VPP-uri în Texas și California.

În 2024, și Entrix (prin Flexa) au planificat cea mai mare VPP din Europa, vizând 1 GW până în 2026 prin integrarea sistemelor solare, bateriilor și vehiculelor electrice; lansarea a avut loc ulterior în cursul aceluiași an.

Statul Virginia a mandatat un program pilot VPP derulat de (până la 450 MW) în 2025; compania de utilități l-a propus până în decembrie. VPP-urile din Vermont au economisit 3 milioane de dolari în timpul valurilor de căldură din 2025. Capacitatea din America de Nord a atins 37,5 GW în 2025.

Resurse energetice distribuite VPP-urile agregă de obicei un număr mare de resurse energetice distribuite (DER). Resursele pot fi dispecerizabile sau nedispecerizabile, sarcini controlabile sau flexibile (CL sau FL). Printre acestea se numără sisteme de (micro-CHP), pe gaz natural, centrale eoliene (WPP), sisteme fotovoltaice (PV), hidrocentrale pe firul apei, hidrocentrale mici, biomasă, și BESS, precum și echipamente al căror consum este ajustabil (cum ar fi boilerele electrice și aparatele electrocasnice). Numărul mare și eterogenitatea acestora fac ca producția sistemului să nu depindă de o singură resursă, oferind potențialul unei producții stabile chiar dacă debitul unei singure resurse fluctuează.

Tehnologia (V2G) permite vehiculelor electrice conectate la rețea să participe la VPP-uri. Centrala virtuală controlează rata la care fiecare vehicul se încarcă sau se descarcă (absoarbe sau furnizează energie).

Același principiu se aplică sistemelor consumatoare, cum ar fi pompele de căldură sau aparatele de aer condiționat, care își pot reduce consumul de energie pentru a diminua cererea totală.

VPP-urile bazate pe stocare își pot crește producția într-un ritm mult mai rapid decât generatoarele termice (cum ar fi centralele pe combustibili fosili), lucru deosebit de valoros în rețelele care se confruntă cu fenomenul de curbă a raței și trebuie să acopere variații rapide ale cererii dimineața și seara.

VPP-urile pot fi la fel de fiabile ca centralele convenționale, având în același timp costuri cu 40–60% mai mici. Un studiu a estimat că producția descentralizată va însuma o capacitate de 500.000 MW, comparativ cu 280.000 MW ai producției centralizate.

Funcționare Livrările de energie sunt controlate de un sistem de management. Natura distribuită a VPP-urilor necesită software dedicat pentru a răspunde adecvat și securizat la solicitările de energie, facturarea utilităților, plățile către proprietarii de resurse etc.

Servicii De regulă, o VPP furnizează energie (doar) la solicitarea companiei de utilități.

Reducerea vârfurilor de sarcină Dispunând de resursele adecvate, o VPP poate livra energie suplimentară într-un timp scurt, ajutând companiile de utilități să gestioneze vârfurile de sarcină care altfel ar necesita achiziția de energie scumpă de la o (de regulă alimentată cu gaze naturale).

Urmărirea sarcinii La o scară suficientă, o VPP poate funcționa ca o centrală electrică , furnizând energie în mod dinamic pe măsură ce cererea variază pe parcursul ciclului zi/noapte.

Servicii tehnologice de sistem Centralele electrice virtuale pot furniza (servicii ancilare) care ajută la menținerea stabilității rețelei, cum ar fi și furnizarea de . Aceste servicii sunt utilizate în principal pentru a menține echilibrul instantaneu dintre cererea și oferta de energie electrică, trebuind să răspundă la semnalele de creștere sau reducere a sarcinii în intervale de secunde până la minute.

Tranzacționarea energiei Piețele de energie electrică sunt piețe angro, internaționale, în care se tranzacționează energie electrică. Prețurile pieței fluctuează în funcție de cerere și ofertă (de exemplu, atunci când vântul scade în intensitate). VPP-ul se comportă ca o centrală dispecerizabilă convențională din punctul de vedere al celorlalți participanți la piață. O VPP realizează arbitraj între diverse piețe de energie (de exemplu, contracte bilaterale și contracte de achiziție de energie - PPA, piețe la termen și futures, precum și piața pentru ziua următoare / PZU).

Cinci strategii de acoperire a riscului (risk-hedging) au fost aplicate în luarea deciziilor VPP pentru a măsura gradul de conservatorism al deciziilor acestora în tranzacționarea energiei (de exemplu, piața pentru ziua următoare, piața derivatelor financiare și contractele bilaterale):

IGDT: Teoria deciziei bazată pe decalaj informațional (Information Gap Decision Theory) RO: Optimizare robustă (Robust Optimization) CVaR: Valoare la risc condiționată (Conditional Value at Risk) FSD: de ordinul întâi (First-order Stochastic Dominance) SSD: de ordinul al doilea (Second-order Stochastic Dominance)

Piețe

Statele Unite ale Americii În 2023, a estimat capacitatea VPP la aproximativ 30–60 GW, reprezentând circa 4–8% din consumul de vârf de energie electrică.

Statul Texas dispune de două VPP-uri operate de Tesla. Membrii eligibili ai Tesla Electric se alătură automat Centralei Electrice Virtuale, formate din baterii . Tesla plătește proprietarului o taxă lunară, în plus față de plata pe unitatea de energie livrată.

California are două piețe de energie electrică: cu amănuntul și angro. În 2022, plătea furnizorilor de VPP 2 USD/kWh în perioadele de vârf de sarcină. În august/septembrie 2022, VPP SunRun livra adesea 80 MW la orele de vârf, în timp ce VPP Tesla furniza 68 MW. Până în 2025, California testa 100.000 de baterii rezidențiale însumând o capacitate combinată de 535 MW. Această cantitate de energie poate alimenta un oraș de dimensiune medie. Proiectul face parte din dezvoltarea rețelelor inteligente (smart grid), în care companiile de utilități nu doar trimit energie către clienți, ci procesul devine interactiv.