麻省理工开发“虚拟电池”，或可带来更便宜、更清洁的能源

合理协调智能家电和电动汽车的用电可以在电网中更好地平衡用电供给和需求。

在电网中，用电供给和需求需要精确匹配。如果供不应求，或者供过于求，将造成电力短缺或电力浪费的情况。

为了应对可能的电力需求突然增加，供电部门通常需要保持水力发电涡轮机组持续运转，或者在火力发电中准备备用的燃煤发电机。但这些方法既不经济，也会污染环境。

理论上，在电网中可以通过引入一个电池来保证供给的平衡，但现有电池技术在提高产能的同时并没有降低成本。尽管如此，在一篇新发表的文章中，麻省理工的研究人员声称，家中和办公室中的智能家电，例如能够被远程调控的恒温调节器，还有能够被连入电网的电动汽车，能够共同地充当一个巨型电池，提供低成本的，低排放的备选方案来支持电网备用发电。

尽管如此，要让电池生产厂商信赖虚拟电池，需要严格地定量虚拟电池的容量和充放电速率。在这篇文章中，研究人员在上述方面采取了一些初步措施。

MIT信息与决策系统实验室（LIDS）的博士后Daria Madjidian说，我们有很多这样的合适的电气负载，但它们太小，种类繁多，并且遍地分散。目前，它们仍是一个不被很好理解的能源。问题是我们能否开发算法来安排这些负载的电力消耗，来满足各种限制，同时让它们作为一个电池出现在电力系统中，这个电池可以存储一定量的电量，并且以一定速率吸收和释放电量？

Madjidian和他的两位同事，首席研究科学家Mardavij Roozbehani和电子工程和计算机科学William Coolidge教授和MIT数据、系统和社会研究所所长Munther Dahleh，在电气与电子工程师协会决策与控制会议上陈述了上述问题的初步答案。

在将电气负载的集合当作一个单一电池处理方面，研究人员确定了在电池容量和充放电速率之间一个基本的权衡。

这个权衡能够在每天或每小时的基础上重新设置。如果有一天，一个发电商期望强劲但不稳定的风，为了捕捉其风力涡轮机的输出，他可能想要特权快速充电。而在另一天，它希望几乎所有的客户在晚上打开他们的家庭空调，为了应对需求激增，他可能要特权的容量。

对于具有灵活充电率的设备，Madjidian说，常规电池不能这样做，但这些电池可以。他们开辟了设计控制政策的途径，来为特殊目的定制规格。

为了感知一下负载的集合如何用作一个电池，参考在大型办公楼的智能温控器。对于任何给定的温度设置，建筑的居民可能能忍受半度的摆动，而在任何方向没有不适。拨动温控器半度，以便大楼的温度控制系统消耗更多的能量，这个过程等效充电虚拟电池。朝相反的方向拨动它，以便系统消耗更少的能量，相当于释放电池的电量进入电网。

类似地，一辆停在办公楼里的电动车需要让电池充电，但充电速度可快可慢，并且充电可能发生在任何时间，例如一个四小时的窗口。对于一组汽车，减缓充电速率或者延迟充电时间减少了对电网的需求（等效于从电网电池放电）。这个虚拟电池的充电率受限于汽车自身电池的可用容量和他们个人最高充电速率。

LIDS的研究人员首先开发了一个非常简单的负载网格模型，在这个模型中，所有负载都具有相同的尺寸，并且来自线上，等效于电动车被植入。这个模型暗示了虚拟电池容量和它的充放电速率的权衡。但在调查权衡的原因时，研究人员确定了一个基本原则，他们相信，几乎可以容纳任何灵活的负载集合。

例如，假设你有两个电池，一个可以快速充电或放电，而另一个较慢。现在假设你在处理这两个真正的电池作为一个单一的虚拟电池，并且虚拟电池是半满。你如何通过两个真正的电池分配虚拟电池的充电？

如果想使半满的虚拟电池的充电速率最大化，需要使快速充放电的真实电池比慢速充放电电池消耗更多；这样，它可以处理大量的任何传入的电荷。反之亦然，如果你想最大限度地提高放电率，那么，你需要使更快充电的电池比其它电池更满，以便可以处理任何大量放电。

为了查明充电速率如何权衡电池容量，假设两个真正的电池是空的。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。

在论文中，LIDS研究人员能够对于他们的简单模型表征这一组的权衡。在正在进行的工作中，他们正在开发更逼真的模型，在其中大小和负载的时间都会变化。