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“彈性負(fù)載”如何為用戶和電網(wǎng)創(chuàng)造可量化的價(jià)值

發(fā)布時(shí)間:2016-07-08   來源:中國電力網(wǎng)

      報(bào)告執(zhí)行摘要

  美國的電力公司計(jì)劃在未來15年內(nèi)對(duì)包括發(fā)電、輸電以及配電設(shè)施等在內(nèi)的傳統(tǒng)電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行投資??偼顿Y金額可能達(dá)一萬億美元,亦或年投資金額在500億至800億美元之間。這將彌補(bǔ)多年對(duì)此方面投資不足的狀況。但據(jù)官方預(yù)測,繼全美電力銷量十年來持平或下降之后,未來15年內(nèi)電力銷量增長速度將繼續(xù)放緩(年增長速度低于1%)。這些投資可能會(huì)導(dǎo)致同期內(nèi)零售電價(jià)上漲。

  與此同時(shí),這些用戶能夠在何時(shí)用電、用多少電,甚至是何時(shí)發(fā)電、發(fā)多少電等方面有更多的選擇,這些電表后端的分布式能源資源選項(xiàng)越來越具有成本效益。這些雙向趨勢(即電網(wǎng)零售電價(jià)上漲與分布式發(fā)電成本下跌對(duì)電網(wǎng)的交互影響,或在極端情況下分布式甚至可以取代電網(wǎng))以及用戶對(duì)這些趨勢的回應(yīng)方式已經(jīng)給電力行業(yè)帶來很大的挑戰(zhàn)。這也可能會(huì)帶來電表兩側(cè)資源的過度投資或不必要的重復(fù)建設(shè)。

  然而,電力公司和用戶方面在電表兩端各自的投資都是基于這樣一個(gè)觀點(diǎn),即需求曲線大部分是不靈活的,靈活性(彈性)僅來自供應(yīng)側(cè)。現(xiàn)在,一種新資源能使需求側(cè)也變得非常靈活。需求彈性(Demand Flexibility)發(fā)展并擴(kuò)寬了傳統(tǒng)需求側(cè)回應(yīng)機(jī)制所具有的能力。它使得電力需求能夠通過價(jià)格信號(hào)或其它機(jī)制不斷地對(duì)變化的市場情況做出回應(yīng)。需求彈性正在被證明是一項(xiàng)未得到充分利用的,并能夠?yàn)楣?yīng)側(cè)與需求側(cè)之間動(dòng)態(tài)平衡提供緩沖的機(jī)會(huì)。如果能夠充分地利用這一機(jī)會(huì),需求彈性將為用戶和電網(wǎng)創(chuàng)造出可量化的價(jià)值,如電費(fèi)節(jié)省、延緩基礎(chǔ)設(shè)施升級(jí)等。

  在此報(bào)告中,我們分析了需求彈性的經(jīng)濟(jì)效益。單單從居民用電方面來看,廣泛實(shí)施需求彈性可節(jié)省10%至15%的潛在的電力系統(tǒng)成本;而且基于目前的電費(fèi)費(fèi)率,用戶可利用現(xiàn)有技術(shù)將他們的電費(fèi)削減10%至40%。在美國,目前約有6500萬居民用戶已經(jīng)可以選擇使用分時(shí)電價(jià),這表明需求彈性具有經(jīng)濟(jì)可行性。由此可見,需求彈性的總體市場是很大的,而且隨著更為精細(xì)零售定價(jià)的推出,肯定會(huì)得到進(jìn)一步發(fā)展。

  需求彈性的定義

  需求彈性是利用通訊和控制技術(shù),在每天各時(shí)段里轉(zhuǎn)移電力使用情況,同時(shí)以相同的或更好質(zhì)量和較低成本提供終端服務(wù)(例如空調(diào)、家庭熱水器和電動(dòng)汽車充電等)的能力。實(shí)現(xiàn)需求彈性,一方面需要通過利用自動(dòng)控制系統(tǒng)在不影響用戶使用的前提下,不間斷地改變用戶的用電需求曲線。另一方面也需要更為精細(xì)的費(fèi)率結(jié)構(gòu),從而通過為用戶和電網(wǎng)降低成本,實(shí)現(xiàn)需求彈性的套利。

  重要的是,需求彈性既不會(huì)讓用戶體驗(yàn)變得復(fù)雜,也不會(huì)降低用戶體驗(yàn)的質(zhì)量。現(xiàn)有的技術(shù)和商業(yè)模式已經(jīng)可以在保持甚至提高用戶服務(wù)質(zhì)量、簡化操作流程、提供更多選擇以及提升能源價(jià)值的同時(shí),無縫地轉(zhuǎn)移負(fù)載。

  彈性負(fù)載的新興價(jià)值:為分布式能源資源降低電網(wǎng)成本提供更廣泛機(jī)會(huì)

  具有需求彈性的電力負(fù)載可稱為彈性負(fù)載,即可以按照經(jīng)濟(jì)性或其它信號(hào)在白天或夜間時(shí)段里被轉(zhuǎn)移的需求電力的負(fù)載。重要的是,彈性負(fù)載可以提供多種電網(wǎng)服務(wù)(參見表格ES1)。用戶有一系列選擇來滿足他們的電力需求,而非簡單地在用電時(shí)向電網(wǎng)購買電量?,F(xiàn)在,用戶還可以選擇通過分布式發(fā)電設(shè)施自己發(fā)電,減少用電(提高用電效率,又稱負(fù)負(fù)載),或是通過需求彈性改變用電時(shí)間(參見圖表ES1)。為了以最低的成本為用戶和電網(wǎng)提供最大價(jià)值,須對(duì)這四個(gè)選項(xiàng)進(jìn)行整體評(píng)估。

 

表格 ES1
需求彈性經(jīng)濟(jì)性的主要來源

 
圖表 ES1
電網(wǎng)購電、分布式發(fā)電、能源效率以及需求彈性之間的對(duì)比

 

 

  研究發(fā)現(xiàn)

  美國居民用電需求彈性能節(jié)省美國電網(wǎng)預(yù)計(jì)90億美元的年投資費(fèi)用,占全美預(yù)計(jì)總投資的10%以上,同時(shí)也能在年度能源生產(chǎn)和輔助服務(wù)費(fèi)用方面節(jié)省40億美元。

  盡管我們的分析主要集中于需求彈性對(duì)用戶的價(jià)值,大規(guī)模布局需求彈性降低總電網(wǎng)成本的能力也不應(yīng)被忽視。僅挖掘空調(diào)和居民熱水器兩項(xiàng)家用電器的需求彈性,就能在保持用戶的舒適度和服務(wù)質(zhì)量不變的情況下,降低8%的美國高峰用電需求。根據(jù)行業(yè)通用的對(duì)可避免成本的估值方法,由此降低的高峰用電需求量在傳統(tǒng)電網(wǎng)投資領(lǐng)域,包括發(fā)電、輸電和配電等方面,每年可節(jié)省90億美元。另外,根據(jù)每小時(shí)的電價(jià)對(duì)這些家電的一小部分能源需求進(jìn)行優(yōu)化,還可再降低多達(dá)30億美元的成本,此外,每年需求彈性還能為電網(wǎng)提供價(jià)值10億美元的輔助服務(wù)。年均130億美元(參見圖表 ES2)只是對(duì)需求彈性的經(jīng)濟(jì)效益潛力的保守估值,因?yàn)槲覀儗?duì)居民用電方面僅分析了靈活負(fù)載的一小部分,并未將需求彈性可以帶來的其它幾項(xiàng)效益項(xiàng)目計(jì)入在內(nèi)。

  需求彈性每年為用戶節(jié)省大量電費(fèi),達(dá)10%至40%

  在本報(bào)告的四個(gè)分析情景中,使用現(xiàn)行的電費(fèi)費(fèi)率,需求彈性可為用戶節(jié)省10%至40%的電費(fèi)。對(duì)所分析的每個(gè)電力公司服務(wù)領(lǐng)域里的所有相關(guān)用戶來說,從總量而言,在各情景中需求彈性能為該電力公司所有相關(guān)用戶每年總共節(jié)約電費(fèi)在1.1億至2.5億美元之間(參見圖表 ES3)。這些情景僅僅考慮了空調(diào)、居民熱水器,以及電動(dòng)汽車充電等少數(shù)幾項(xiàng)基本的需求彈性來源,就已經(jīng)展示了需求彈性在將負(fù)載轉(zhuǎn)移至電價(jià)更低的時(shí)段(見圖表 ES4)、減少高峰用電需求(見圖表 ES5)、并增加太陽能光伏發(fā)電電量就地消納等方面的顯著能力(見圖 表ES6)。其中,在對(duì)夏威夷的情景研究中,電熱衣物烘干機(jī)和電池儲(chǔ)能系統(tǒng)也在需求彈性方面發(fā)揮了作用。

  方法論和假設(shè)

  我們根據(jù)具體、具有說明性、真實(shí)的電力公司費(fèi)率結(jié)構(gòu)通過兩個(gè)案例(共四個(gè)情景)對(duì)居民用戶需求彈性的經(jīng)濟(jì)性做了分析。

  1.在更精細(xì)的電費(fèi)費(fèi)率下通過改變用電時(shí)間來降低電費(fèi)

  a.對(duì)居民用戶收取實(shí)時(shí)電價(jià)(伊利諾斯州聯(lián)邦愛迪生公司(ComEd))

  b.對(duì)居民用戶收取需量電費(fèi)(亞利桑那州,索爾特河項(xiàng)目(SRP))

  2. 提高了以用戶為中心的分布式電力資源部署的價(jià)值

  a.提出的房頂太陽能光伏發(fā)電的富余電量不可上網(wǎng)(夏威夷電力公司(HECO)

  b.減少對(duì)太陽能光伏發(fā)電的富余電量上網(wǎng)的補(bǔ)償(阿拉巴馬州電力公司(APC))

我們使用詳細(xì)的用電消費(fèi)模式數(shù)據(jù)對(duì)不同氣候條件、不同季節(jié)和不同費(fèi)率結(jié)構(gòu)情況下轉(zhuǎn)移需求電量的模型進(jìn)行了校準(zhǔn);并對(duì)五項(xiàng)主要的需求靈活的居民用電負(fù)載進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)性分析。
   . 空調(diào)(AC)

   . 家用熱水器 (DHW)

   . 電動(dòng)汽車 (EV) 充電

   . 電熱烘干機(jī)循環(huán)定時(shí)

   . 電池儲(chǔ)能系統(tǒng)


 

 
 
  電力公司應(yīng)將需求彈性視為減少電網(wǎng)成本的一項(xiàng)資源,但是,按照不利于房頂太陽能光伏發(fā)電的零售費(fèi)率,在沒有凈電能計(jì)量(NEM)的情況下,需求彈性可通過提高房頂太陽能光伏發(fā)電的經(jīng)濟(jì)效益來加快負(fù)載脫離電網(wǎng)的進(jìn)程。

  有些電力公司和行業(yè)組織正在考慮或主張改變傳統(tǒng)的凈電能計(jì)量規(guī)則,從而以低于電力公司零售價(jià)的費(fèi)率來補(bǔ)償上網(wǎng)的光伏富余發(fā)電電量(與之前我們討論過的可避免成本補(bǔ)償?shù)陌咐愃疲?。我們基于落基山研究所發(fā)表的《負(fù)載脫網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性分析》一文的研究成果做了進(jìn)一步分析,我們發(fā)現(xiàn),如果美國東北部地區(qū)電力公司取消補(bǔ)償或按照可節(jié)省成本對(duì)光伏富余發(fā)電量上網(wǎng)進(jìn)行補(bǔ)償,需求彈性則可提高非輸出型太陽能光伏發(fā)電的經(jīng)濟(jì)效益,電力公司的售電量和收入將敗給用戶安裝的房頂太陽能光伏發(fā)電的售電量和收入,借此加速電力銷售和收入從電力公司向用戶端屋頂光伏轉(zhuǎn)移的進(jìn)程,也就是所謂的負(fù)載脫電網(wǎng)的進(jìn)程。 (見圖 表ES7)。
 

  啟示

  需求彈性代表了一個(gè)較大的、頗具成本效益的、而且在很大程度上未被利用的機(jī)會(huì)。利用這一機(jī)會(huì),能夠減少用戶電費(fèi)和電網(wǎng)成本。它也可讓用戶能夠保護(hù)房頂太陽能光伏發(fā)電的價(jià)值主張,以及適應(yīng)變化中的電費(fèi)費(fèi)率設(shè)計(jì)。建立在利用彈性負(fù)載基礎(chǔ)上的商業(yè)模式現(xiàn)在可用于為多達(dá)6500萬的用戶提供服務(wù),這些用戶有權(quán)選擇利用現(xiàn)有的實(shí)時(shí)精準(zhǔn)費(fèi)率,無需新的監(jiān)管、技術(shù)或政策??紤]到效益、廣泛用途以及成本效益,大范圍應(yīng)用需求彈性技術(shù)和商業(yè)模式對(duì)于電力行業(yè)的利益相關(guān)方來說,應(yīng)該是近期需要考慮的優(yōu)先事項(xiàng)。
 
  第三方創(chuàng)新:尋找當(dāng)前機(jī)會(huì),為用戶創(chuàng)造價(jià)值

  許多不同種類的公司均可捕獲彈性負(fù)載的價(jià)值,其中包括家庭電量管理系統(tǒng)供應(yīng)商、太陽能光伏設(shè)備開發(fā)者、需求響應(yīng)公司以及電器制造商。這些創(chuàng)新方可采取下述舉措,從需求彈性帶來的機(jī)會(huì)中獲利:

  1.利用現(xiàn)有機(jī)會(huì),增加用戶實(shí)力,提供產(chǎn)品和服務(wù),與傳統(tǒng)的、搭配式電力公司售電模式互補(bǔ)或與之競爭。

  2.向用戶提供比節(jié)省電費(fèi)更多的好處;認(rèn)識(shí)到用戶會(huì)因?yàn)槌杀疽酝獾脑蚨枰獜椥约夹g(shù)。

  3.尋找標(biāo)準(zhǔn)化的和安全的技術(shù),在制造工廠里整合,以便降低成本,更快地規(guī)模化需求彈性。

  4.與電力公司結(jié)成伙伴關(guān)系,通過提供能進(jìn)一步減少電網(wǎng)成本的其它服務(wù),在電表前端的需求彈性中獲利。

  電力公司:利用精心設(shè)計(jì)的費(fèi)率減少電網(wǎng)成本

  各類電力公司,包括垂直整合的、僅有輸電線的以及零售電量供應(yīng)商等,均能通過以下步驟捕獲需求彈性的電網(wǎng)價(jià)值:

  1.引入和推廣能夠反映出邊際成本的電費(fèi)費(fèi)率,以確保用戶能降低電費(fèi)開支(而且因此電力公司的收入下降),也能有意義地降低電網(wǎng)成本。

  2.將彈性負(fù)載作為一項(xiàng)能夠減少電網(wǎng)成本的資源,而非僅僅將其看作為一項(xiàng)對(duì)收入的威脅;

  3.通過將費(fèi)率報(bào)價(jià)與那些能夠促使電費(fèi)節(jié)省和電網(wǎng)成本下降的技術(shù)和面向新用戶的業(yè)務(wù)模式掛鉤,利用能實(shí)現(xiàn)功能的技術(shù)和第三方創(chuàng)新成果。

  監(jiān)管方:將彈性負(fù)載作為一項(xiàng)成本最低的解決方案給予推廣,以解決電網(wǎng)面臨的問題

  各州監(jiān)管方應(yīng)發(fā)揮作用,要求電力公司將需求彈性視為一項(xiàng)能夠降低電網(wǎng)系統(tǒng)成本和用戶電費(fèi)的成本最低的資源。監(jiān)管方應(yīng)考慮如下幾個(gè)方面:

  1.認(rèn)識(shí)到需求彈性的成本優(yōu)勢,并要求電力公司將彈性負(fù)載作為一項(xiàng)潛在的、更低成本的選項(xiàng),以替代一部分傳統(tǒng)電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的投資需求。

  2.鼓勵(lì)電力公司提供各種費(fèi)率,讓用戶有更多選擇,為用戶和電網(wǎng)平衡高度實(shí)時(shí)精準(zhǔn)的費(fèi)率與大價(jià)值取向之間的可能存在的復(fù)雜性。

  3.鼓勵(lì)電力公司尋找能夠?qū)①M(fèi)率設(shè)計(jì)和技術(shù)以及第三方創(chuàng)新者結(jié)合起來的合作伙伴,向用戶提供簡單的、更低成本的應(yīng)用體驗(yàn)。

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      關(guān)鍵詞: 電網(wǎng),輸電,發(fā)電

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