简介 电力系统最基本的规则是发输用电必须同时完成。多年来，电网运营商一直在确定系统的负荷，并通过增加可用的发电机来满足需求、调整供电。 然而，现在供应侧出现了快速爬坡和高度灵活的联合循环燃气轮机发电等新技术，需求侧也出现了智能热水器和储能等新技术，另外，输电能力和系统运行也得到了改善。这些新技术共同创造了巨大的机会，使电力系统比以往更加灵活。 同时，随着可再生能源（主要是风能和太阳能）并网的比例逐步提高，灵活性在电力系统中的重要性更加突出。 本文着眼于当今可用的各种灵活性资源，并在大量可再生能源电力系统背景下，探讨各种灵活性资源的潜力，以及它们如何共同作用，使电力系统更具经济性、可靠性且富有弹性。 灵活性来自供应侧和需求侧 在过去的几年中，风电和太阳能发电等关键技术的成本已大幅下降，装机速度显著提高。电池储能成本也在持续下降，电动汽车的成本得以降低。 清洁能源成本低，对经济和环境都是好消息。但是，新增可再生能源装机会增加对电网系统灵活性的需求。 这种巨大的灵活性需求使得“反调度”成为可能，即调度负荷以充分消纳可再生能源发电量。我们将分别介绍这些灵活性资源。 一是供应侧的灵活性资源。增加资源和地域的多样性可以充分利用供应侧的灵活性资源。 可再生资源不仅比现有发电资源组合成本更低，而且多样化的可再生能源组合，还提高了电力系统的灵活性。 以德州为例，其风电资源（两个地区）和太阳能发电具有不同但互补的出力曲线。这些资源结合起来，可以产生更平滑的曲线，更接近于系统需求。多样化的可再生资源和扩大平衡范围可以相互补充，从而使系统需求趋于平衡并减少对灵活性发电资源的需求。 美国西部能源不平衡市场（EIM）运行的很成功，说明了扩大市场的规模可以更好地利用可再生能源多样性。EIM是Western Interconnection中的实时平衡市场，具有较大的地理覆盖范围，成员间共享灵活性资源，所以每个成员所需的备用容量都下降了。 但是，更大的市场也可能产生大规模的额外成本，要减少这些成本，又需要更大的电网灵活性。许多大型电力批发市场如新英格兰ISO，电网是为高峰负荷而设计的，“将所有电网基础设施的规模调整到最高峰值的结果是系统效率低下，从2013年到2015年，新英格兰平均每年最高电价时段的用电量仅占全部用电量的1％，电费却占8％，而最高负荷时段的用电量10％则占其年度电费的40％（超过30亿美元 。 建立发电，输电和配电以及相关的天然气管网，却每年仅服务几个系统高峰时段，这是一种昂贵的经营模式，而新技术和其他方法可提供操作灵活性，减少峰荷时间并提供备用容量。只要制定了正确的规则，还是有一些方法可以替代高成本峰荷电力并减轻系统压力。比如电池储能，或抽水蓄能机组利用峰谷差价来赢利。 二是需求侧灵活性，通过对需求侧进行调控来提供灵活性。 随着技术进步，电力调度不再是为了满足不受控制的需求而供应，而是允许管理需求侧以满足可用的供应。 需求响应（DR）并不是什么新鲜事物，但是传统的需求响应程序只专注于在电网压力期间降低负荷。劳伦斯·伯克利国家实验室（LBNL）在介绍DR现在可以提供的各种服务时，采用了一系列比喻来说明了如何利用DR来塑形，移动，甩负荷和摇摆。 塑形：通常引用的加州ISO“鸭形曲线”正说明了利用实时电价塑造负荷的现成机会。 移荷：负荷侧资源还可以将需求转移到一天中更有利的时间，例如，当有多余的可再生能源可用且能源价格较低时。负荷侧资源还可以帮助将需求从更昂贵的时间转移到电价非常低的时段，从而有助于避免对可再生能源的限电。 通过安装开关、无线电控件和智能恒温器，建筑物将变成储热电池：对建筑物的暖气和热水供应进行预冷却或预热。 电动汽车的充电和储能的使用（无论是将来的负荷还是将来的供应）都可以通过类似的方式进行管理。… View Summary +

The United States is the second-highest emitter of greenhouse gases on the planet — but we are also a leader in technological and economic strength. We have the capability to lead the world in finding solutions to the urgent challenge… View Summary +

Despite being an ocean apart, Germany and New England are similar in many respects. More than 75% of energy used for residential heat in both places relies on natural gas or heating oil. And both have adopted ambitious energy and… View Summary +

实施共益电气化交通 本节列出了确保交通电气化有益的一些考虑因素。此外，我们会提供一套与共益电气化相关的策略供各州考虑。 保障公共利益的几点思考 公平与环境正义 为了确保公平分享交通电气化的益处，各州应考虑令所有消费者都可以使用电气化交通的程度，无论其经济地位和所处地理位置如何，即包容性。目前很多充电基础设施是私人所有，这其中引发了一个担忧，即如果没有政策干预，包容性目标是否可以实现。各州应该认识到，公共政策和决策过程中的公平问题将确保更加平等地分享电气化交通的效益。各州还需要与有可能完不成目标的社区合作，识别并制定实现包容性目标的解决方案。 政策制定者需要考虑环境公平，确保任何集团都不会因交通电气化而对环境造成不成比例的负面影响。尽管电动汽车使用率的增长有可能在整个经济中发挥作用，但考虑到环境正义，在制定和采用政策之前，政策制定者首先需要了解其对有可能完不成目标的社区的影响。其次，政策制定者需要确保减轻其负面影响。 土地使用管理 最广泛意义上的交通规划，即塑造城镇类型 ，超出了本文的范围。但是，电气化交通的发展是各州进行深入探讨并重新审视其政策和交通规划实践的机会，以便改善居民和货物的运输方式。否则，我们将面监电气化交通只会产生“电气拥堵”的风险。土地规划从一个简单的问题开始：我们是否会以与我们使用内燃机车辆相同的方式继续使用电动汽车？ 乡村交通需求 满足乡村交通需求将是交通部门电气化的关键。乡村社区与城市的区别很大，他们的交通需求也各不相同。五分之一的美国人 – 大约六千万人 – 生活在美国乡村地区，乡村人口与65岁或以上城市人口所占的比例更高，增长更快。同样，乡村和小城镇人口（特别是老年妇女）的贫困率，高于全国平均水平。 这些数字表明，乡村居民更有可能在物理上或经济上依赖共享交通而非私人汽车。然而，对乡村交通的需求并没有消除私家电动汽车满足其出行需求的作用，这些居民因为远距离通勤、购物和就医会产生额外的出行需求，如果采用传统汽油车，需要花费更多的油费以及修理费。因此，他们对私家电动车需求更大。 通过对电动公交车和EV供电设备的大量投资可以最好地为乡村社区服务。但是，与乡村社区直接接触是各州政府确定居民实际交通需求的最佳方式。 支持共益电气化的战略 制定相关标准 早期的多数电动车车主住在带车库的独立式住宅中，而公寓居民等通常无处充电。如果没有政策干预，这种获得充电权的差距不太可能很快改变。各州正在通过“充电权”条款来应对这一挑战。如果州政府不采取行动，个人将不得不与房东或房主协会进行谈判。 为了改善现有多户公寓的电动汽车充电问题，最近的一份报告建议： 1.对公寓管理人员实行教育； 2.各州制定分层资助计划，确保有经过电动车充电评估和规划培训的专业人员； 3.制定各州资本改善（成本分摊）补助计划，通过提供经过认证的评估员来帮助业主规划和设计电动汽车充电项目。 另一方面，新建筑是更快速部署EV供电设备技术的理想机会。新建筑的建筑规范可以包括电容标准和必要的布线，以便更容易地促进将来充电设备安装。… View Summary +

执行摘要 技术进步，无论是发电效率还是终端能源效率，都为共益电气化提供了机会。交通、供暖、热水供应，就是这些机会之一。在电池成本下降和性能提升的推动下，电动汽车（EV）市场正在快速增长。自动驾驶汽车技术的开发和采用，以及对共享交通服务不断增长的需求也在塑造这一市场。 在当今不断变化的环境中，电动汽车的可用性和便利性日益增加，用户也逐渐习惯。与内燃机车辆相比，电动汽车可将其充电量的60％转换为行驶里程数，而相等情况下内燃机车辆仅能转换约20％的一次能源。由于这种高效率，电动汽车可以显著降低成本且减少污染。电动汽车充电负荷也可以作为电网的资源进行控制和管理。 为确保电动汽车惠及公众，政策制定者需要确定公众对交通市场的要求。他们还必须协调平衡市场参与者的需求与公共利益。我们鼓励公用事业委员会在各州都可以找到相应的平衡点，如果现有的法规权力不足，则应向立法机构需求帮助。 将技术与交通需求匹配 汽车技术 本文以客车和公交车为例说明共益电气化的机遇。作为代表性电动车，我们使用雪佛兰Bolt—它拥有60千瓦电池，预估行驶里程238英里，相当于119英里／加仑。我们的代表性电动公交车是Proterra 40-foot Catalyst车型，电池功率为94千瓦，行驶里程为33至52英里，相当于16.7至22.6英里/加仑。 最常见的充电基础设施形式 – 统称为EV供电设备（EVSE） – 利用插入式充电，其成本和对电网的影响因车辆充电速度而异。电动客车可以使用的充电器有三大类：120伏1级充电器；240伏的2级充电器；或者使用480伏或更高电压更高容量的直流快速充电器。更高级别的充电器可以缩短充电时间，但安装和操作成本更高，并且对电网有更高的要求。充电器成本也因位置而异。快速充电器非常适合放置在公共区域，例如高流量商业区域和主要交通通道。2级充电器 – 电压和容量比3级相对较低，但效率高于1级 – 非常适合其他用途，包括家庭充电，其中住宅2级充电器的功率仅为电动干衣机的两倍。 电动巴士可以通过称为受电弓或无线感应充电的架空充电器进行充电。与乘用车一样，电动公交车的充电速度越快成本越高，对电网的需求就越大。 最佳的电动车充电方案因选址和需求而异 为汽油和柴油动力汽车提供燃料的基础设施无处不在，我们大多数人都认为这是理所当然的。电动汽车的发展也需要让车主有同样信心，确保为他们提供足够的充电基础设施。需要针对已知和未来的充电需求进行投资，每个社区的需求也会有所不同。 在家充电比较方便，因为通常来说夜间充电可以满足车辆每日通勤的需要。实际上，在拥有车库或车棚的家中进行充电，是电动汽车早期使用者中最常见的充电类型。家庭充电可能是市场发展中最常用的电动汽车充电类型，居民经常将车停放在共用车库或街道上，而不是指定的地方，因此必须解决多单元住宅中缺少充电基础设施的问题。 在建设电力汽车充电基础设施方面，低收入和弱势社区有可能落后。除非私营市场能够充分满足当地需求，各州应鼓励受监管的公共事业单位投资于服务欠缺地区的基础设施。 如果可以在工作场所充电，人们更有可能购买EV；对于没有专门的家庭充电设施的司机来讲，工作场所可以作为主要充电点。公共充电，包括交通通道的充电，也将是基础设施领域的一个重要特征，适量的公共充电装置将因各州情况，人口密度以及城市或乡村环境而异。需要确定受监管的公共事业单位（电力公司）和私营企业能发挥最大作用，以便扩大工作场所和公共充电设施。 实现共益电气化的条件 共益电气化，需要达到以下一个或多个条件，且对另外两个条件不产生反作用： 从长期看可以为消费者省钱； 促进电网的更好管理； 减少对环境的消极影响。 在本节中，我们将了解电气化交通如何满足这些条件。我们的结论是，即使不是此刻，在未来几年中它也将会带来效益。 消费者经济学 共益电气化的第一个条件是电气化从长远来看为消费者（包括公共交通运营商）节约了费用。由于电动汽车的价格高于内燃机汽车，因此评估其总拥有成本非常重要。研究人员发现，两者之间最大的成本差异是电池。这种成本差距在缩小，并且往往可以通过降低运营成本来抵消。其他研究预计，电动汽车和内燃机汽车将在五到七年内实现总拥有成本平价。 电动公交车的经济性主要受制于其高昂的前期成本，但也可以通过降低运营成本来节省成本。在某些地区，电动公交车的总拥有成本已经低于压缩天然气公交车的成本。 影响电动公交车与化石燃料车辆的总拥有成本的其他因素，还包括年度行驶里程以及是否包括加油/气站等基础设施。 电网管理 共益电气化的第二个条件是电气化有助于管理电网。加州公用事业委员会确定了三个使车辆成为潜在电网资源的特征。他们是： 1.提供操作灵活性，因为它们提供负荷（充电时）和发电（同时将存储的能量释放回电网）的双重功能; 2.具有嵌入式通信和驱动技术，因为汽车制造商已在车辆中建立了数字控制; 和 3.容量利用率低，闲置率超过95％，只需要10％的时间充电。… View Summary +