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Insights from Our Experts

21世纪电力系统的灵活性

by Carl Linvill Jim Lazar David Littell Jessica Shipley David Farnsworth on

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。 甩负荷:需求方灵活性还包括甩负荷或压负荷。需求侧响应的传统定义就是甩负荷。适用的技术包括智能照明,可中断的工业过程,空调以及储能等。图14(见原文链接)说明了减少负荷如何减少系统峰值,避免成本以及通常避免调度发电资源。与图10相似,图14显示,2016年罗德岛州居民的电费帐单中,9%电费用于其满足1%的用电量, 26%电量用于支付其中10%的用电量。考虑到如此高昂的成本仅需几个小时,甩负荷策略可以通过减少这几个关键小时的负荷来显着降低整个系统的成本。还减少了峰荷发电厂的排放。 摇摆:用作响应的负荷也可以来回“摇摆”,以满足短期电网需求。这可以帮助应对系统的短期斜坡和干扰。比如,电动汽车充电是可以提供摇摆服务的技术,因为它可以一次全部完成,也可以根据需要进行充电和断开。 需求方可以提供各种各样的灵活性服务,从长达数年和数天的最长时间范围进行塑形,下降到几分钟甚至几秒钟的时间范围进行摇摆。 优化灵活性的方法 我们可以考虑几种类型的工具来优化灵活性:零售定价和对价格敏感的需求,可控的负荷以及开放的规划和市场流程。 零售电价 公用事业公司迅速发现,电量电费是一种不稳定的收入形式,客户可能会寻求替代方案来节省电费。电量电费只考虑了客户在当月的最高电量,而没有考虑该电量是否与系统高峰相重合。因此,电量电费只是客户对系统容量成本贡献的一个估算,支付相同电量电费的不同客户,其用电模式差或许别很大,但电量电费却反映不出来。此外,对低电量用户和公寓居民的影响也是不成比例的。实行分时电价设计可以更公平地分摊成本,使电费账单更具可预测性,客户更容易理解。 一些公用事业追求更智能的电费设计,正在从电量电价转向实时电价(TOU),比如科罗拉多州柯林斯堡的市政公用事业公司最近采用了美国最佳设计的住宅电价。他们将所有住宅客户采取实时电价政策,首先,仅用于回收成本的低用电量客户费用。其次是,极低的低谷期电价。第三,高峰时段的电价是非高峰时段电价的三倍。最后,对于每月用电量在700 kWh以上的所有用户实行的“阶梯电价”,可实现之前的节能效果。 受控负荷 终端电气化是集成更高比例可再生能源的有效且低成本的方式。如在建筑中采用热泵和冰储能,以及智能恒温器,可实现对负荷的控制。 规划和市场流程 为电力系统增加灵活性的第三类工具是规划和市场流程。例如,监管机构可以支持受益于太阳能,风电和储能市场采购的计划。 以及,监管机构可以要求电力批发市场向聚合的分布式能源资源和储能开放。加州ISO于2014年发起了电力储能和分布式能源(ESDER)计划,针对接入ISO的和接入配电网的资源,旨在提高它们参与ISO市场的能力。 ESDER计划已进行到第三阶段,并于2018年完成,有待FERC批准。它提供了一种竞价机制,该机制允许聚合的表后资源提供服务。 监管机构还可以在化石燃烧电厂退役时,批准先进的技术替代方案,以包括能效,需求响应和光伏分布式发电,储能,变电站升级和线路重新定价的组合,来避免新建输电线路和大型发电厂。 需求侧解决方案也可以用于管理季节性负荷。在这种情况下,批发市场规则至关重要。 监管机构设计电价时,要反映地区,公用事业,区域,节点甚至电路级别的电网管理需求。电力市场设计者和利益相关方需要开发不同规模的市场,这些市场将奖励创新的解决方案,以提供能源并有效地使用输配电线路。监管机构和政策制定者可以设计市场和公用事业响应,以非歧视的方式利用先进技术,并可以利用创新来降低消费者成本并提高可靠性和系统弹性。 结论 本文旨在说明如何使电网更加灵活,从而使其能够容纳更多的可再生能源。灵活的发电,输电功能,系统操作和可管理的需求方资源都可以有助于我们已经描述的系统灵活性。这是监管机构提供政策指导以帮助实现更加灵活的电网的机会。 原文链接

Navigare necesse est: Rerouting network companies toward decarbonisation

by Zsuzsanna Pató on

Changing the course of a sailboat requires coordinated action. The skipper announces the manoeuvre to the crew, turns the rudder and works with the crew to readjust the sails. To achieve the maximum cruising speed with the prevailing winds and currents, all sails need to be swiftly positioned at just the right angle. The need…

减少弃风:提高电力系统调度比改造燃煤电厂更高效

by Lu Hong Kevin Porter Max Dupuy on

中国的风能和太阳能装机容量世界第一,且有望成为“世界可再生能源的超级大国”。然而,中国也遇到了弃风限电问题。虽然近年来可再生能源弃电量有显著下降,但在很多省份仍然存在问题,且将随着风能和太阳能发电装机量的增长而持续成为挑战。幸运的是,政府部门正在制定诸多应对的战略措施。成功的关键要看这些战略是否协调一致。 近来,刊登在“气候政策”上的文章提出了两个突出的策略:改善电力调度和改造燃煤电厂以更灵活的运营。作者(包括睿博能源智库技术顾问团,国网能源研究院研究员)认为改进电力调度是降低系统成本,减少弃电和减少排放的一种非常有效的方法。与此同时,改造燃煤电厂可以提高灵活性,但改造的成本很高,而且随着整个系统范围的改造工作增加,额外的好处逐渐减少。考虑到煤电行业倾向于将灵活性改造作为可再生能源弃电的主要解决方案,以及抵制中国近年来在提高调度效率方面取得的重大进展,这一结果非常重要。 背景 众所周知,中国是风能和太阳能装机容量的世界领先者,到2018年底,风能达到184吉瓦,太阳能光伏发电达到174吉瓦。包括生物质和水电,可再生能源占中国装机容量的38%,占中国发电量的26.7%。 虽然弃电比例在不断降低,但部分地区,特别是在东北和西北风力和太阳能高度集中的地区仍然发生弃电。 2018年,弃电率平均为7%,低于2016年的17%和2017年的12%。同时,2018年太阳能发电弃电率下降至3%,而2017年为6%左右。在新疆和甘肃,2018年太阳能光伏弃电达16% %和10%。 2018年新疆的弃风超过23%,其次是甘肃(19%)和内蒙古(10%)。 中国已采取显著的措施减少风电和太阳能弃电。政府在中国东北地区实施了降出力调峰辅助服务市场,根据政府的设置的底价和上限,火力发电机组可以参与调度竞标。 中国的“十三五”规划还提出到2020年在西北,东北和华北地区改造133吉瓦的燃煤热电联产机组,将下调频(downward regulation)能力提高46吉瓦。 中国还正在实施电力行业改革,包括中长期电力市场,跨省电力可再生能源交易和省级电力现货市场。 由技术和体制障碍引起的风能和太阳能弃电仍然存在。技术原因包括在具有大量风能和太阳能容量的地区,不灵活的燃煤发电厂占据优势; 拥有丰沛风能和太阳能的东北和西北地区与东部负荷中心之间的输电和电网互连不足(尽管近年来中国已经采取措施增加了几条大型输电线路); 在风电和太阳能满发期间,吸收风电和太阳能的需求响应能力很小。这些技术原因并非中国独有,其他国家诸如美国,也有风力和太阳能资源丰富的地区缺乏足够的传输能力将其输送到负荷中心。 然而,中国确实拥有独有的制度因素,即制定发电运行小时数以及固定的年度发电计划的历史条件。在这些历史条件中: 年度发电计划中,同一发电类型的所有发电机组的年度发电小时数相当。 固定电价、批发电价激励着发电商最大限度地发电,同时限制了发电机降出力去整合更多的风电和太阳能。 对这些降出力调峰的发电厂的补偿有限,只有在发电厂减速超过其最大发电容量50%的情况下才能支付。 中国正处于电力部门的转型过程中,但是这些历史条件在中国大部分地区仍在不同程度上产生影响。中国的确提出优先调度可再生能源发电,但实施起来并不均衡。幸运的是,现在有几个省正在设计和实施以经济调度为特征的电力市场,由于风能和太阳能的边际成本低至零,因此应首先调度这些可再生能源。 煤电厂改造v.s. 经济调度 我们使用了机组组合模型来比较。我们将燃煤电厂改造和改善调度战略。当前的调度方法建模为平均发电小时数调度方法,其采用忽略风电预测的每周机组组合,第二,采用包含了每四小时更新一次的风电预测更有效的方法。第二种方法代表着经济调度,中国的电力系统正在朝着这种调度机制发展, 至少在部分地区如此。 我们创建了两组情景分析来比较更灵活的燃煤发电与改进的电力调度的影响。在这两种情景中,我们使用每周机组组合,且不将风电预测纳入基准内。第一组情景通过测量当燃煤发电机的最小负荷减少时弃风的减少量,来关注燃煤机组灵活性的影响。 换句话说,仅依靠燃煤发电机的灵活性来减少弃风量。 第二组情景设计中使用改进的机组组合,包括每周和每日的机组组合,并纳入风力发电预测。 分析表明在较高比例的风电装机容量下降低燃煤电厂最低出力的收益递减。而且,改进的机组组合在减少弃风方面甚至更有效。图1展示了代表中国西北地区高风能水平的情景分析结果。 将燃煤发电的最低出力降低10个百分点,可以将弃风率从基准的25%降低到17%左右。 相比之下,改进调度将弃风率从25%降低到9%。 图1. 高比例风电情境下燃煤发电机组改进电力调度和降低最小出力影响的比较* 总结 总而言之,在模型分析中发现,现有燃煤电厂增加灵活和改善电力调度这两种手段,都有助于减少弃风。然而,改善调度在高比例风能情境下效果更好,同时燃煤电厂灵活性改造也体现了边际效益递减。或许最重要的是,煤电增量的灵活性可能需要额外的投资,这可能非常昂贵。 此外,在较低水平运行煤电厂可能会降低电厂的效率并增加电厂的空气污染物排放(部分抵消了可再生能源弃电减少所带来的空气质量效益)。 而对改进电力调度就不会受到这些因素的影响。 这些结果表明,中国应加大力度采取基于边际成本的经济调度。中国八个省的“现货市场”试点的开始,应该集中在包含这一原则的实用调度模型上。令人鼓舞的是,其中一些省份最近发布的市场设计公告确实提出要实施经济调度。 随着新的现货市场开始生效,我们建议这些省份创建一个公平的竞争环境,以便该系统可以利用所有发电资源的全部功能,包括可再生能源发电。与此同时,与其他国家一样,中国的决策者需要继续重新考虑更广泛的选择方案和战略的最佳组合,以增加电网灵活性,提高可再生能源并网和减少弃电。 * Reducing wind power curtailment in China: comparing the roles of coal power flexibility and improved dispatch;…

Improving Power System Dispatch Reduces Wind Curtailment More Effectively than Retrofitting Coal Plants

by Lu Hong Kevin Porter Max Dupuy on

China has the most installed wind and solar capacity in the world and has potential to become “the world’s renewable energy superpower.” However, China’s power sector has also struggled with extensive curtailment of wind and solar generation. Although renewables curtailment has dropped significantly in recent years, it is still an issue in large parts of…

国际电力改革和气候变化季报-Q3-2019

by Regulatory Assistance Project on

国际电力改革和气候变化季报回顾近期全球电力行业和气候变化政策和监管的最新进展,并摘选一些我们认为对中国特别相关的进展,以供参考。 1) 美国得克萨斯州:德州“ERCOT”批发电力现货市场价格飙升。8月13日和15日,实时节点边际电价达到每兆瓦时9,000美元(人民币640元/千瓦时),并保持了几次15分钟的定价间隔。8月份,ERCOT现货价格平均约为180美元/MWh,但全年平均价格预计不会远高于30美元/MWh。推高电价的主要因素是高温期间的空调需求。但行业内也广泛认为,价格飙升可以被视作ERCOT正常运作的一部分。ERCOT与PJM和其他几个美国批发市场不同,它没有单独的容量支付(固定成本支付)。也就是说,ERCOT是一个“单一电量”市场,这意味着发电商必须通过竞争,从现货市场价格中收回电量成本和容量成本(“固定成本”),这通常在很大程度上取决于一年中每千瓦时市场价格达到最高水平的几个小时。同时,ERCOT有一个强化的市场监测方案,以确保任何价格飙升都是市场公平和竞争的结果,而不是单个发电商(或一些串通的发电商)操纵市场的结果。 这种“单一电量”模式一直是美国其他地区(以及世界其他地方)的争论话题。容量支付,就像它们存在于其他市场一样,无形中支持了高排放和不灵活的资源,给消费者和社会带来了不必要的成本。同时,“单一电量”的市场,如果设计得当,可以起到强烈激励供需双方灵活性的作用,并支持可再生能源并网。在中国国内也有关于容量市场问题的辩论。如果要将容量支付纳入省级现货市场,我们建议在设计时一定要谨慎,如果实行容量支付,就应严格遵守这个准则:只有达到经济、环境标准和被实际需要(提供可靠性或灵活性服务)的发电机组才应得到容量补偿,且这些发电机组是通过合理的规划程序确定的。 2) 美国电力批发市场: “ISOs/RTOs”发布年度市场监测报告。美国联邦能源监管委员会要求美国的每个批发“现货”市场制定一项市场监测计划,包括指定一个独立的市场监测机构。在每年年中,独立的市场管理机构应公布前一年市场运行的详细报告,以及季度报告。例如,MISO(美国中部独立系统运营商)的独立市场监测机构目前由一家咨询公司Potomac Economics担任,Potomac Economics在6月份发布了2018年MISO年报。除其他主题外,报告详细分析了市场的竞争功能,讨论了为应对特定情况而采取的市场缓解措施(这些措施在2018年非常有限),分析了需求响应参与市场的情况,并详细介绍了为提高市场效率而改变市场规则的若干建议。 长期以来,睿博能源智库建议成立独立的市场监测机构,以促进中国省级现货市场的高效发展和运营。南方电网开始建立独立的市场监测机构,向前迈出了重要一步。下一个挑战将是确保独立的市场监测机构有足够的机会获取信息,以帮助打击市场操纵,并确保其有足够的独立性和分析能力提出有意义的市场设计建议。 3) 美国加利福尼亚州:“CAISO”考虑制定新的规则,允许光伏/储能混合项目参与电力市场。分布式能源(包括分布式太阳能光伏、分布式储能和需求响应资源)为电网提供服务,但这些服务的价值取决于分布式能源资源的技术特性、位置和运行时间。正确地反映分布式能源资源的价值,并对每个项目进行公平的补偿,是世界范围内的一个热门话题。这些评估和补偿问题解决的好,可以为分布式能源项目投资和运营提供正向的激励,也可以节约电网成本。这一点对于混合能源项目来说特别重要,同时也特别有挑战性,比如光伏和储能混合能源项目在加州这样的系统中尤其有用,因为夜间的批发电价比白天要高。加利福尼亚独立系统运营商(CAISO)负责经营所在区域电力“现货”市场,最近CAISO发起了一项倡议,探讨可能需要改变哪些市场和操作规则,以确保这种混合资源项目能够充分参与市场,并确保它们的价值得到重视和应有的补偿。 在中国,我们建议从一开始设计市场时,根据各种技术的性能提供一个公平的竞争环境。换言之,市场的设计不应只考虑煤电项目的技术能力。相反,任何能够提供服务(包括能源或任何辅助服务)的资源都应该有机会参与市场并得到相应的补偿。这应该包括分布式资源能源(包含混合分布式资源)。要使这些规则“正确”,需要持续的考虑市场结果,并在需要时不断调整市场规则。此外,应修改规划过程,并通过建模确保分布式资源能源的价值能够得到适当的体现。 4) 荷兰:政府推出新“车辆–电网”充电收费模式。荷兰基础设施和水资源管理部宣布了一项支持车辆对电网(V2g)充电的计划和补偿模式,在此模式下,电动汽车车主可以通过允许电网系统运营商在需求高峰期自动调整收费来赚钱。该计划支持的第一个“智能”充电站预计将在2020年投入使用。电动车向电网提供灵活服务可以实现一定的成本节约,因此世界各地对于V2G补偿模式的兴趣正在逐渐增长。例如,加州最近的一项研究发现,与使用传统的峰值资源(如燃气发电机)相比,开发V2G资源可以节省大量的成本和减少排放量。 中国在电动汽车发展方面处于世界领先地位,也有可能成为V2G领域的领先者。中国已经在几个地区建立了电动汽车充电的分时电价。通过与电网直接通信,向智能收费系统发送信号,可以进一步开发V2G资源,以揭示在输配电层面上与电网情况波动有关的费用。新的省级现货市场应及时帮助发现这些成本 – 至少在输电层面,而且不必等到现货市场在全国范围内的全面发展后才开始行动。在发展的过程中,从估计不同时间和地点的电网成本,到建立新机制及补偿措施,将信号传送给电动汽车等方面,均可以取得很大的进展。  5) 英国:大停电的经验教训提示了配电侧资源的重要性。8月9日,英国经历了严重停电,随后的电网公司报告称,雷电击穿了高压输电线路,主要发电资源严重缺乏,包括大量配电侧发电资源的短缺,事故是由多种因素同时发生导致的。睿博能源智库驻英国的一位专家认为,由于保护设备过于敏感,这些配电侧发电资源发生跳闸(tripped),电网公司需要更多地整合分布式资源,随着电网的脱碳化,预计分布式会持续增长。事实上,这些分布式资源如果整合得好,就有可能增强电网弹性。例如,电网公司可以更好地提高分布式资源对系统操作员的可见性。也就是说,需要改进系统操作员关于分布式资源的容量、操作状态和能力的信息。分布式资源的可见性已成为世界各国的热门话题,不仅是因为可靠性的原因,也是为了确保电网和电力市场能够获取分布式资源所能提供的各种电网服务的全部价值。 6) 全球:空气污染措施评估流程。许多国家都有定期审查排放标准和最佳可用技术的评估程序。2019年6月,经济合作与发展组织(OECD)发布了一份相关报告,对这些评估程序在欧盟、智利、韩国、美国和中国的实践进行了分析。例如,欧盟和美国都有确定的程序,每7-8年更新一次排放标准和实践,以及评估这些标准在改善空气质量和公共卫生方面的影响。中国的大气法也规定了类似评估流程,如果得以全面实施,可在提高中国排放标准的有效性方面向前迈进一步。尤其是在排放标准的有效性及其对公共卫生的影响方面。阶段性评估的结果还可用于修订标准,推动实施。这一流程可以纳入生态环保部目前的排放许可制度,并将有助于指导省级和市级空气质量管理机构的工作。

A Hearty Bowl of Texas Soup: How ERCOT Keeps the Lights On

by Michael Hogan on

ERCOT (or the Electricity Reliability Council of Texas, the independent system operator of that state’s stand-alone wholesale market) has confounded the doomsayers once again. Despite dire predictions that ERCOT lacked sufficient generation capacity, it came through the peak summer season of 2019 without any firm load curtailments, despite a hotter-than-normal summer and notching a new…

UK capacity market déjà vu: A solution that’s still in search of a problem

by Philip Baker Michael Hogan on

In November 2018, the EU General Court ruled in favour of a legal challenge mounted by Tempus Energy to the Directorate General for Competition’s (DG COMP) approval of the capacity market in Great Britain. In its challenge, Tempus successfully argued that, due to serious flaws in the design of the capacity market, DG COMP should…

Stuck in the past: Energy performance certificates hold back heat decarbonisation

by Jan Rosenow on

In 2014, we bought an old Victorian house in Oxford, UK, well aware it needed major renovation work. Our energy performance certificate (EPC), which shows the energy performance of a building, was a poor grade “E” on a scale of A to G, with A being the highest performing category. We have since carried out…

Emissionspreise sind nicht alles

by Louise Sunderland Andreas Jahn on

Preise für Emissionen sind nicht alles, vielmehr ist die sinnvolle Verwendung der Einnahmen entscheidend. Schlüssig belegt ist, dass Energieeffizienzprogramme gut abschneiden. Auch das Ordnungsrecht – zum Beispiel Mindeststandards – helfe bei der Einhaltung der Klimaziele. Das Klimapaket der Bundesregierung ist derzeit in aller Munde. Wie auch die darin vorgesehenen Maßnahmen, die zur Erreichung der für…

“电力期刊”(The Electricity Journal)睿博能源智库特刊简介

by John Shenot on

美国是全世界温室气体排放第二大国,同时也是技术和经济实力的领头羊。美国有能力引领世界寻找应对气候变化紧迫挑战的解决方案,同时迅速彻底地完成自我脱碳。 为了使能源消费向更清洁、更具成本效益的方向转变,我们需要零碳发电技术,并在使用化石燃料的终端用户侧实现大规模电气化。零碳发电技术已经实现商业化普及应用,而且成本越来越低。另外,包括储能在内的技术方案,可以增加电网灵活性,也将更便宜和更具可用性。 简言之,技术不再是脱碳经济面临的挑战。 为了经济快速地进行脱碳,同时始终保持系统可靠性 ,我们现在必须尽可能经济高效地部署和运行这些技术。我们需要通过提高效率和灵活性来优化能源消费,实现脱碳目标。通过优化能源消费,使我们的经济完全依靠清洁能源,就成为一个可以解决的小问题。通过大幅提高耗能设备的灵活性,改善消费者自身的用电行为,我们可以随时随地充分利用清洁能源资源。 今年年初,睿博能源智库(RAP)受“电力期刊”( The Electricity Journal)之邀,开辟了一期以能源优化为主题的特刊,其中包括9篇文章(摘要),睿博能源智库试图将能源优化思想与电力行业领军人物的观点相结合,重点关注提高美国电力行业效率和灵活性的战略 ,这部分在可靠,经济实惠的脱碳方案中必不可少但经常被忽视。 作为开篇,Joni Sliger和Ken Colburn提出了一个全新的、具有延展性的能效愿景(即能效 2.0 ),这愿景依赖于我们对能源消费的优化,以及随时随地获得低成本零排放的能源资源。作者认为,过去的能效政策将能效等同于减少单一能源消耗(如电力),这已经过时,需要改进。 现在的能效项目需要包括化石燃料终端用途的共益电气化,以及对节能的分时价值的认可。本篇仅是抛砖引玉,随后的文章中会进行详尽的讨论。 第二篇文章作者为Steven Nadel,如今美国能源效率是1973年的两倍。Steven Nadel总结出美国能效的提升得益于五项“传统”能效政策:企业平均汽车燃油经济性标准,电器和设备能效标准,能源之星标签项目,电力公司资助的能效项目和建筑能源法规。他还解释了如何进一步完善传统能效政策,以便美国能够将预计2050年的能源消耗减少25%左右。这些传统的能效战略已经非常成功。 在此基础上,我们需要对能效政策进行进一步思考。第三篇文章中,Matt Golden,Adam Scheer和Carmen Best提出了一些促进能效提升和增加灵活性的非传统性方法。他们研究了日益增长的智能电表数据可用性,结合开源软件,允许电力公司像采购其他资源那样,从消费者和负荷集合商采购能效和需求侧灵活性,即:通过提供电价或征求出价,根据基于实际的而不是假定的价值、可衡量的绩效,提供效率和灵活性来支付费用。 第四篇文章作者为Max Dupuy和Carl Linvill,探讨了需求响应的新内容。历史上,需求响应项目几乎完全用于紧急减负荷以解决容量限制问题。本文探讨了对更广泛方法的需求(需求响应2.0版),即捕获灵活负荷,储能资源和分布式发电技术的潜力,以在批发市场和配电系统层面提供广泛的容量和辅助服务。 第五篇文章中作者为Karen Glitman,David Farnsworth和Julia Hildermeier,关注电动交通与电网的关系。近年来,交通运输部门超过电力部门,成为美国温室气体排放的最大来源。电动汽车充电负荷如果得不到很好的管理,会加剧电力系统紧张并增加消费者成本。如果正确管理电动汽车充电,电动汽车可以降低消费者成本和排放,并为电网管理提供有用的资产;适应和正确管理电动化交通的预期增长,将对发展低碳未来至关重要,这篇文章着眼于政策和法规的讨论。 第六篇文章作者Dave Hewitt和Susan Coakley,集中讨论建筑行业的脱碳,建议最大限度地利用新电气化技术,热效率测量和智能控制。 文章提供五种策略,这些方法有助于克服市场障碍,通过零排放发电技术驱动的电能替代来取代化石燃料供暖,从而带来经济、环境和健康效益。 第七篇文章作者为Travis Kavulla和GürcanGülen,提出了一个令人信服的关于容量市场的论点,即今天的容量市场与客户的实际需求和高比例可再生能源电网的运营现实不匹配。文章建议用运行备用需求曲线取代远期容量市场,该曲线仅在可用的时间和情况下支付容量电价,作为实时电价的补充。 特刊最后是两篇关于电力行业监管的文章。首先,电力期刊编辑顾问委员会成员Janine Migden-Ostrander提供了一套“脱钩”方案,这套方案可以帮助州公用事业监管机构将对电力公司的激励与脱碳目标和零售层面的其他公共政策结合起来。这些方案包括收入“脱钩”,基于绩效的监管和智能电价设计,可根据每个州的市场和经济环境来调整。在另一篇中, 前FERC主席Jon Wellinghoff提出,联邦监管批发电力交易存在一定障碍,他建议通过一些可以提高整体系统效率同时实现更大碳减排的实际行动来解决问题。 为了使电力部门转型为可靠、负担得起的脱碳化电力,明智的政策和法规是配方中必不可少的成分。“电力杂志”本期特刊将启发更多关于能源优化的辩论,以及我们可以采取哪些有效行动来实现电力部门脱碳。 This blog is also available in English.