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Insights from Our Experts

We All Wish We Were More Flexible: Electrification Load as a Grid Flexibility Resource

by David Farnsworth on

Imagine you are preparing dinner for guests arriving at 6 p.m. when you learn that they’ve been delayed. And imagine that, instead of keeping the food hot, you had to throw all of it away and start cooking again for the actual time they come in the door. Wasteful and unacceptable, right? If you are…

共益电气化:确保电气化实现公共利益(二)

by David Farnsworth Jessica Shipley Jim Lazar Nancy Seidman on

前言 本文为共益电气化:确保电气化实现公共利益 (英文版)摘要第二篇。尽管对于电力公司,消费者和公共环境来说,共益电气化可以带来巨大的创新和机遇,但共益电气化需要各州的行动支持,才能实现相关的利益。本节概述了重要的政策先决条件,实施流程和其他有助于成功实施共益电气化及其众多优势的考虑因素。 奠定政策基础 制定目标 制定任何有效政策的第一步是阐明其政策原因。制定共益电气化政策也是如此。共益电气化可能是一个有价值的目标,但各州还有其他政策目标,采用共益电气化政策也许将对其他政策产生影响,也许还会导致各州在实施共益电气化上采取的方式不同。各州应首先制定目标,然后在做出有关特定共益电气化实施工作的决策之前优先考虑它们。 障碍识别 第二步,要识别出实现政策目标可能遇到的障碍,比如,在传统的基于服务成本的监管中,对电力公司增加售电量的激励,会导致对降低售电量的抵制。 建立指标 政策制定者需要制定出一套标准和指标,对各州的项目进展进行跟踪。比如,电动车的销售量,热泵的安装数量,可避免产生的排放量,节省的化石燃料,高峰负荷需求的降低等等。各州不仅可以用指标来追踪进展,还可以重新回顾已建立的监管实践,通过这些指标来制定对电力公司的绩效激励。 时间 政策制定者需要认识到,共益电气化的开发和实施是一项长期努力。 提供灵活性 政策制定者希望为负责实施共益电气化的实体提供多大的灵活性?只要这些实体提供可衡量的结果以满足政策目标和目标,在选择项目设计,实施和交付细节方面,可以给予他们一定的自由空间。 识别出受影响的参与者 各州还需要识别在共益电气化活动实施过程中,各方参与者中哪些起到影响作用,哪些被影响到。 确保过程公开 成功制定政策并为其提供支持的另一个关键是,建立一个利益相关方可以参与和互动的过程。大多数与能源相关的政策制定进程都是在州公用事业委员会(PUC)层面开展的,消费者和其他利益相关者的参与机会有限。各州关于公众参与和管理互动的规则各不相同,一些州公用事业委员会的委员可能会与所有感兴趣的利益相关者进行讨论,而其他州可能会严格限制此类互动。如果没有州政府的许可,审查共益电气化政策的过程可能会更加受限且包容性差。 通过与各利益相关方的协同合作,监管机构还可以召集那些不熟悉委员会及其工作范围和规则的机构,在非正式的环境中建设性的讨论各种问题。作为典型准司法PUC环境的一部分或是完全超出其常规实践,协同合作可以通过灵活的方式帮助解决政策问题或者协调冲突。合作有助于解决电气化引起的许多广泛的政策问题,可以用来解决与设计、实施、监管、改进的整套问题,以及使这些项目适应不断变化的情况。在过去几年中,马里兰州,明尼苏达州,罗德岛州和伊利诺伊州的州委员会就新兴能源政策问题进行了合作。 预见特定问题 一旦各州与利益相关方合作并确定与共益电气化相关的目标,就可能会出现几个具体问题。它们包括电价设计,电力公司激励措施,效率资源标准,新建筑的建筑规范,电器标准和化石燃料淘汰。 电价设计 电价设计是电气化政策的关键因素。电气化成功于否取决于补偿电价是否有足够的透明度和执行力度,从而激励终端用户能独立地控制自己的负荷。电气化消费者的电力负荷对电网来说是一种灵活性资源,其价值必须通过消费者支付的或节省的电费帐单来体现。当然,并非所有客户都有必要应用先进的电价设计; 还可以出台单独的监管决定,为消费者提供可选择的分时电价,使他们能够控制自己的用电负荷,将电力负荷转移到低电价,低排放时段。 为参与用户提供激励 多年来,电力公司提供了电费缴纳用户基金(ratepayer-funded)的激励措施,以激励使用相关创新技术。我们可以合理地预期到,相同的基本原理将至少适用于部分共益电气化设备。 能效资源标准 在能源(包括所有燃料)使用效率提升的情况下,共益电气化可能会带来更高的电力消耗。现有的能效标准仅用于电力消耗,各州应相应地将能效标准修改为包括所有燃料。标准中也应考虑到其他指标,比如可避免排放的CO2,Btu节能量,削峰量等等。 新建筑的能效规范和电器标准 新建筑是部署新技术的理想机会,各州可以考虑用于推动共益电气化技术的建筑规范。高效的制热制冷系统以及热水系统的全部成本,只是一项边际成本。同样,如果在电器标准中明确标明共益电气化的竞争力,将促进这些电器的使用。 淘汰化石燃料 我们建议各州考虑将设备投资寿命纳入当前的规划和分析。随着电子技术的不断改善和价格下降,所有基于化石燃料的投资在其使用寿命内的成本并不具有吸引力,且产生滞留成本的风险更大。 本报告旨在激发关于如何应对当今电力行业主要趋势和创新的众多机遇的讨论。共益电气化是一系列策略,旨在识别和克服障碍,并利用这些趋势和相关机会,使消费者,电力公司和公共环境受益。    

Energy efficiency could cut UK home energy use in half

by Jan Rosenow on

“We have done all the easy stuff on energy efficiency,” Dr. Jan Rosenow was told during a 2016 workshop organised by the National Infrastructure Commission on the future of heat in the United Kingdom. Some participants felt that energy efficiency is just too difficult. It was after that workshop that a group of energy efficiency…

共益电气化:确保电气化实现公共利益(一)

by David Farnsworth Jessica Shipley Jim Lazar Nancy Seidman on

前言  本文为睿博能源报告《共益电气化:确保电气化实现公共利益》 (英文版)的部分摘要,简要介绍共益电气化的概念,条件以及实现最大化效益的六大准则,以帮助政策制定者和监管者形成和评估电气化战略。 本系列报告还将包含其他三篇报告,它们分别为监管者在电动汽车、供暖和热水供应方面如何实现共益电气化,就项目拟定初始步骤,到实现成功的标准和指标,均给出了详细的解决方案,我们会依次刊发。 能源领域变革的三大趋势 能源领域正在发生迅猛变化,已经不再是什么秘密。其中,有三大趋势值得注意:1)波动性可再生能源成本下降,2)能源技术成本下降,以及3)对电力需求的控制能力和自动化程度提高。这些趋势对于消费者,电力公司和环境来说,既是挑战也是机遇。共益电气化可以使当今的电力行业为消费者提供可负担的、清洁的电力,同时帮助电力公司更好的管理电网,减少环境污染,提供了巨大的机遇。 趋势一:成本下降 发电资源的成本下降,特别是风能和太阳能等可再生能源成本的下降,正在整个行业引起涟漪效应。据彭博新能源金融(BNEF)报道,2015年太阳能发电的价格为5.8美分/千瓦时(阿联酋), 风电4.5美分/千瓦时(美国)。2017年,太阳能为1.8美分/千瓦时(沙特阿拉伯),风电 2美分/千瓦时(印度)。由此可见,波动性能源资源(VERs),也称为波动性发电,正在经历爆炸式增长。 2017年科罗拉多州公共服务公司公布了其全部资源申请结果(238个项目,总计60,000兆瓦),包括每千瓦时3美分的太阳能和每千瓦时不到2美分的风电。这些价格远低于全国传统电厂运营成本的平均水平。2016年煤炭平均的燃料和运营成本为37美元/兆瓦时。 天然气价格略低,为30美元/兆瓦时,核能更便宜些,25美元/兆瓦时。因为这些是平均值,所以必须假设这些传统电厂中有一半的成本高于此,存在遭到淘汰的经济风险。 当比较这些资源时,风电成本低于煤和天然气的燃料成本,而太阳能的成本不高于煤和天然气燃料和运营成本之和。这意味着具有足够容量的电力公司仍然可以购买风电以降低其燃料成本。 趋势二:技术成本下降  与可再生能源一样,其他能源技术价格也在下降。 2016年,BNEF估计电动汽车(EV)的无补贴标价将在2025年至2029年间内降至内燃机汽车价格之下,这在很大程度上归功于电动汽车的关键部件 – 锂电池的成本下降。 BNEF还预计,2016年电动汽车将占到2040年新车销量的35%。仅仅一年之后,BNEF认为,到2020年,电动汽车的总体拥有成本将达到共享汽车(例如Uber)的平价水平,电动汽车将占2040年新车销售的54%。 趋势三: 需求侧管理  关于电力行业变革步伐的另一个因素是,消费者、第三方和电力公司获取能源使用数据的数量和便利性大幅增加。一个多世纪以来,我们管理能源供应以满足需求,但今天,我们第一次可以做到相反的事情,即通过管理用电需求来契合电力供应。如今,建筑物和用电设备都内置了能源使用控制装置,客户实际上可能是被动的,但仍然享受着这些效益。思科系统预计,到2021年,超过一半的电气设备的连接将是机器到机器,这意味着设备将能够在没有用户干预的情况下相互“沟通”,从而实现更便宜,更清洁和更精确管理的能源使用。 共益电气化的三个条件 这些因素叠加在一起,让我们意识到共益电气化带来的效益。然而,“共益电气化” 并不简单等同于“电气化”。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。 首先,电气化可以降低消费者的长期成本,因为许多形式的电气化比化石燃料产品更有效。这降低了整体能源使用和运营成本。此外,根据最终用途(end uses)的采用程度,所有电费缴纳人都可以通过相关的系统优势享受这些好处,而不仅仅是那些安装了新技术的人。 其次,由于多种形式的电气化的灵活性,包括水加热,电动汽车和某些形式的供暖,这些最终用途可以帮助提高电网灵活性。因为这些终端用户在充电和使用时具有一定灵活性,所以它们可以起到电池一样的作用。这使得电网调度人员可以将负荷转移到用电需求较低或电价便宜,或可再生能源被弃电时,远离用电需求高峰时间以及需要调动更昂贵且通常是更污染的发电资源。随着这些最终用途的电气化,电力公司可以提高管理负荷的能力 – 即通过电费设计和其他方式鼓励更智能的充电方法 – 并可以与用户分享这些好处。 第三,共益电气化可以通过使用比化石燃料替代品更少的能源来帮助减少环境影响,减少用于服务电力系统峰值时通常使用传统化石能源的依赖,并通过增加可以使电网更能适应波动性发电资源(如风能,太阳能)的灵活性。 电气效益最大化的六个原则 电气化对能源行业的许多利益相关者都有意义。但是,要充分认识到它可以为消费者、电网管理者和环境带来的好处,政策制定者和监管机构制定和评估自己的电气化战略至关重要。 以下原则将有助于他们制定和评估电气化战略。 能效第一 只要能效是资源中成本最低的选择,它就应该是政策制定者、规划部门和电力公司的首选。相对于投资能源基础设施、燃料和供应侧替代品,对消费侧能效投资可以带来低成本或高价值,应是优先选项。而低效的使用新建的可再生能源发电,将是可悲的结果。如今,用高效的发电设备取代化石燃料发电,可以控制并降低能源成本,使消费者受益。这是由于发电和终端用能设备的效率双重提高,以及相对于其他燃料选择的电价承受能力。换句话说,例如,电动车或热泵的效率提高,产出同样产品(例如,行驶里程或热量)所需电量要比产生同等电量所需的化石燃料要更廉价,且能源密集度更低。 灵活性负荷对电网运行的宝贵价值 与传统的电力负荷不同,大部分电气化的负荷不需要从电网输送到后就立刻使用掉,比如供热水,交通,甚至是供暖和制冷。因此,它的天性使它更具备灵活性,可以作为热能或者电能储备起来。凭借这一优势,电力系统可以在一天中更清洁,更便宜的时间提供这种负荷。 发电资源组合影响边际排放 想要确定共益电气化的总体排放影响,就需要知道为热泵和电动汽车等设备供电的电源来自哪里。美国当前的年发电量,相比于1993年增加了近30%,而二氧化碳排放却并未增长。这一积极趋势在很大程度上归功于更清洁的发电资源。 电气化将增加电力负荷,如果在全国范围内推广电气化项目,政策制定者需要知道相对应的节能量。因此,了解系统的边际排放尤其重要。边际排放分析可以显示系统边际资源的累计排放量,这意味着在一年中每个时间段里,使用1千瓦时电增加的排放量,或避免使用1千瓦时电时减少的排放量。 在电气化项目开始时确定边际排放很重要,同时,当电网中增加大量的电力负荷时,预期的新增排放量也很重要。如果各州决定采取政策,增加电力销售,那么在任何给定的电网中,大多数新增负荷可以通过资源组合来提供,其排放特征与每天每小时的边际机组非常不同。因此,需要为电力行业建模来预测总排放量。 通过排放效率衡量共益电气化对空气质量的影响 共益电气化采用总系统能效的观点,并尝试减少一次能源的使用。尽管使用更多电量,但总体来讲会降低能源消费,因此每行驶1英里或是每加热1加仑热水产生的污染会减少。 电气化对排放带来的影响,加上可用负荷、排放量和能耗数据(包括系统分析和电网运行数据),使电力公司能够确定在一年中的哪个月份或一天中的哪个时间段,发电侧污染排放最低。因此,电网经理和监管机构可以针对电气化的某类终端用户制定完善的排放效率效益图。了解电气化在何时何地是最具有排放效率的,这将帮助监管机构制定相关政策、电价结构,以及出台激励措施,以确保电气化时实现最小化的增量排放。 衡量全生命周期内的排放效率 无论是由电力公司还是业主,对能源基础设施的投资都具有很长生命周期:发电,输电和配电资产预计会有30-40年或更长的寿命,而家用热水器或照明灯具可以使用超过十年。因此,对于投资新的基础设施的机会是有限的,并且最好是在能够避免其他投资时才实施。这些限制尤其重要,因为除非电力公司和消费者在基础设施升级改造之前做出明智的投资,否则可能会失去对低成本,清洁资源投资的机会。当涉及到基础设施升级改造的决策时,考虑低成本、低排放的电力资源,将会为电网带来长年宝贵的灵活性优势,并且为消费者减少成本。 共益电气化投资提出了另一个值得注意的因素:电力行业随着时间的推移减少其环境影响,电力终端用户的排放效率将相应提高。因此,能够认识到电气化投资生命周期内的总排放量(即使在投资早期排放量较高)可能低于化石燃料其它替代品的排放量是非常重要的。所以,在区域电网快速脱碳的地方,即使最终用途比它们替换掉的化石燃料其它替代品更具有排放效率,也值得先考虑电气化。另请注意,化石燃料不具备这一优势。无论今天它们的排放效率如何,在使用周期内都不会有所改变。 鼓励共益电气化的电价设计 通过电价向消费者发出价值信号已经不是新的策略。当财务激励措施有吸引力时,客户愿意将能源消费转移到当天便宜的时间段。因此,许多用电负荷可以安排在电网运行成本较低时用电。另外,有必要采用分时电价,给消费者提供不同时间段的不同成本电价,为了让客户有动力使用低成本电力,而且可以和电力公司共享经济利益。…

Making China’s Electricity Markets Work for Clean Energy

by Max Dupuy on

As part of the Chinese central government’s power sector reform effort, several provinces have been developing electricity markets. The next stage of this undertaking—design and implementation of “spot markets”—could bring many benefits, including system flexibility to support wind and solar generation, a better-functioning carbon market, rational prices to guide better investment decisions, and corresponding incentives…

实施电力现货市场的几点国际经验

by Max Dupuy on

为落实中国政府2015年电力改革方案,一些省份一直在致力于发展电力市场。中国国家能源局要求8个试点省区推出“现货市场” ,并要求其中一些省级市场在今年年底开始运营。 改革的下一阶段是设计和实施“现货市场”,据报道这些市场将会包括日前市场和实时市场以及补偿辅助服务的机制。从国际经验的角度来分析现货市场,如果设计得当可以带来许多好处,包括作为经济调度的基础, 支持风能和太阳能发电的系统灵活性,功能更好的碳市场,和比较合理的批发价格以指导更好的投资决策。这些市场可以帮助实现中国经济有效地减少排放目标,同时保持电网高水平的可靠性。然而,市场的设计和实施以及相应的调度改革是具有挑战性的任务,存在许多潜在的缺陷。 实施电力市场并非易事 – 并且可能会停滞不前(正如过去十年中国发生的那样)或导致危机(其中美国加州是最著名的例子)。在这里,我们将提供一些实用的想法,以降低中国电力市场实施风险,避免重大挫折。我们对中国电力现货市场的建议包括: 扩大跨省市场,建设区域性统筹现货市场。扩展省间市场有助于促进可再生消纳并降低系统成本。尽管中央政府要求南方电网地区的五个省最终实施区域市场,但大多数现货市场的努力都是逐省进行的。因此,从一开始就设计一个区域整合的现货市场是有意义的。通过提高跨地理区域的电力市场和系统运营的一体化程度所带来的效益,在欧洲、美国以及世界上其他地方的研究都有过相关陈述。 开发跟市场配套的长期区域资源充足性和可靠性规划流程。即使在电力市场运行之后,相关的规划研究仍将在评估资源充足性方面发挥重要作用,提出调整市场设计的建议,并帮助协调发电和需求方资源的发电投资。2016年国家能源局发布的《电力规划管理办法》就是一个很好的基础。 采取措施对市场运行进行监测,应对现货市场竞争不足的风险。鉴于部分地区拥有高度集中所有权的发电机组,有操纵市场的风险,强大的市场电力监测和消解市场力的系统将非常重要。甚至可以考虑(至少在最初几年)根据对每台发电机运行成本的估算来实施现货市场。这有助于避免市场操纵,同时最大程度从经济调度中获益。在任何情况下,这些运营成本数据都可用于监控市场表现。广东现货市场机组发电成本预算,似乎很有希望。 将中长期合同转变为财务模型。调度中心在每天运营决策中过度考虑年度发电规划或是中长期合同,会阻碍系统灵活性,因为这个做法可能会限制响应电网每小时变化(比如说意外天气波动)的能力。随着现货市场的推进,最好逐步取消对中长期合同的此类“物理”执行,可以设计更好的模型,鼓励发电商和大用户(或是售电方)通过“金融合同”对冲电价,而调度中心则侧重于根据每小时的条件和需求优化系统。 对分布式资源的参与现货市场的展望。需求响应,储能技术和其他分布式能源资源能够向系统提供有价值的灵活性服务。但市场需要对这些能力和服务进行识别,认定和合理奖励。特别是中国目前正在同时进行增量配电网改革。在此背景下,分布式资源在现货电力市场中的作用值得进一步思考。 此外,本月劳伦斯伯克利国家实验室发布了一份最近的报告,概述了中国电力部门改革试点的几点建议。 本文也有英文版。

Elektromobilität – ein Mehrwert für die Stromnetze

by Michael Hogan Andreas Jahn on

Die Stromverteilnetze in Europa arbeiten weit unter ihrem vollen Potenzial. Das Laden von Elektrofahrzeugen kann deshalb weitestgehend ohne zusätzlichen Netzausbau erfolgen, hat das Regulatory Assistance Project (RAP) in einer Kurzanalyse festgestellt. „Intelligente Preisgestaltung und smarte Technologien sind die Schlüssel dafür“, schreiben Mike Hogan und Andreas Jahn vom RAP. „Meine Mittel will ich so verwalten, dass…

PBR-电力监管新模式

by Camille Kadoch David Littell Jessica Shipley on

美国电力行业的监管体系已有130年历史,而电网正在迅速实现现代化。电力监管机构需要与时俱进,跟上电网现代化步伐。当前兴起的监管模式是基于绩效的监管,简称PBR。很多州现在都在关注如何将电力公司收入和实现绩效目标的能力联系起来,如何在不同环境下应用PBR,睿博能源智库一直在提供相关建议。我们将撰写一系列文章来讨论21世纪电力监管模式PBR应包含什么元素?并介绍最佳实践,设计依据和具体应用,本文是该系列第一篇。 传统的电力监管模式 当今美国的大多数电力公司都是服务成本(Cost-of-Service)监管。消费者向电力公司支付提供电力服务(例如,输电,配电和其他公用基础设施)的成本,以及投资的规定回报。监管机构的工作是监督这种安排,确保服务安全可靠,电费公平。但这种方法激励了某些行为:受监管的电力公司认识到,通过建设更多的发电,输电,配电和其他基础设施,在下一次电价调价前(rate case)尽可能多的销售电量,这样做可以最大化其收入和利润。这对于需要大量资本投资的大型集中式发电厂体系尤其有效。 今天,通过提高能效和使用能源管理工具,普通住宅用户越来越能够控制自己的用电量,甚至可以依靠太阳能或储能来使自己成为一种电网资源。与20世纪大型集中运营发电厂相比,这是电力供需方的根本转变,消费者有不同的能源选项,而在美国的大部分地区,用电量并没有维持20世纪那样的增长 – 这有助于降低电费。 过去的监管模式能否适应现在的资源特性、电力输送和能源消耗方式的转变?电力监管如何应对这些根本性变化?如何帮助实现客户所需,并保持电力公司盈利能力和响应能力? 现代监管手段 PBR是实现电力监管改革的途径之一。传统的服务成本监管评估电力公司的成本,着眼于销售,收入,电价和可靠性方面的绩效,PBR由政策制定者和利益相关方(监管机构,电力公司,消费者等)建立绩效规则,根据绩效奖励电力公司,PBR关注绩效考核的结果。在销售,收入,电价和可靠性方面的绩效之外,还设立客户参与和赋权,环境成果和成本效益等目标,并提供激励。 有些监管机构希望改革现行监管体系,但不确定如何进行,那么PBR可以采取多种形式,实现不同的目标,既可以只是简单地添加单个机制,也可以修订整个监管范式。 单个机制或绩效激励机制(PIM),可作为传统的服务成本监管框架的一层外罩。PIM以一种促进公共利益优先级的方式设置特定的绩效指标,以影响电力公司的绩效行为。他们提供奖惩,以强化目标区域内的绩效表现。美国的许多辖区都有使用PIM进行能效激励的经验。 另一方面,PBR可以设计成将整个监管体系转变为专注实现某些具体目标。英国的收入=激励+创新+产出(RIIO)方法侧重于六个主要产出,作为未来能源系统转型的手段。这些产出与推动低成本、更可持续能源系统的总体目标的激励措施相关联。同样,纽约州的能源愿景改革(REV)流程正在建立一个监管体系,奖励客户满意度的配电电力公司,促进电力部门向更清洁和更分布式资源转型,并越来越多地关注成果而非投入。 就像家庭酿酒商从一系列配方中选择一样,电力监管机构有一系列实施PBR的选择,他们可以很容易地看到其他地方成功(或者不成功)的经验教训。本文主要介绍PBR是“什么”,下一篇文章将介绍“如何”实施PBR,并检验设计实践以确保绩效激励机制成功。 本文原文为英文

California’s Mandatory PV Code Amendment: Is It Really Time for This?

by Jim Lazar on

The press has been abuzz this summer about the California Energy Commission’s (CEC) new building code amendment that will require most single-family residential and low-rise multi-family dwellings to incorporate PV systems at construction. The amendment takes effect in 2020. Buildings located where solar will not perform well will be exempt, but the typical California neighborhood…

The carbon floor price—a hammer in need of a toolbox

by Richard Cowart on

“If your only tool is a hammer, every problem looks like a nail,” goes the saying. In the context of climate policy, the leading hammer is carbon pricing. To many economists and carbon market enthusiasts, putting a price on carbon is by far the preferred tool to drive down carbon pollution. So, whenever carbon prices…