報告執(zhí)行摘要
美國的電力公司計劃在未來15年內(nèi)對包括發(fā)電、輸電以及配電設施等在內(nèi)的傳統(tǒng)電網(wǎng)基礎設施進行投資?？偼顿Y金額可能達一萬億美元，亦或年投資金額在500億至800億美元之間。這將彌補多年對此方面投資不足的狀況。但據(jù)官方預測，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%）。這些投資可能會導致同期內(nèi)零售電價上漲。
與此同時，這些用戶能夠在何時用電、用多少電，甚至是何時發(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越來越具有成本效益。這些雙向趨勢（即電網(wǎng)零售電價上漲與分布式發(fā)電成本下跌對電網(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)）以及用戶對這些趨勢的回應方式已經(jīng)給電力行業(yè)帶來很大的挑戰(zhàn)。這也可能會帶來電表兩側(cè)資源的過度投資或不必要的重復建設。
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觀點，即需求曲線大部分是不靈活的，靈活性（彈性）僅來自供應側(cè)?，F(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)展并擴寬了傳統(tǒng)需求側(cè)回應機制所具有的能力。它使得電力需求能夠通過價格信號或其它機制不斷地對變化的市場情況做出回應。需求彈性正在被證明是一項未得到充分利用的，并能夠為供應側(cè)與需求側(cè)之間動態(tài)平衡提供緩沖的機會。如果能夠充分地利用這一機會，需求彈性將為用戶和電網(wǎng)創(chuàng)造出可量化的價值，如電費節(jié)省、延緩基礎設施升級等。
在此報告中，我們分析了需求彈性的經(jīng)濟效益。單單從居民用電方面來看，廣泛實施需求彈性可節(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費率，用戶可利用現(xiàn)有技術將他們的電費削減10%至40%。在美國，目前約有6500萬居民用戶已經(jīng)可以選擇使用分時電價，這表明需求彈性具有經(jīng)濟可行性。由此可見，需求彈性的總體市場是很大的，而且隨著更為精細零售定價的推出，肯定會得到進一步發(fā)展。
需求彈性的定義
需求彈性是利用通訊和控制技術，在每天各時段里轉(zhuǎn)移電力使用情況，同時以相同的或更好質(zhì)量和較低成本提供終端服務（例如空調(diào)、家庭熱水器和電動汽車充電等）的能力。實現(xiàn)需求彈性，一方面需要通過利用自動控制系統(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的費率結構，從而通過為用戶和電網(wǎng)降低成本，實現(xiàn)需求彈性的套利。
重要的是，需求彈性既不會讓用戶體驗變得復雜，也不會降低用戶體驗的質(zhì)量?，F(xiàn)有的技術和商業(yè)模式已經(jīng)可以在保持甚至提高用戶服務質(zhì)量、簡化操作流程、提供更多選擇以及提升能源價值的同時，無縫地轉(zhuǎn)移負載。
彈性負載的新興價值：為分布式能源資源降低電網(wǎng)成本提供更廣泛機會
具有需求彈性的電力負載可稱為彈性負載，即可以按照經(jīng)濟性或其它信號在白天或夜間時段里被轉(zhuǎn)移的需求電力的負載。重要的是，彈性負載可以提供多種電網(wǎng)服務（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)電設施自己發(fā)電，減少用電（提高用電效率，又稱負負載），或是通過需求彈性改變用電時間（參見圖表ES1）。為了以最低的成本為用戶和電網(wǎng)提供最大價值，須對這四個選項進行整體評估。
表格 ES1
需求彈性經(jīng)濟性的主要來源
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)預計90億美元的年投資費用，占全美預計總投資的10%以上，同時也能在年度能源生產(chǎn)和輔助服務費用方面節(jié)省40億美元。
盡管我們的分析主要集中于需求彈性對用戶的價值，大規(guī)模布局需求彈性降低總電網(wǎng)成本的能力也不應被忽視。僅挖掘空調(diào)和居民熱水器兩項家用電器的需求彈性，就能在保持用戶的舒適度和服務質(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)每小時的電價對這些家電的一小部分能源需求進行優(yōu)化，還可再降低多達30億美元的成本，此外，每年需求彈性還能為電網(wǎng)提供價值10億美元的輔助服務。年均130億美元（參見圖表 ES2）只是對需求彈性的經(jīng)濟效益潛力的保守估值，因為我們對居民用電方面僅分析了靈活負載的一小部分，并未將需求彈性可以帶來的其它幾項效益項目計入在內(nèi)。
需求彈性每年為用戶節(jié)省大量電費，達10%至40%
在本報告的四個分析情景中，使用現(xiàn)行的電費費率，需求彈性可為用戶節(jié)省10%至40%的電費。對所分析的每個電力公司服務領域里的所有相關用戶來說，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用戶每年總共節(jié)約電費在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，以及電動汽車充電等少數(shù)幾項基本的需求彈性來源，就已經(jīng)展示了需求彈性在將負載轉(zhuǎn)移至電價更低的時段（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，在對夏威夷的情景研究中，電熱衣物烘干機和電池儲能系統(tǒng)也在需求彈性方面發(fā)揮了作用。
方法論和假設
我們根據(jù)具體、具有說明性、真實的電力公司費率結構通過兩個案例（共四個情景）對居民用戶需求彈性的經(jīng)濟性做了分析。
1.在更精細的電費費率下通過改變用電時間來降低電費
a.對居民用戶收取實時電價（伊利諾斯州聯(lián)邦愛迪生公司（ComEd））
b.對居民用戶收取需量電費（亞利桑那州，索爾特河項目（SRP））
2. 提高了以用戶為中心的分布式電力資源部署的價值
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.減少對太陽能光伏發(fā)電的富余電量上網(wǎng)的補償（阿拉巴馬州電力公司（APC））
我們使用詳細的用電消費模式數(shù)據(jù)對不同氣候條件、不同季節(jié)和不同費率結構情況下轉(zhuǎn)移需求電量的模型進行了校準；并對五項主要的需求靈活的居民用電負載進行了經(jīng)濟性分析。
. 空調(diào)(AC)
. 家用熱水器 （DHW）
. 電動汽車 （EV） 充電
. 電熱烘干機循環(huán)定時
. 電池儲能系統(tǒng)
電力公司應將需求彈性視為減少電網(wǎng)成本的一項資源，但是，按照不利于房頂太陽能光伏發(fā)電的零售費率，在沒有凈電能計量（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)濟效益來加快負載脫離電網(wǎng)的進程。
有些電力公司和行業(yè)組織正在考慮或主張改變傳統(tǒng)的凈電能計量規(guī)則，從而以低于電力公司零售價的費率來補償上網(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償?shù)陌咐愃疲Ｎ覀兓诼浠窖芯克l(fā)表的《負載脫網(wǎng)的經(jīng)濟性分析》一文的研究成果做了進一步分析，我們發(fā)現(xiàn)，如果美國東北部地區(qū)電力公司取消補償或按照可節(jié)省成本對光伏富余發(fā)電量上網(wǎng)進行補償，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)移的進程，也就是所謂的負載脫電網(wǎng)的進程。 （見圖 表ES7）。
啟示
需求彈性代表了一個較大的、頗具成本效益的、而且在很大程度上未被利用的機會。利用這一機會，能夠減少用戶電費和電網(wǎng)成本。它也可讓用戶能夠保護房頂太陽能光伏發(fā)電的價值主張，以及適應變化中的電費費率設計。建立在利用彈性負載基礎上的商業(yè)模式現(xiàn)在可用于為多達6500萬的用戶提供服務，這些用戶有權選擇利用現(xiàn)有的實時精準費率，無需新的監(jiān)管、技術或政策?？紤]到效益、廣泛用途以及成本效益，大范圍應用需求彈性技術和商業(yè)模式對于電力行業(yè)的利益相關方來說，應該是近期需要考慮的優(yōu)先事項。
第三方創(chuàng)新：尋找當前機會，為用戶創(chuàng)造價值
許多不同種類的公司均可捕獲彈性負載的價值，其中包括家庭電量管理系統(tǒng)供應商、太陽能光伏設備開發(fā)者、需求響應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會中獲利：
1.利用現(xiàn)有機會，增加用戶實力，提供產(chǎn)品和服務，與傳統(tǒng)的、搭配式電力公司售電模式互補或與之競爭。
2.向用戶提供比節(jié)省電費更多的好處；認識到用戶會因為除成本以外的原因而需要彈性技術。
3.尋找標準化的和安全的技術，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.與電力公司結成伙伴關系，通過提供能進一步減少電網(wǎng)成本的其它服務，在電表前端的需求彈性中獲利。
電力公司：利用精心設計的費率減少電網(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商等，均能通過以下步驟捕獲需求彈性的電網(wǎng)價值：
1.引入和推廣能夠反映出邊際成本的電費費率，以確保用戶能降低電費開支（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.將彈性負載作為一項能夠減少電網(wǎng)成本的資源，而非僅僅將其看作為一項對收入的威脅；
3.通過將費率報價與那些能夠促使電費節(jié)省和電網(wǎng)成本下降的技術和面向新用戶的業(yè)務模式掛鉤，利用能實現(xiàn)功能的技術和第三方創(chuàng)新成果。
監(jiān)管方：將彈性負載作為一項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)管方應發(fā)揮作用，要求電力公司將需求彈性視為一項能夠降低電網(wǎng)系統(tǒng)成本和用戶電費的成本最低的資源。監(jiān)管方應考慮如下幾個方面：
1.認識到需求彈性的成本優(yōu)勢，并要求電力公司將彈性負載作為一項潛在的、更低成本的選項，以替代一部分傳統(tǒng)電網(wǎng)基礎設施的投資需求。
2.鼓勵電力公司提供各種費率，讓用戶有更多選擇，為用戶和電網(wǎng)平衡高度實時精準的費率與大價值取向之間的可能存在的復雜性。
3.鼓勵電力公司尋找能夠?qū)①M率設計和技術以及第三方創(chuàng)新者結合起來的合作伙伴，向用戶提供簡單的、更低成本的應用體驗。
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