報(bào)告執(zhí)行摘要
美國(guó)的電力公司計(jì)劃在未來(lái)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。總投資金額可能達(dá)一萬(wàn)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(cè)，繼全美電力銷(xiāo)量十年來(lái)持平或下降之后，未來(lái)15年內(nèi)電力銷(xiāo)量增長(zhǎng)速度將繼續(xù)放緩（年增長(zhǎng)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(hù)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(lái)越具有成本效益。這些雙向趨勢(shì)（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(hù)對(duì)這些趨勢(shì)的回應(yīng)方式已經(jīng)給電力行業(yè)帶來(lái)很大的挑戰(zhàn)。這也可能會(huì)帶來(lái)電表兩側(cè)資源的過(guò)度投資或不必要的重復(fù)建設(shè)。
然而，電力公司和用戶(hù)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(lái)自供應(yīng)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(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(guò)價(jià)格信號(hào)或其它機(jī)制不斷地對(duì)變化的市場(chǎng)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(hù)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(lái)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(hù)可利用現(xiàn)有技術(shù)將他們的電費(fèi)削減10%至40%。在美國(guó)，目前約有6500萬(wàn)居民用戶(hù)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(jiàn)，需求彈性的總體市場(chǎng)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(chē)充電等）的能力。實(shí)現(xiàn)需求彈性，一方面需要通過(guò)利用自動(dòng)控制系統(tǒng)在不影響用戶(hù)使用的前提下，不間斷地改變用戶(hù)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(guò)為用戶(hù)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(hù)體驗(yàn)變得復(fù)雜，也不會(huì)降低用戶(hù)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(hù)服務(wù)質(zhì)量、簡(jiǎn)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(wú)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(chēng)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(jiàn)表格ES1）。用戶(hù)有一系列選擇來(lái)滿(mǎn)足他們的電力需求，而非簡(jiǎn)單地在用電時(shí)向電網(wǎng)購(gòu)買(mǎi)電量?，F(xiàn)在，用戶(hù)還可以選擇通過(guò)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(chēng)負(fù)負(fù)載），或是通過(guò)需求彈性改變用電時(shí)間（參見(jiàn)圖表ES1）。為了以最低的成本為用戶(hù)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(lái)源
圖表 ES1
電網(wǎng)購(gòu)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(guó)居民用電需求彈性能節(jié)省美國(guó)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(hù)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(hù)的舒適度和服務(wù)質(zhì)量不變的情況下，降低8%的美國(guó)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(jiàn)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(lái)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(hù)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(hù)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(hù)來(lái)說(shuō)，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(hù)每年總共節(jié)約電費(fèi)在1.1億至2.5億美元之間（參見(jiàn)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(chē)充電等少數(shù)幾項(xiàng)基本的需求彈性來(lái)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(jiàn)圖表 ES4）、減少高峰用電需求（見(jiàn)圖表 ES5）、并增加太陽(yáng)能光伏發(fā)電電量就地消納等方面的顯著能力（見(jiàn)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(shuō)明性、真實(shí)的電力公司費(fèi)率結(jié)構(gòu)通過(guò)兩個(gè)案例（共四個(gè)情景）對(duì)居民用戶(hù)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(guò)改變用電時(shí)間來(lái)降低電費(fèi)
a.對(duì)居民用戶(hù)收取實(shí)時(shí)電價(jià)（伊利諾斯州聯(lián)邦?lèi)?ài)迪生公司（ComEd））
b.對(duì)居民用戶(hù)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(hù)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(yáng)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(yáng)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(chē) （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(yáng)能光伏發(fā)電的零售費(fèi)率，在沒(méi)有凈電能計(jì)量（NEM）的情況下，需求彈性可通過(guò)提高房頂太陽(yáng)能光伏發(fā)電的經(jīng)濟(jì)效益來(lái)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(lái)補(bǔ)償上網(wǎng)的光伏富余發(fā)電電量（與之前我們討論過(guò)的可避免成本補(bǔ)償?shù)陌咐?lèi)似）。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(guó)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(yáng)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(hù)安裝的房頂太陽(yáng)能光伏發(fā)電的售電量和收入，借此加速電力銷(xiāo)售和收入從電力公司向用戶(hù)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(jiàn)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(hù)電費(fèi)和電網(wǎng)成本。它也可讓用戶(hù)能夠保護(hù)房頂太陽(yáng)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(wàn)的用戶(hù)提供服務(wù)，這些用戶(hù)有權(quán)選擇利用現(xiàn)有的實(shí)時(shí)精準(zhǔn)費(fèi)率，無(wú)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(lái)說(shuō)，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(hù)創(chuàng)造價(jià)值
許多不同種類(lèi)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(yáng)能光伏設(shè)備開(kāi)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(lái)的機(jī)會(huì)中獲利：
1.利用現(xiàn)有機(jī)會(huì)，增加用戶(hù)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(jìng)爭(zhēng)。
2.向用戶(hù)提供比節(jié)省電費(fèi)更多的好處；認(rèn)識(shí)到用戶(hù)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)?；枨髲椥?。
4.與電力公司結(jié)成伙伴關(guān)系，通過(guò)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(lèi)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(guò)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(hù)能降低電費(fèi)開(kāi)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(guò)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(hù)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(wèn)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(hù)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(shì)，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(hù)有更多選擇，為用戶(hù)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(lái)的合作伙伴，向用戶(hù)提供簡(jiǎn)單的、更低成本的應(yīng)用體驗(yàn)。
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