從電網(wǎng)系統(tǒng)看電池儲(chǔ)能市場需求

　　儲(chǔ)能技術(shù)常被看做是解鎖可再生能源未來的“必殺技”。隨著電池成本的不斷下降，這一愿景也越來越貼近現(xiàn)實(shí)。

　　設(shè)計(jì)不佳的商業(yè)電費(fèi)不利于電網(wǎng)彈性

　　電池事實(shí)上，許多商業(yè)用戶都已能夠利用經(jīng)濟(jì)可行的方式投資電池儲(chǔ)能設(shè)備來降低他們的電費(fèi)賬單。但還有一個(gè)問題亟待解決：面對當(dāng)前電網(wǎng)的電費(fèi)結(jié)構(gòu)，許多商業(yè)用戶無法發(fā)揮這些儲(chǔ)能系統(tǒng)的高效性能。傳統(tǒng)需量電費(fèi)鼓勵(lì)平緩的用戶負(fù)荷，但這并不適用于可再生能源比例不斷提高時(shí)對電網(wǎng)系統(tǒng)提出的新需求。事實(shí)上，電池儲(chǔ)能市場不斷增長的發(fā)展機(jī)遇突顯了重新設(shè)計(jì)這種電費(fèi)結(jié)構(gòu)的迫切需求。

　　電池成本不斷下降，為商業(yè)用戶降低需量電費(fèi)創(chuàng)造了絕佳的新機(jī)遇

　　隨著電池成本的持續(xù)下降，美國數(shù)百萬商業(yè)用戶如今都有機(jī)會(huì)利用經(jīng)濟(jì)可行的電池儲(chǔ)能技術(shù)降低他們的用電賬單。近期的多篇報(bào)告更著重介紹了使用電池技術(shù)進(jìn)行需量電費(fèi)管理，并降低用戶每月電網(wǎng)峰值需求的具體機(jī)遇：

　　美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)和清潔能源集團(tuán)預(yù)計(jì)，有超過5百萬家美國商業(yè)用戶所繳納的需量電費(fèi)在每千瓦15美元以上，足以使電池儲(chǔ)能技術(shù)在其需量電費(fèi)管理中具備經(jīng)濟(jì)效益。

　　GTM研究聲稱，到2021年，需量電費(fèi)在每千瓦11美元以上時(shí)即可使電池儲(chǔ)能技術(shù)具備經(jīng)濟(jì)可行性，而需量電費(fèi)管理在全美19個(gè)州都將具備經(jīng)濟(jì)可行性。

　　麥肯錫預(yù)計(jì)，需量電費(fèi)即使低至每千瓦9美元也能使電池儲(chǔ)能技術(shù)具備經(jīng)濟(jì)可行性，這大大提高了電池儲(chǔ)能技術(shù)的市場潛力。

　　勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室(LNBL)證實(shí)了太陽能和儲(chǔ)能技術(shù)的結(jié)合在降低商業(yè)用戶需量電費(fèi)領(lǐng)域具備極高的價(jià)值。

　　大部分需量電費(fèi)結(jié)構(gòu)鼓勵(lì)平緩、穩(wěn)定的負(fù)荷曲線

　　大部分需量電費(fèi)與系統(tǒng)峰值并不同步。具體來講，無論用戶的峰值需求對于更大的電網(wǎng)平衡區(qū)域來說是出現(xiàn)在高成本時(shí)段還是低成本時(shí)段，用戶的需量電費(fèi)是根據(jù)用戶當(dāng)月的最大用電量計(jì)算得來的。當(dāng)用戶利用電池、電動(dòng)汽車或其他彈性需求技術(shù)降低此類非同步需量電費(fèi)，用戶需要盡可能地使負(fù)荷曲線更加平穩(wěn)，減小用電量隨時(shí)間波動(dòng)而變化的幅度。

　　以一棟非同步需量電費(fèi)結(jié)構(gòu)下的典型辦公建筑為例，其峰值需求一般發(fā)生在上午11點(diǎn)到下午5點(diǎn)間，而夜間用電量很低。為了降低該用戶的電費(fèi)，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)可在夜間連接電網(wǎng)進(jìn)行充電并在中午時(shí)段放電，從而降低辦公建筑的峰值用電需求。這符合過去主要利用熱電廠供電的電力公司對穩(wěn)定其基載負(fù)荷的需求，但并不符合可再生能源比例較高電力系統(tǒng)的需求。事實(shí)上，在太陽能電力資源豐富的地區(qū)，削減此類辦公建筑中午時(shí)段的用電需求反而不利于系統(tǒng)消納更多的太陽能資源。

　　圖1：管理典型大規(guī)模辦公建筑非同步需量電費(fèi)意味著，應(yīng)在凌晨為電池充電來降低建筑在中午時(shí)分的用電需求。

　　正如當(dāng)今電網(wǎng)不再需要基載電力一樣，它們也不再需要穩(wěn)定的基載負(fù)荷

　　當(dāng)今的電網(wǎng)需求與過去相比已經(jīng)大不相同了。從加利福尼亞州、夏威夷州和西南部的大范圍太陽能發(fā)電項(xiàng)目，到中西部以及德克薩斯州的風(fēng)電項(xiàng)目，迅速增長的可再生能源發(fā)電資產(chǎn)正在改變系統(tǒng)的峰值需求。在某些情況下，電網(wǎng)中增加的太陽能電力意味著，無論是利用精確計(jì)時(shí)的電動(dòng)汽車充電、電池儲(chǔ)能，還是提前加熱的電熱水器，鼓勵(lì)用戶在白天低成本太陽能資源豐富時(shí)提高用電量都對電網(wǎng)更加有利。整體來看，無論是發(fā)電側(cè)還是需求側(cè)，電網(wǎng)接納更多太陽能和風(fēng)能發(fā)電裝機(jī)都需要對其它電網(wǎng)資源加以彈性利用。正如當(dāng)今電網(wǎng)不再需要基載電力一樣，它們也不再需要平緩、穩(wěn)定的負(fù)荷曲線。事實(shí)上，正如穩(wěn)定的、缺乏彈性的發(fā)電資產(chǎn)會(huì)在可再生能源比例高的系統(tǒng)中增加電網(wǎng)管理難度和成本一樣，穩(wěn)定的、缺乏彈性的負(fù)荷需求也會(huì)有同樣的負(fù)面作用。

　　在我們的案例中，非同步需量電費(fèi)不利于電網(wǎng)接納更多太陽能發(fā)電裝機(jī)。建筑用戶想要通過降低中午用電量來降低他們的電費(fèi)賬單。因此，在太陽能發(fā)電比例較高的地區(qū)，這樣的電費(fèi)設(shè)計(jì)會(huì)發(fā)送與電網(wǎng)實(shí)際需求相反的市場信號。

　　圖2：需量電費(fèi)管理會(huì)反作用于電網(wǎng)的負(fù)荷轉(zhuǎn)移需求。

　　圖為2017年9月19日California ISO公司整個(gè)系統(tǒng)的負(fù)荷和凈負(fù)荷示意圖。

　　個(gè)體用戶的負(fù)荷曲線決定著需量電費(fèi)管理是有利還是有損于電網(wǎng)運(yùn)行：為了降低需量電費(fèi)，一家酒店可能需要降低夜間負(fù)荷，但一所小學(xué)則可能需要降低白天用電負(fù)荷。這是需量電費(fèi)的核心問題：管理需量電費(fèi)的策略取決于用戶負(fù)荷模式，而不是整體系統(tǒng)需求。

　　根據(jù)用電時(shí)間而變化的商業(yè)用電費(fèi)率更有助于系統(tǒng)需求

　　根據(jù)用電時(shí)間而變化的費(fèi)率設(shè)計(jì)，而不是非同步需量電費(fèi)，更能反映一天中不同時(shí)段的發(fā)電成本，進(jìn)而鼓勵(lì)用戶運(yùn)用需求轉(zhuǎn)移和儲(chǔ)能等方法降低系統(tǒng)成本。這種費(fèi)率設(shè)計(jì)有多種選擇，包括峰值同步需量電費(fèi)、分時(shí)電價(jià)和實(shí)時(shí)電價(jià)等。

　　峰值同步需量電費(fèi)對系統(tǒng)邊際成本最高時(shí)段的峰值需求征收額外費(fèi)用，鼓勵(lì)用戶在系統(tǒng)發(fā)電成本最高時(shí)降低用電需求。在上文的例子里，這意味著在系統(tǒng)成本最高的傍晚時(shí)分對峰值用戶負(fù)荷征收需量電費(fèi)。

　　要進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)，我們需要完全廢除需量電費(fèi)，并開始執(zhí)行商業(yè)分時(shí)電價(jià)制度，根據(jù)預(yù)先制定的與系統(tǒng)成本同步的電費(fèi)計(jì)劃向用戶征收用電費(fèi)用。實(shí)時(shí)定價(jià)機(jī)制則是這一概念的進(jìn)一步優(yōu)化，根據(jù)實(shí)時(shí)系統(tǒng)狀況每小時(shí)調(diào)整電價(jià)。分時(shí)電價(jià)和實(shí)時(shí)定價(jià)的優(yōu)勢在于通過價(jià)格手段激勵(lì)在所有發(fā)電成本高的時(shí)段降低負(fù)荷需求。相比之下，峰值同步的需量電費(fèi)也只能降低每月最大峰值的用電量。

　　補(bǔ)償電網(wǎng)輔助服務(wù)可以幫助用戶進(jìn)一步優(yōu)化能源利用

　　補(bǔ)償電網(wǎng)輔助服務(wù)可以幫助用戶進(jìn)一步優(yōu)化電池和需求彈性技術(shù)的運(yùn)用，用戶會(huì)根據(jù)這些新的經(jīng)濟(jì)激勵(lì)來調(diào)整需求資源的運(yùn)用。落基山研究所的報(bào)告《電池儲(chǔ)能經(jīng)濟(jì)學(xué)》顯示：當(dāng)同樣的能源設(shè)備能夠提供多功能服務(wù)時(shí)，該設(shè)備就能夠產(chǎn)生更多的價(jià)值。只有在電力公司費(fèi)率結(jié)構(gòu)的支持下，希望通過投資電池來降低用電賬單的商業(yè)用戶才能實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。例如，這種費(fèi)率結(jié)構(gòu)可以包括：

　　使用分時(shí)電價(jià)：一天中能源成本最高時(shí)段的電價(jià)較高，能源成本低時(shí)電價(jià)較低。

　　尖峰電價(jià)：對每年個(gè)別特殊時(shí)段大幅提高電價(jià)，而在全年其它時(shí)段保持較低的整體電價(jià)水平。

　　對調(diào)頻、調(diào)峰和應(yīng)急備用等電網(wǎng)輔助服務(wù)提供補(bǔ)償，現(xiàn)有的電池技術(shù)已經(jīng)可以提供所有這些服務(wù)。夏威夷電力公司提出的需求響應(yīng)服務(wù)組合就是這一概念的最佳證明。

　　在可再生能源發(fā)電比例較高的電網(wǎng)中，我們越來越明顯地發(fā)現(xiàn)彈性資源比平緩、穩(wěn)定的發(fā)電及負(fù)荷更有價(jià)值。非同步需量電費(fèi)雖然廣泛用于商業(yè)用戶，但它并不能促進(jìn)與系統(tǒng)需求相一致的需求彈性。隨著電池價(jià)格的下降，將有更多用戶采用儲(chǔ)能系統(tǒng)，電池儲(chǔ)能在為用戶節(jié)約成本的同時(shí)也在為電網(wǎng)運(yùn)行提出更多的挑戰(zhàn)。按照用電時(shí)間而變化的電價(jià)機(jī)制能夠更準(zhǔn)確地傳達(dá)一天中不同時(shí)段的電力成本，從而改善電網(wǎng)管理效率，惠及所有用戶。