2018 年夏季过去,在美国创下史上第四热的夏季温度纪录,2018 年加州连续大火越发严重,标志着暖化与极端气候的急迫,高温更造成夏季用电危机,空调大开,使得美国各地夏季尖峰用电需求大增,但危机就是转机,夏季用电高峰也成为实际测试新概念的最佳时机,美国新英格兰地区,总计有 200 多栋大楼,加入需求反应机制,成为虚拟电厂,在夏季用电尖峰时发挥贡献,成为稳定的力量。
电力需要时时供需平衡,电网发生重大供需失衡导致电压或交流电频率严重波栋时,就必须跳脱供需严重失衡的区域,以免损害电力设备与用户端的各种用电设备与电气,即所谓跳电,以往的供需管理方式,是用供应去配合需求,用电需求高的时候,就开启更多的发电装置,来达成供需平衡,供需之间只有能源储存资源如抽蓄水力发电厂来做为缓冲,如今在极端气候下,用电尖峰更频繁、更高,且更不可预期,只靠供应面来为电力调度,越见捉襟见肘。
另一方面,从供应面来平衡供需的做法,其实也相当不划算,因为尖峰只占极少数时间,为了因应尖峰需求,新建许多尖峰电厂,却只在极少数时间开启,是很没有效益的做法,摊提下来的尖峰发电成本极为昂贵。
新的思维是双管齐下,一方面,利用电池成本节节下降的良机,建立更多的电池能源储存,或是思考将既有的水利发电设施,改建为抽蓄水力发电系统,而有更多能源储存缓冲的空间,尖峰时由能源储存资源释出电力来支应,更为弹性、有效益;另一方面,则思考不仅从供应端,也从需求端来管理,需求反应(demand response)的想法也就日益受到重视。
需求反应的想法很简单,在尖峰用电期间,并不是每个用电单位都是非得用电不可,只要能协调不是非得在此时用电不可的用电户在尖峰减少用电,把电力留给非得用电不可的用户,用电需求尖峰就会消失,这样从需求端来让需求高峰消失于无形的办法,即为需求反应。当然,要用电户做这样的配合,需要有诱因机制,大体上,各需求反应机制的设计是:参与需求反应的用户,可得到电费抵减、折扣或额外补贴,相对的,尖峰仍然必须用电的用户,则付出较高电费来支应这些补贴。
需求反应的概念已经提出许久,各地加入的用电单位也逐渐增加,2018 年夏季,智慧建筑软件解决方案公司逻辑建筑(Logical Buildings)旗下软件管理的参与需求反应建筑倍增,达超过 200 多栋,在软件协调下形成以分钟为单位调控的“虚拟电厂”,在尖峰用电时间,从需求端减少的 4.5 百万瓦(megawatt)用电需求容量,让电网能轻松度过尖峰,避免跳电危机。
在波士顿,过去少有特别的供电危机,但是当 2018 年夏季温度比 2017 年高出一截,2018 年发生两次供电危机状况,9 月 3 日在用电需求高于预期时,屋漏偏逢连夜雨,麻州最大电厂,发电容量 1,700 百万瓦的燃气电厂神秘发电站跳机,但是受惠于需求反应的虚拟电厂协助快速反应,当天稳稳度过,没有发生任何供电中断。
在此同时,这些参与的大楼,在需求反应的奖励机制下,也带来相对的额外营收。在美国,由于尖峰用电的电价远高于一般时段,光是尖峰不用电,就已经能省下相当可观的电费,加上电力公司的奖励补贴,使得参与大楼的年用电电费减少了高达三成。
需求反应收成效
需求反应证明有效,让电力公司打算提供更高的诱因,在纽约市,2018 年夏季冲出 2013 年以来最高用电,这些参与需求反应的大楼接到 15 次需求反应的要求,协助缓解电网供输危机,纽约电力公司联合爱迪生(Con Edison)因此决定,为了要吸引更多大楼加入,推出安装需求反应系统补贴高达 7 成的方案。
大楼其实还有进一步的与电网合作可能,除了减少用电以外,大楼往往内建本身的备援发电机或能源储存装置,若这些装置也可与电网管理连结,成为可调度资源,在尖峰时期,不仅大楼本身不用电,还能额外发电支应电网需求,让电网能更容易度过极端气候带来的意外尖峰,同时也能活化大楼资源,提升备援发电机的使用率,一方面创造营收,一方面较常利用,可以确定妥善状况,不会等到万一真的需要备援,才发现早已故障。
需求反应是物联网技术的运用,可提供大量物联网软硬件商的商机,参与的大楼能得到额外收入,同时,电力公司能有更多更具弹性的调度资源,避免经济损害重大的跳电危机,又不需耗费巨资兴建新电厂却只在尖峰使用,因而省下发电成本,需求端调控的想法能更有效率的使用能源,达成全赢的局面,美国在 2018 年已经逐渐验证这个概念,未来相关应用的规模与范围将更快速扩展。
- How a Record-Hot Summer Turned 200 Buildings Into Grid Heroes
(首图来源:Logical Buildings)