【丰云】目标成为国家能源政策指引,麻省理工学院发表未来电业报告

发布于 2020-06-12   386人围观


【丰云】目标成为国家能源政策指引,麻省理工学院发表未来电业报告

电业过去是「数十年如一日」的稳定产业,如今在供给与消费端,电业都正进行急速的演变,全球各国许多官方或民间调研机构察觉此一大变化趋势,纷纷发表相关研究报告,麻省理工学院(MIT)也跟上潮流,2016 年底发表《未来电业》(Utility of the Future)报告,期望能成为国家与产业的能源政策指引。

《未来电业》报告出自麻省理工学院能源研究计画(MIT Energy Initiative,MITEI),期望能成为能源领域关键议题的平衡客观与分析导向报告,作做为政府决策者、能源管理部门、电力公司、民间既有企业与新创公司、能源企业投资者的决策指引,让世人能更了解目前引领全球电力系统发展的重要因素。研究报告由 23 个能源领域组织共襄盛举,基础资料蒐集长达 2 年,并建立量化模型与分析。麻省理工学院能源研究计画表示,这份报告并非要预测未来,而是要促进未来的发展。

报告开宗明义阐述,更多分散式技术的发展,包括弹性供给、分散式发电、能源储存,以及先进的电力电子与控制装置,对电力的供需提供新的选项,在许多案例中,这些新发展,来自于电力系统逐渐数位化发展,使得电力系统相关的资讯与通讯技术越来越廉价且普及。因此,《未来电业》报告打算检视未来 10 至 15 年电力供需在全球不同区域与不同管理机制下将如何发展,主要专研欧美部分。

《未来电业》报告指出,欧美与其他低区的电力系统,正受到几项关键趋势影响:电力系统逐渐去中心化、分散式能源包括近来的能源储存成长、用电户日益主动对电力价格产生反应、资通讯技术进步使用电更智慧化且在任何不同规模都能更有效率、具变动性的可再生能源如风能与太阳能的成长、受全球减碳努力影响而必须进行电力来源减碳、电力系统日益与通讯和交通等其他基础建设系统结合,提升了电力在现代社会中的重要性。

以上关键趋势,都指向报告所专注的中心主题:今日主要以集中式电网、由上而下结构组成的电力服务,在未来将改变为如何提供?

【丰云】目标成为国家能源政策指引,麻省理工学院发表未来电业报告

《未来电业》报告

《未来电业》认为将是分散式能源的崛起。虽然当前大多数电力系统中分散式能源都还只佔极少部分,但成长的速度相当快速,许多分散式能源装置不见得是太阳能电池,或是电池储能这样专为供电存在的装置,还包括原本是其他用途,而能结合到电力应用的装置,包括电动车、冷藏设施(可用于储冷储能)、大楼建筑的储热或储冷设施等。

可再生能源如太阳能,可集中式应用,也可做为分散式能源,但分散式能源的发展与太阳能有密切相关,在德国,98% 太阳能电池发电系统,总发电容量达 40 吉瓦(gigawatt),都连接中、低压输配电网,85% 德国太阳能发电容量来自小于 1 百万瓦(megawatt)容量的分散式系统。

在美国,2015 年,分散式太阳能佔所有新增发电容量的 11%,虽然美国全国的太阳能渗透率仍低,但加州与夏威夷发展快速,在加州有十分之一家户拥有屋顶太阳能,夏威夷则五分之一家户拥有屋顶太阳能;除了分散式太阳能以外,热电共生与燃料电池佔了美国 2015 年发电容量 8%,并且持续成长中;美国 75% 备援电力设备是柴油发电机与小型燃气发电,也都是分散式能源;而陆上风力发电也有许多是连接到中、低压输配电网。

能源储存方面,2015年美国抽蓄水力发电以外的能源储存技术成长超过 240%,其中不论锂电池或液流电池等储能设备,经常是分散式设置,大多贴近用户,且平均容量为 2.8 百万瓦,美东 PJM 输配区域中有 80% 需求反应资源来自于空调系统、热水器,以及电池储能系统。

分散式能源的发展,与智慧电网的资通讯科技发展,可说相辅相成,例如相关技术进步支持了需求反应的发展,美东 PJM 输配区域为其中的领先者,在 2015 年,PJM 区域的弹性需求反应提供商总共赚进约 8.25 亿美元营收,而 PJM 已经核准 2019 至 2020 年将有 11 吉瓦的需求反应资源加入。而纽约独立电网(NYISO)则有超过 1 吉瓦需求反应资源。

电网数位化发展也体现在智慧电錶的普及上,美国目前已有 5,900 万个智慧电錶,相当于 4 成电錶总数,欧盟则预计 2020 年时达到智慧电錶安装率 72%。这些数位化基础建设普及,成为无数新创事业诞生的温床,提供各种监控用电到控制整合服务,也同时让主动式电网管理技术从过去的理论有机会落实,电力公司因而规划利用需求反应与分散式能源资源,来免除昂贵的电网基础设施升级工程。

《未来电业》也体认到可再生能源的快速发展,将使得未来电力供应可再生能源比例提升,2015 年全球可再生能源发出 2,130 亿度电,差不多相当于 2015 年的电力需求增量,2015 年全球投资 2,860 亿美元,安装约 134 吉瓦发电容量水力发电以外的可再生能源,相当于全球新增发电容量的 54%,全世界各大电力市场,包括欧美、中国、印度、巴西、墨西哥都正计划在近几十年内大幅增加可再生能源。

电价计费方式不该全电网统一定价

可再生能源的快速成长,与全球减碳的努力息息相关,自从 2015 年 12 月的巴黎峰会之后,全球各国积极减少温室气体排放量,许多国家都订下积极的减碳目标。预期电力领域使用的化石燃料量,在 2025 年即将达到高点反转,此后逐年下降,这个时间点距离现在已经不到 10 年。

电力系统正与其他基础建设与关键领域连结越来越密切,最显着的领域是天然气,美国过去 25 年来天然气佔电力来源从 4% 提升到 33%,并于 2016 年正式超过燃煤发电,除此之外,许多分散式能源也採用天然气,包括热电共生、天然气燃料电池,据美国能源部统计,《财富》杂誌评选百大企业中,有 25% 使用燃料电池来提供洁净、高效能与可靠的电力来源,供电资料中心、电信基地台、企业大楼、通路店面,以及堆高机等设施。电力系统对天然气的依赖,使得电力与天然气基础设施的关联性提高。

相对的,天然气基础设施包括压缩站、阀门、调控中心等关键环节都需要电力启动,某些使用天然气的分散式能源系统也需要以电力启动才能开始运转。电力与天然气的彼此双向需求,导致 2011 年时美国因为异常寒冷气候,引发恶性循环,天然气设施过冷故障,导致缺电恶化,丧失电力又使得天然气设施无法启动。

过去公路交通一向独立于电力系统以外,不过随着电动车的发展,如今也产生密切关连,电动车充电的需求可能为电网造成相当大负荷,但若管理得当,电动车有潜力成为分散式能源供应、调控装置,为电网的稳定做出贡献。2015 年全球电动车年成长达 80%,预期到 2030 年时可望达到新车销售量的 20%,2040 年时则可望达到 35%。而电动车发展最快的国家挪威,2015 年时电动车已经达到新车注册数的 25%。以美国而言,2030 年时,电动车销售量将达所有轻型车的 25%,总计将有 1,600 万辆电动车,总电池储存容量将达 10 亿度。

智慧电网相关资通讯技术的蓬勃发展与平价化,则让分散式能源资源更能整合至电网发挥各种应用,不过,《未来电业》报告认为,现有的电网电价计算方式,无法配合分散式能源普及的趋势,随着相关资通讯技术能呈现更多电网资讯,电价计价方式,应该不再是全电网统一定价,而是更细分为不同区域、不同时段,确实反映电力的边际成本,如此可促进分散式能源服务商依价格资讯随时调整,而提升整体电网的效率,解除输配拥塞问题,免除昂贵的基础输配设施升级,也可避免动用昂贵的尖载资源。

另一方面,许多国家的电价结构设计是为了政府税收,或是为了弥补许多公共政策例如绿能政策的开支,《未来电业》报告认为,这些政策性因素干扰电价公式,将会妨碍价格自动调控市场的功能,必须多加注意。电业市场价格机制若能设计得当,不仅能释放分散式能源资源的潜力,让电网更有效率,从中也会促进许多新创事业诞生,产生无数新的服务,将人类的电力产业带往下一个阶段。