設計不佳的商業(yè)電費不利于電網(wǎng)彈性
電池事實(shí)上，許多商業(yè)用戶(hù)都已能夠利用經(jīng)濟可行的方式投資電池儲能設備來(lái)降低他們的電費賬單。但還有一個(gè)問(wèn)題亟待解決：面對當前電網(wǎng)的電費結構，許多商業(yè)用戶(hù)無(wú)法發(fā)揮這些儲能系統的高效性能。傳統需量電費鼓勵平緩的用戶(hù)負荷，但這并不適用于可再生能源比例不斷提高時(shí)對電網(wǎng)系統提出的新需求。事實(shí)上，電池儲能市場(chǎng)不斷增長(cháng)的發(fā)展機遇突顯了重新設計這種電費結構的迫切需求。
電池成本不斷下降，為商業(yè)用戶(hù)降低需量電費創(chuàng )造了絕佳的新機遇
隨著(zhù)電池成本的持續下降，美國數百萬(wàn)商業(yè)用戶(hù)如今都有機會(huì )利用經(jīng)濟可行的電池儲能技術(shù)降低他們的用電賬單。近期的多篇報告更著(zhù)重介紹了使用電池技術(shù)進(jìn)行需量電費管理，并降低用戶(hù)每月電網(wǎng)峰值需求的具體機遇：
美國國家可再生能源實(shí)驗室(NREL)和清潔能源集團預計，有超過(guò)5百萬(wàn)家美國商業(yè)用戶(hù)所繳納的需量電費在每千瓦15美元以上，足以使電池儲能技術(shù)在其需量電費管理中具備經(jīng)濟效益。
GTM研究聲稱(chēng)，到2021年，需量電費在每千瓦11美元以上時(shí)即可使電池儲能技術(shù)具備經(jīng)濟可行性，而需量電費管理在全美19個(gè)州都將具備經(jīng)濟可行性。
麥肯錫預計，需量電費即使低至每千瓦9美元也能使電池儲能技術(shù)具備經(jīng)濟可行性，這大大提高了電池儲能技術(shù)的市場(chǎng)潛力。
勞倫斯伯克利國家實(shí)驗室(LNBL)證實(shí)了太陽(yáng)能和儲能技術(shù)的結合在降低商業(yè)用戶(hù)需量電費領(lǐng)域具備極高的價(jià)值。
大部分需量電費結構鼓勵平緩、穩定的負荷曲線(xiàn)
大部分需量電費與系統峰值并不同步。具體來(lái)講，無(wú)論用戶(hù)的峰值需求對于更大的電網(wǎng)平衡區域來(lái)說(shuō)是出現在高成本時(shí)段還是低成本時(shí)段，用戶(hù)的需量電費是根據用戶(hù)當月的最大用電量計算得來(lái)的。當用戶(hù)利用電池、電動(dòng)汽車(chē)或其他彈性需求技術(shù)降低此類(lèi)非同步需量電費，用戶(hù)需要盡可能地使負荷曲線(xiàn)更加平穩，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結構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(hù)的電費，電池儲能系統可在夜間連接電網(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(guò)去主要利用熱電廠(chǎng)供電的電力公司對穩定其基載負荷的需求，但并不符合可再生能源比例較高電力系統的需求。事實(shí)上，在太陽(yáng)能電力資源豐富的地區，削減此類(lèi)辦公建筑中午時(shí)段的用電需求反而不利于系統消納更多的太陽(yáng)能資源。
圖1：管理典型大規模辦公建筑非同步需量電費意味著(zhù)，應在凌晨為電池充電來(lái)降低建筑在中午時(shí)分的用電需求。
正如當今電網(wǎng)不再需要基載電力一樣，它們也不再需要穩定的基載負荷
當今的電網(wǎng)需求與過(guò)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(yáng)能發(fā)電項目，到中西部以及德克薩斯州的風(fēng)電項目，迅速增長(cháng)的可再生能源發(fā)電資產(chǎn)正在改變系統的峰值需求。在某些情況下，電網(wǎng)中增加的太陽(yáng)能電力意味著(zhù)，無(wú)論是利用精確計時(shí)的電動(dòng)汽車(chē)充電、電池儲能，還是提前加熱的電熱水器，鼓勵用戶(hù)在白天低成本太陽(yáng)能資源豐富時(shí)提高用電量都對電網(wǎng)更加有利。整體來(lái)看，無(wú)論是發(fā)電側還是需求側，電網(wǎng)接納更多太陽(yáng)能和風(fēng)能發(fā)電裝機都需要對其它電網(wǎng)資源加以彈性利用。正如當今電網(wǎng)不再需要基載電力一樣，它們也不再需要平緩、穩定的負荷曲線(xiàn)。事實(shí)上，正如穩定的、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中增加電網(wǎng)管理難度和成本一樣，穩定的、缺乏彈性的負荷需求也會(huì )有同樣的負面作用。
在我們的案例中，非同步需量電費不利于電網(wǎng)接納更多太陽(yáng)能發(fā)電裝機。建筑用戶(hù)想要通過(guò)降低中午用電量來(lái)降低他們的電費賬單。因此，在太陽(yáng)能發(fā)電比例較高的地區，這樣的電費設計會(huì )發(fā)送與電網(wǎng)實(shí)際需求相反的市場(chǎng)信號。
圖2：需量電費管理會(huì )反作用于電網(wǎng)的負荷轉移需求。圖為2017年9月19日California ISO公司整個(gè)系統的負荷和凈負荷示意圖。
個(gè)體用戶(hù)的負荷曲線(xiàn)決定著(zhù)需量電費管理是有利還是有損于電網(wǎng)運行：為了降低需量電費，一家酒店可能需要降低夜間負荷，但一所小學(xué)則可能需要降低白天用電負荷。這是需量電費的核心問(wèn)題：管理需量電費的策略取決于用戶(hù)負荷模式，而不是整體系統需求。
根據用電時(shí)間而變化的商業(yè)用電費率更有助于系統需求
根據用電時(shí)間而變化的費率設計，而不是非同步需量電費，更能反映一天中不同時(shí)段的發(fā)電成本，進(jìn)而鼓勵用戶(hù)運用需求轉移和儲能等方法降低系統成本。這種費率設計有多種選擇，包括峰值同步需量電費、分時(shí)電價(jià)和實(shí)時(shí)電價(jià)等。
峰值同步需量電費對系統邊際成本最高時(shí)段的峰值需求征收額外費用，鼓勵用戶(hù)在系統發(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(zhù)在系統成本最高的傍晚時(shí)分對峰值用戶(hù)負荷征收需量電費。
要進(jìn)一步優(yōu)化系統，我們需要完全廢除需量電費，并開(kāi)始執行商業(yè)分時(shí)電價(jià)制度，根據預先制定的與系統成本同步的電費計劃向用戶(hù)征收用電費用。實(shí)時(shí)定價(jià)機制則是這一概念的進(jìn)一步優(yōu)化，根據實(shí)時(shí)系統狀況每小時(shí)調整電價(jià)。分時(shí)電價(jià)和實(shí)時(shí)定價(jià)的優(yōu)勢在于通過(guò)價(jià)格手段激勵在所有發(fā)電成本高的時(shí)段降低負荷需求。相比之下，峰值同步的需量電費也只能降低每月最大峰值的用電量。
補償電網(wǎng)輔助服務(wù)可以幫助用戶(hù)進(jìn)一步優(yōu)化能源利用
補償電網(wǎng)輔助服務(wù)可以幫助用戶(hù)進(jìn)一步優(yōu)化電池和需求彈性技術(shù)的運用，用戶(hù)會(huì )根據這些新的經(jīng)濟激勵來(lái)調整需求資源的運用。落基山研究所的報告《電池儲能經(jīng)濟學(xué)》顯示：當同樣的能源設備能夠提供多功能服務(wù)時(shí)，該設備就能夠產(chǎn)生更多的價(jià)值。只有在電力公司費率結構的支持下，希望通過(guò)投資電池來(lái)降低用電賬單的商業(yè)用戶(hù)才能實(shí)現這一目標。例如，這種費率結構可以包括：
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。
對調頻、調峰和應急備用等電網(wǎng)輔助服務(wù)提供補償，現有的電池技術(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(lái)越明顯地發(fā)現彈性資源比平緩、穩定的發(fā)電及負荷更有價(jià)值。非同步需量電費雖然廣泛用于商業(yè)用戶(hù)，但它并不能促進(jìn)與系統需求相一致的需求彈性。隨著(zhù)電池價(jià)格的下降，將有更多用戶(hù)采用儲能系統，電池儲能在為用戶(hù)節約成本的同時(shí)也在為電網(wǎng)運行提出更多的挑戰。按照用電時(shí)間而變化的電價(jià)機制能夠更準確地傳達一天中不同時(shí)段的電力成本，從而改善電網(wǎng)管理效率，惠及所有用戶(hù)。
