極端氣候炎炎夏日,美國新英格蘭 200 多棟大樓加入需求反應成為虛擬電廠

作者 | 發布日期 2018 年 11 月 21 日 8:15 | 分類 能源科技 , 電力儲存 follow us in feedly

2018 年夏季過去,在美國創下史上第四熱的夏季溫度紀錄,2018 年加州連續大火越發嚴重,標誌著暖化與極端氣候的急迫,高溫更造成夏季用電危機,空調大開,使得美國各地夏季尖峰用電需求大增,但危機就是轉機,夏季用電高峰也成為實際測試新概念的最佳時機,美國新英格蘭地區,總計有 200 多棟大樓,加入需求反應機制,成為虛擬電廠,在夏季用電尖峰時發揮貢獻,成為穩定的力量。



電力需要時時供需平衡,電網發生重大供需失衡導致電壓或交流電頻率嚴重波棟時,就必須跳脫供需嚴重失衡的區域,以免損害電力設備與用戶端的各種用電設備與電氣,即所謂跳電,以往的供需管理方式,是用供應去配合需求,用電需求高的時候,就開啟更多的發電裝置,來達成供需平衡,供需之間只有能源儲存資源如抽蓄水力發電廠來做為緩衝,如今在極端氣候下,用電尖峰更頻繁、更高,且更不可預期,只靠供應面來為電力調度,越見捉襟見肘。

另一方面,從供應面來平衡供需的做法,其實也相當不划算,因為尖峰只佔極少數時間,為了因應尖峰需求,新建許多尖峰電廠,卻只在極少數時間開啟,是很沒有效益的做法,攤提下來的尖峰發電成本極為昂貴。

新的思維是雙管齊下,一方面,利用電池成本節節下降的良機,建立更多的電池能源儲存,或是思考將既有的水利發電設施,改建為抽蓄水力發電系統,而有更多能源儲存緩衝的空間,尖峰時由能源儲存資源釋出電力來支應,更為彈性、有效益;另一方面,則思考不僅從供應端,也從需求端來管理,需求反應(demand response)的想法也就日益受到重視。

需求反應的想法很簡單,在尖峰用電期間,並不是每個用電單位都是非得用電不可,只要能協調不是非得在此時用電不可的用電戶在尖峰減少用電,把電力留給非得用電不可的用戶,用電需求尖峰就會消失,這樣從需求端來讓需求高峰消失於無形的辦法,即為需求反應。當然,要用電戶做這樣的配合,需要有誘因機制,大體上,各需求反應機制的設計是:參與需求反應的用戶,可得到電費抵減、折扣或額外補貼,相對的,尖峰仍然必須用電的用戶,則付出較高電費來支應這些補貼。

需求反應的概念已經提出許久,各地加入的用電單位也逐漸增加,2018 年夏季,智慧建築軟體解決方案公司邏輯建築(Logical Buildings)旗下軟體管理的參與需求反應建築倍增,達超過 200 多棟,在軟體協調下形成以分鐘為單位調控的「虛擬電廠」,在尖峰用電時間,從需求端減少的 4.5 百萬瓦(megawatt)用電需求容量,讓電網能輕鬆度過尖峰,避免跳電危機。

在波士頓,過去少有特別的供電危機,但是當 2018 年夏季溫度比 2017 年高出一截,2018 年發生兩次供電危機狀況,9 3 日在用電需求高於預期時,屋漏偏逢連夜雨,麻州最大電廠,發電容量 1,700 百萬瓦的燃氣電廠神祕發電站跳機,但是受惠於需求反應的虛擬電廠協助快速反應,當天穩穩度過,沒有發生任何供電中斷。

在此同時,這些參與的大樓,在需求反應的獎勵機制下,也帶來相對的額外營收。在美國,由於尖峰用電的電價遠高於一般時段,光是尖峰不用電,就已經能省下相當可觀的電費,加上電力公司的獎勵補貼,使得參與大樓的年用電電費減少了高達三成。

需求反應收成效

需求反應證明有效,讓電力公司打算提供更高的誘因,在紐約市,2018 年夏季衝出 2013 年以來最高用電,這些參與需求反應的大樓接到 15 次需求反應的要求,協助緩解電網供輸危機,紐約電力公司聯合愛迪生(Con Edison)因此決定,為了要吸引更多大樓加入,推出安裝需求反應系統補貼高達 7 成的方案。

大樓其實還有進一步的與電網合作可能,除了減少用電以外,大樓往往內建本身的備援發電機或能源儲存裝置,若這些裝置也可與電網管理連結,成為可調度資源,在尖峰時期,不僅大樓本身不用電,還能額外發電支應電網需求,讓電網能更容易度過極端氣候帶來的意外尖峰,同時也能活化大樓資源,提升備援發電機的使用率,一方面創造營收,一方面較常利用,可以確定妥善狀況,不會等到萬一真的需要備援,才發現早已故障。

需求反應是物聯網技術的運用,可提供大量物聯網軟硬體商的商機,參與的大樓能得到額外收入,同時,電力公司能有更多更具彈性的調度資源,避免經濟損害重大的跳電危機,又不需耗費巨資興建新電廠卻只在尖峰使用,因而省下發電成本,需求端調控的想法能更有效率的使用能源,達成全贏的局面,美國在 2018 年已經逐漸驗證這個概念,未來相關應用的規模與範圍將更快速擴展。

(首圖來源:Logical Buildings