北美快速普及智慧電錶,欲爭創事實標準

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北美快速普及智慧電錶,欲爭創事實標準

【日經BP社報導】

美國根據2009年頒布的《美國復甦與再投資法案》(American Recovery and Reinvestment Act:ARRA),

向智慧電網(新一代供電網)領域提供了約30億美元的補貼。

 

受其帶動,截至2012年5月,全美智慧儀錶(新一代電錶)的安裝數量達到了約3600萬隻。

 

在加拿大,智慧儀錶在安大略省和不列顛哥倫比亞省也基本實現了普及。

 

雖然原本目的是通過少量投資,改善脆弱的系統電網,

但現如今,智慧電網已經開始成為大量建設再生能源的應對措施。

 

以吸納再生能源為前提發揮著作用,

使再生能源不再因為導致系統電網不穩而遭到拒絕。

       加州于2012年6月,基本完成了為所有客戶安裝電力和燃氣智慧儀錶的工作。

其中電錶在1000萬隻以上,瓦斯表在500萬隻以上(表1)。

表1:加州三大電力公司的智慧儀錶設置數量
出處:日經BP清潔技術研究所根據各公司的發表製作

       第一大電力企業太平洋瓦斯電力公司(PG&E)共計安裝了940萬隻智慧儀錶,

其中電錶510萬隻、瓦斯表430萬隻。

 

該公司已經借此開啟了新的嘗試和服務。

 

其提供的新服務是,消費者可以通過該公司的網站「My Energy」,以小時為單位,

查看家中的耗電量,與同規模的其他住宅進行比較,

而且還可以按照自家的情況,查看合適的節電計劃,

便於消費者開展節電。

       作為新嘗試,

該公司在2012年啟動了經由家庭區域網路(HAN,Home Area Network),

從智慧儀錶向室內的顯示器及智慧手機發送耗電量資訊的實驗。

 

接收到資訊的消費者可以通過智慧手機等終端控制恒溫器。

 

雖說使用智慧手機和平板電腦等終端控制家電在技術上並不困難,

但對於電力公司把服務範圍擴大到住宅內部的嘗試,仍值得關注。

150萬戶家庭實現分時定價

       南加州愛迪生公司(SCE,Southern California Edison)

也推出了與太平洋瓦斯電力相同的電力「可視化」服務。

作為新的嘗試,

還可以向大約150萬客戶提供分時定價(TOU:Time Of Use)和避峰優惠(PTR:Peak Time Rebate)。

 

之所以說可以提供,是因為雖已做好準備可供消費者選擇,

但實際進行選擇的消費者幾乎為零。

       聖地牙哥瓦斯電力公司(SDG&E)對純電動汽車充電實施分時定價,

成功實現了錯峰。

 

如果沒有分時定價,普通純電動汽車用戶從公司回家後,

就會把純電動汽車連接在充電器上,從而使電力需求集中在傍晚5時~7時。

 

於是對部分純電動汽車用戶實施分時定價,從夜晚12時開始提供優惠電價,

結果電力需求高峰又出現在了夜晚12時。

因此只要把用戶分組,通過分時定價錯開優惠時間,

就能夠使電力需求平均化。

對於需求響應的市場需求增加

       在美國,針對需求響應(DR)的市場需求正在逐年攀升。

推行需求響應的目的原本是為了限制電力需求,

避免因夏季白天電力需求增加而造成的發電能力短缺。

 

但最近,隨著太陽能、風力等不穩定電源所佔比率的增加,

電力供需平衡崩潰的情況越來越多,

為了解決這一問題而採用需求響應的市場需求也越來越大。

 

其作用是在再生能源供電猛增時,實施降低火力發電的輸出功率等控制。

 
       加州推行的再生能源配額標準(RPS,Renewable Portfolio Standard)制度規定,

電力公司必須在2020年之前,使再生能源發電的比例達到33%。

 

為了達標,加州的三大電力公司正在積極採用再生能源。

在住宅屋頂設置太陽能發電設備的情況也在增加。

因此,

在某些地方,已經出現了容量中再生能源比例超過30%的配電線,

會使供電可靠性降低的風險浮出了水面。

建議三大電力公司設置1325兆瓦蓄電系統

       今後,隨著再生能源的增加,系統電網所受的影響將變得不可忽視。

加州獨立系統運營機構(California ISO)通過鴨狀曲線,提出了一個新的問題(圖1)。

圖1:電力需求減去太陽能發電量的實際電力需求曲線
出處:California ISO

       比方說,在春天的假日,如果天氣晴朗,

太陽能電池板的發電量將大幅增加,但是由於需求不大,

白天的電力需求極少。

 

而到日落西沉,在外出的人們回家的時候,太陽能發電量驟減,

回家的居民則打開電燈、觀看電視,電力需求增加。

 

也就是說,與白天相比,電力需求猛增,

必須大幅提高發電站的運轉率才能滿足需求。

 

這對於發電站是沉重的負擔,甚至會令發電站無法招架。

       設置的太陽能電池板越多,白天與夜間對於發電站的電力需求差距就越大,

California ISO估算,在2020年這一差距將從2013年的6000兆瓦左右擴大到1.4萬兆瓦。

       雖然可以通過需求響應加以解決,但程度畢竟有限,

加州正在研究設置蓄電池。

 

加州公共事業委員會(CPUC,California Public Utility Commission)已于2013年6月,

向三大電力公司提出了在2020年之前,設置1325兆瓦蓄電系統的建議。

 

包括是否設定採用目標在內,該委員會預定於2013年10月決定關於設置蓄電系統的推進措施。

在2年多前已完成智慧電錶設置

       加拿大也構築起了智慧電網。

安大略省在2010年底完成了470萬台智慧電錶的設置,

實現了抄錶自動化、電費計算及發送帳單自動化、停電時間減少以及對系統電網的監視。

作為需求響應的手段,還提供分時定價。

       每6個月變更一次分時定價的電價表,

通過進行控制使電力供需保持平衡。

 

在2013年5月的電價表上,

用電高峰時的價格幾乎達到夜間低廉電價的2倍。

由此成功地實現了錯峰用電。

 

變更電價表後,消費者會採取相應行動。

 

現已證實,通過分析消費者的行動並累積資訊,

便可在某種程度上控制消費行為。

       安大略省提出了增加再生能源、取消煤炭火力發電的方針。

即使採用不穩定的再生能源,也不會損害系統電網的可靠性,

這就是構築智慧電網的目的。

安大略省斷定,要想減少二氧化碳排放量,不這樣做就行不通。

培育風險企業


       安大略省于2011年設立了500萬加元的智慧電網基金。

以此推進智慧電網領域的研究開發。

 

其目的在於借此培養國際競爭力,同時創造就業機會。

在此之前,

Enbala Power Networks公司及Temporal Power公司等風險企業已經誕生。

       Enbala Power Netrworks開展的是輔助服務(Ancillary services)。

輔助服務是指,為了將電力頻率控制在一定範圍內,

以分鐘為單位調整輸出功率,或者對需求調整做出響應的服務。

       輔助服務大多使用天然氣火力發電,

而Enbala Power Networks則是通過控制用電戶的設備進行供需調整。

用電戶的設備包括污水處理場、冷藏倉庫、工廠、學校等。

如果能對可進行負荷控制的用電戶進行統籌管理,

那麼就無需建設火力發電站等初始投資,從而相應降低成本。

 

Enbala Power Netrwork借助較為廉價的服務這一賣點開拓客戶,

已開始在以安大略省等北美5個地點提供服務(圖2)。

圖2:Enbala Power Networks的服務區
出處:Enbala Power Networks公司

       Hydrostor公司將在安大略湖開始進行壓縮空氣蓄能(CAES)(圖3)。

2010年,該公司利用輸出功率為50千瓦(kW)的小規模系統開始進行實驗,

已確認可以低成本實現蓄能。

 

該公司計劃在年內啟用輸出功率為1兆瓦(MW)的系統,

目前已開始進行建設。

 

該公司還計劃2014年在加勒比海建設壓縮空氣蓄能設備。

水中壓縮空氣蓄能設備可將單位能源費用降低到鋰離子電池的約三分之一。

儘管單價比抽蓄髮電方式要高,但與抽蓄髮電相比,

在規模上有較大的自由度,可設置場所的候選地也較多。

 

如果條件具備,這是蓄能的有力候選方式之一。

圖3:Hydrostor的水中空氣壓縮蓄能概念圖
出處:Hydrostor公司

簡易大廈能源管理系統將普及

       Regen Energy公司正在提供只需將控制器設置在要進行控制的裝置上

即可的簡易大廈能源管理系統(BEMS)。

 

所設置的控制器通過相互交換數據,

使整個樓房的能源效率實現最大化。

 

因為多個控制器一邊交換資訊一邊向同一個目的前進的樣子與蟻群及蜂群的行動十分相似,

所以這種技術被稱為SWARM(群)(圖4)。

圖4:控制器實現聯動的大廈能源管理系統「SWARM」技術
出處:Regen Energy公司

       至於控制器的設置,

平均每個僅需20~40分鐘,所以只要不是很大的樓宇,

1~2天便可完成施工。

因為如此簡便,所以訂單近期以來迅速增加。

自2008年至2013年5月底,設置的控制器數量只有約2300台,

但Regen Energy計劃在此後截至8月底的3個月內設置約4000台。

這3個月的設置量相當於過去5年的1.7倍。

北美國家力爭形成事實標準

       無論在美國還是在加拿大,

智慧電錶的設置都取得了進展。

利用其基礎設施,新的服務應運而生,

相關風險企業也已登場。

這兩個北美國家非常擅長製造這種市場活力。

就像在電腦及網際網路領域那樣,在智慧電網領域,

他們也在走著形成事實標準、從而主宰市場的路子。

(日經BP清潔技術研究所研究員 菊池珠夫)

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