2017-01-11 | 作者/譯者:科技新報 / 藍 弋丰

目標成為國家能源政策指引,麻省理工學院發表未來電業報告

標籤: 再生能源
《重點摘要》

《重點摘要》電業過去是「數十年如一日」的穩定產業,如今在供給與消費端,電業都正進行急速的演變,全球各國許多官方或民間調研機構察覺此一大變化趨勢,紛紛發表相關研究報告,麻省理工學院(MIT)也跟上潮流,2016 年底發表《未來電業》(Utility of the Future)報告,期望能成為國家與產業的能源政策指引。

《未來電業》報告出自麻省理工學院能源研究計畫(MIT Energy Initiative,MITEI),期望能成為能源領域關鍵議題的平衡客觀與分析導向報告,作做為政府決策者、能源管理部門、電力公司、民間既有企業與新創公司、能源企業投資者的決策指引,讓世人能更了解目前引領全球電力系統發展的重要因素。研究報告由 23 個能源領域組織共襄盛舉,基礎資料蒐集長達 2 年,並建立量化模型與分析。麻省理工學院能源研究計畫表示,這份報告並非要預測未來,而是要促進未來的發展。

報告開宗明義闡述,更多分散式技術的發展,包括彈性供給、分散式發電、能源儲存,以及先進的電力電子與控制裝置,對電力的供需提供新的選項,在許多案例中,這些新發展,來自於電力系統逐漸數位化發展,使得電力系統相關的資訊與通訊技術越來越廉價且普及。因此,《未來電業》報告打算檢視未來 10 至 15 年電力供需在全球不同區域與不同管理機制下將如何發展,主要專研歐美部分。

《未來電業》報告指出,歐美與其他低區的電力系統,正受到幾項關鍵趨勢影響:電力系統逐漸去中心化、分散式能源包括近來的能源儲存成長、用電戶日益主動對電力價格產生反應、資通訊技術進步使用電更智慧化且在任何不同規模都能更有效率、具變動性的可再生能源如風能與太陽能的成長、受全球減碳努力影響而必須進行電力來源減碳、電力系統日益與通訊和交通等其他基礎建設系統結合,提升了電力在現代社會中的重要性。

以上關鍵趨勢,都指向報告所專注的中心主題:今日主要以集中式電網、由上而下結構組成的電力服務,在未來將改變為如何提供?

《未來電業》認為將是分散式能源的崛起。雖然當前大多數電力系統中分散式能源都還只佔極少部分,但成長的速度相當快速,許多分散式能源裝置不見得是太陽能電池,或是電池儲能這樣專為供電存在的裝置,還包括原本是其他用途,而能結合到電力應用的裝置,包括電動車、冷藏設施(可用於儲冷儲能)、大樓建築的儲熱或儲冷設施等。

可再生能源如太陽能,可集中式應用,也可做為分散式能源,但分散式能源的發展與太陽能有密切相關,在德國,98% 太陽能電池發電系統,總發電容量達 40 吉瓦(gigawatt),都連接中、低壓輸配電網,85% 德國太陽能發電容量來自小於 1 百萬瓦(megawatt)容量的分散式系統。

在美國,2015 年,分散式太陽能佔所有新增發電容量的 11%,雖然美國全國的太陽能滲透率仍低,但加州與夏威夷發展快速,在加州有十分之一家戶擁有屋頂太陽能,夏威夷則五分之一家戶擁有屋頂太陽能;除了分散式太陽能以外,熱電共生與燃料電池佔了美國 2015 年發電容量 8%,並且持續成長中;美國 75% 備援電力設備是柴油發電機與小型燃氣發電,也都是分散式能源;而陸上風力發電也有許多是連接到中、低壓輸配電網。

能源儲存方面,2015年美國抽蓄水力發電以外的能源儲存技術成長超過 240%,其中不論鋰電池或液流電池等儲能設備,經常是分散式設置,大多貼近用戶,且平均容量為 2.8 百萬瓦,美東 PJM 輸配區域中有 80% 需求反應資源來自於空調系統、熱水器,以及電池儲能系統。

分散式能源的發展,與智慧電網的資通訊科技發展,可說相輔相成,例如相關技術進步支持了需求反應的發展,美東 PJM 輸配區域為其中的領先者,在 2015 年,PJM 區域的彈性需求反應提供商總共賺進約 8.25 億美元營收,而 PJM 已經核准 2019 至 2020 年將有 11 吉瓦的需求反應資源加入。而紐約獨立電網(NYISO)則有超過 1 吉瓦需求反應資源。

電網數位化發展也體現在智慧電錶的普及上,美國目前已有 5,900 萬個智慧電錶,相當於 4 成電錶總數,歐盟則預計 2020 年時達到智慧電錶安裝率 72%。這些數位化基礎建設普及,成為無數新創事業誕生的溫床,提供各種監控用電到控制整合服務,也同時讓主動式電網管理技術從過去的理論有機會落實,電力公司因而規劃利用需求反應與分散式能源資源,來免除昂貴的電網基礎設施升級工程。

《未來電業》也體認到可再生能源的快速發展,將使得未來電力供應可再生能源比例提升,2015 年全球可再生能源發出 2,130 億度電,差不多相當於 2015 年的電力需求增量,2015 年全球投資 2,860 億美元,安裝約 134 吉瓦發電容量水力發電以外的可再生能源,相當於全球新增發電容量的 54%,全世界各大電力市場,包括歐美、中國、印度、巴西、墨西哥都正計劃在近幾十年內大幅增加可再生能源。

電價計費方式不該全電網統一定價

可再生能源的快速成長,與全球減碳的努力息息相關,自從 2015 年 12 月的巴黎峰會之後,全球各國積極減少溫室氣體排放量,許多國家都訂下積極的減碳目標。預期電力領域使用的化石燃料量,在 2025 年即將達到高點反轉,此後逐年下降,這個時間點距離現在已經不到 10 年。

電力系統正與其他基礎建設與關鍵領域連結越來越密切,最顯著的領域是天然氣,美國過去 25 年來天然氣佔電力來源從 4% 提升到 33%,並於 2016 年正式超過燃煤發電,除此之外,許多分散式能源也採用天然氣,包括熱電共生、天然氣燃料電池,據美國能源部統計,《財富》雜誌評選百大企業中,有 25% 使用燃料電池來提供潔淨、高效能與可靠的電力來源,供電資料中心、電信基地台、企業大樓、通路店面,以及堆高機等設施。電力系統對天然氣的依賴,使得電力與天然氣基礎設施的關聯性提高。

相對的,天然氣基礎設施包括壓縮站、閥門、調控中心等關鍵環節都需要電力啟動,某些使用天然氣的分散式能源系統也需要以電力啟動才能開始運轉。電力與天然氣的彼此雙向需求,導致 2011 年時美國因為異常寒冷氣候,引發惡性循環,天然氣設施過冷故障,導致缺電惡化,喪失電力又使得天然氣設施無法啟動。

過去公路交通一向獨立於電力系統以外,不過隨著電動車的發展,如今也產生密切關連,電動車充電的需求可能為電網造成相當大負荷,但若管理得當,電動車有潛力成為分散式能源供應、調控裝置,為電網的穩定做出貢獻。2015 年全球電動車年成長達 80%,預期到 2030 年時可望達到新車銷售量的 20%,2040 年時則可望達到 35%。而電動車發展最快的國家挪威,2015 年時電動車已經達到新車註冊數的 25%。以美國而言,2030 年時,電動車銷售量將達所有輕型車的 25%,總計將有 1,600 萬輛電動車,總電池儲存容量將達 10 億度。

智慧電網相關資通訊技術的蓬勃發展與平價化,則讓分散式能源資源更能整合至電網發揮各種應用,不過,《未來電業》報告認為,現有的電網電價計算方式,無法配合分散式能源普及的趨勢,隨著相關資通訊技術能呈現更多電網資訊,電價計價方式,應該不再是全電網統一定價,而是更細分為不同區域、不同時段,確實反映電力的邊際成本,如此可促進分散式能源服務商依價格資訊隨時調整,而提升整體電網的效率,解除輸配擁塞問題,免除昂貴的基礎輸配設施升級,也可避免動用昂貴的尖載資源。

另一方面,許多國家的電價結構設計是為了政府稅收,或是為了彌補許多公共政策例如綠能政策的開支,《未來電業》報告認為,這些政策性因素干擾電價公式,將會妨礙價格自動調控市場的功能,必須多加注意。電業市場價格機制若能設計得當,不僅能釋放分散式能源資源的潛力,讓電網更有效率,從中也會促進許多新創事業誕生,產生無數新的服務,將人類的電力產業帶往下一個階段。

資料來源:科技新報 / 藍 弋丰 

圖片來源:MITEI

 

 

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