為什麼美國utilities都在發展微電網？

編者按：以下內容根據GTM文章《Microgrids on the March: Utilities Are Building Out New Business Models to Make Islanding Work》編譯。

在美國規模最大、最具影響力的輸配電展DistribuTech上可以看到，隨著光伏發電和電池成本的下降，微電網的應用在變得越來越具有吸引力。

分散式的發展會使得電網管理的複雜性和難度增加，一些公用事業公司的代表也對分散式可能帶來的混亂表示了警惕。CPS Energy（聖安東尼奧的公用事業公司）的市場情報經理James Boston說：「確保客戶的供電可靠性是我們的主要使命，公用事業公司通常都比較嚴謹，要確保分散式已經通過測試、得到驗證才能併網，避免客戶遇到可靠性危機。」

然而微電網的出現，使得公用事業公司和電網邊緣化支持者之間的對立，出現了緩和的趨勢。上述公用事業公司最近部署了一個示範微電網項目。

過去幾年，光伏發電和儲能價格的下降、先進的併網逆變器的出現以及光伏滲透率增加對電網衝擊的增強，使得微電網更具成本效益和吸引力。施耐德電氣智能電網副總裁Mark Feasel表示：「十年前，彈性是配備微電網的唯一原因，因為成本太高、不可能比電網便宜。現在用光伏或天然氣熱電冷三聯供（CHP），在許多州都已可以產出比從電網買來的更加便宜的電。」

儘管技術成本已經足夠低，但是還不足以宣告微電網的時代已經到來。「挑戰在於商業化，不是所有的價值都可以開始貨幣化。」 Navigant（研究機構）智能電網總監Ken Horne在DistribuTech的一個專家小組會上如是說。

但現在，公用事業公司和其他能源公司比以往任何時候都更願意嘗試這些商業模式。公用事業公司越來越能接受微電網，原因在於它們可以擁有、控制這些微電網，並基於費率回收成本。

在眾多浮現的商業模式中，有三個獨特的概念在這次會議上頗受關註：微電網延緩輸配電擴容、微電網服務於客戶、以及微電網同時服務於客戶和電網。其中微電網作為一種服務的商業模式如果能夠發展起來，將能直接刺激社會資本和公共資本對微電網技術的大規模部署，而不需要費率承擔者承擔投資和建設的風險。

一、微電網是提高供電可靠性的一種新選擇

聖地亞哥天然氣和電力公司（San Diego Gas & Electric，SDG&E）的總工程師Thomas Bialek介紹了該公司位於Borrego Springs鎮的一個微電網案例。該公司一直以來都通過單相輸電線路向該鎮供電，且需穿過沙漠，閃電襲擊和沙漠山洪都威脅著這條輸電線路，供電可靠性極差。

SDG&E迫切需要改善這個近2800人的小鎮的供電可靠性，但是新設一個并行的輸電線路的方法價格太高昂，而微電網能夠做到便宜3~4倍，這也就是他們為什麼建設微電網的原因。

該項目由SDG&E、美國能源部和其他合作夥伴共同籌資建設，系統包括柴油發電機、各種型號的電池以及屋頂的光伏。

該微電網在一次洪水引發斷電時，保障了該鎮1056個用戶的供電，從而證明了自己。當時整個鎮的中心及核心設施都有電可用，周邊沒有電的居民都到這些地方尋求短暫的供暖庇護。

在這個案例里，微電網沒有對公用事業公司的職能構成挑戰或者使其複雜化，它反而幫助其實現了對用戶的核心使命——供電可靠性，即便是在如此偏遠的地區。

在大都市多倫多，配電公用事業公司PowerStream也面臨著類似的難題。它要給多倫多北部一個偏遠的城鎮Penetanguishene供電，輸電線路非常長，且常年處於風暴和雪天的威脅下。

PowerStream的智能電網項目負責人Shuvo Chowdhury說：「在提高該區域的供電可靠性的上，我們想過兩種解決方案，一種是投入更多的傳統資產，另一種是另闢蹊徑、做一些創新。」

他們決定測試微電網是否真的可以削減傳統電網的擴容投資。安裝花了一年時間，從詳細的設計到部署和調試，系統包括三星SDI的500kWh鋰離子電池、先進的微電網控制器和750kVA逆變器。

微電網可以使得這個鎮離網用電42分鐘，遠長於通常的10分鐘斷電時間。平時電池還可以通過峰谷電價差套取一些收入。

「不過微電網的主要角色是提供靈活性，大多數時候，你用不到它，例如今年我們有一個非常溫和的冬天，所以沒有發生太多的斷電情況。」Chowdhury 說。

因此微電網除了要證明比電網升級換代更便宜，自身仍需在系統設計和運營上下功夫，優化其投資回報率。

一種將微電網作為服務而非資產出售的模式正在興起，用戶僅購買微電網提供的服務，不用承擔投資建設微電網的風險。這種方法採用了太陽能行業的購電協議模式（power-purchase agreement，PPA）。

日前施耐德電氣公司宣布，美國馬里蘭州蒙哥馬利縣的公共安全總部和懲教機構的微電網之一將由該公司提供。杜克能源的可再生能源分部將擁有並運營該微電網。蒙哥馬利縣根據PPA協議，將認購微電網產出的電力長達25年，同時要支付斷電期的關鍵設施供電保障費用。

施耐德將客戶與投資者連接起來，並為杜克能源建設微電網供應約一半的設備。

杜克能源在開發可再生能源和維護電氣基礎設施方面擁有豐富的經驗，微電網是其PPA 模式的延伸，且財務狀況良好可以吸引大量的前期投資。

蒙哥馬利縣有3A的信用評級，但在微電網建設方面的專業度有限，且在資金投入和系統維護上的預算也十分有限。

因此通過信用評級杜克能源可以相信該縣有能力在未來25年內為其獲得的能源靈活性、能源支出穩定性以及更多的可再生能源消納逐步付清費用。同時，該模式也避免了使用納稅人的錢來購買新興技術本身的風險。

「不僅是為預防停電而準備，這些設施的狀態也越來越好，可用於日常的運營，」蒙哥馬利縣的能源和可持續發展主管Eric Coffman如是說。

在這個案例里，地方政府是客戶，支付約定的金額；杜克能源作為社會資本擁有這些資產，並確保一切運營正常；如果發生設備故障，供應商（施耐德電氣）必須更換它；但最終的費率承擔者自身不承擔安裝的成本或風險。很容易看出這個模式在工商業應用上都會有相應的發展空間。它也能對改善電網產生等量的影響。

這個模式的意義就在於，它會使得費率承擔者在不承擔風險的情況下獲得公平的服務，這對於改善公共服務質量的地區頗具吸引力。

在其他地方，公用事業公司正在探索如何利用局部地區納稅人的支持，來建設服務範圍更加廣泛的微電網。

大多數微電網具有雙重性質，既是本地的、獨立的服務，同時又是電網的調度資源。

在基於局部地區納稅人的模式中，公用事業公司在對能源靈活性有高要求的用戶側建立了微電網，而當用戶不需要備用電源的時候，這些資產又可以拿出一部分服務於大電網，用以調峰、調頻、調壓以及旋轉備用。

客戶僅對其預期的對微電網的使用付費，公用事業公司一旦從公用事業公司委員會那兒獲得許可，就可以通過服務電網回收成本。

亞利桑那州公共服務局（Arizona Public Service，APS）已經進行了兩個這樣的項目，使用柴油發電機，而不是太陽能和儲能。一個在海軍陸戰隊空軍站Yuma，另一個在Aligned數據中心。數據中心高度重視不間斷電源，因此微電網是 APS 吸引數據中心入駐的策略之一。

「提高能源靈活性是我們本身就必須去做的事情，現在我可以通過微電網做到這些。從成本比較的角度看，事實上，使用微電網比使用其他方式便宜得多。」 APS傳輸和分配技術創新及集成總監Scott Bordenkircher說到選擇微電網的原因。

這個成本計算在原則上有意義，但是在現實世界種還是會面臨一系列的問題。雖然微電網項目已經上馬並正在運行了，但APS仍在等待監管機構關於電網側服務補償費率的答覆。

另一個例子是公用事業公司Xcel能源，它與丹佛市及松下公司合作，在丹佛未來的航空城Peña Station Next建設了一個價值1030萬美元的微電網。

松下公司正在建設一個新的辦公室，這個辦公室將用作運營中心，運營全國範圍的公用事業公司下屬的太陽能設施，因此這個辦公室需要不間斷電源。

與此同時，Xcel正在尋求提高該地區的電網可靠性，並支持30%的太陽能滲透率。該公司已經獲得州公用事業公司委員會的許可，嘗試在電網側配備儲能以回收成本，使得整個微電網投資更具吸引力。

松下公司營銷和內容戰略團隊的Peter Bronski將該項目描述為「具有模糊邊界的微電網」，因為所有的零件並非都以所期望的方式存在於圍欄內。這個微電網包括1.6MW的太陽能，由Xcel擁有和經營，但安裝在丹佛國際機場的車庫。松下公司也正在為自己屋頂上的259kW太陽能光伏發電提單，並將加入Younicos的1MW/2MWh鋰離子電池。該電池位於儀錶前（in front of the meter），但位於並離網切換開關的松下側。

這種夥伴關係，可以利用私人的土地和資金，然後部署具有服務電網潛力的設備。松下的關鍵設施將享受大約4小時的備用電源。該公用事業公司獲得太陽能消納、減少峰值容量建設、峰谷電價套利和調頻的功能。

合作夥伴將觀察並了解電池如何工作兩年，測試電池在實際運行中同時運行多種功能的能力。 在此研究期后，Xcel和松下將最終簽訂一個更正式的協議，使用和支付剩餘的電池生命。

它也可以做成這種不基於稅率的項目。例如CPS使用公司資金在聖安東尼奧聯合基地Fort Sam Houston建造了一個示範微電網，由國家可再生能源實驗室（NREL）撥款資助其分析運行。公司選擇了一個圖書館作為項目基地，以期獲得該模式的實際使用經驗。這種方法本身並不構成商業模式，但它是一種開發早期微電網並探索可持續商業模式的途徑。

四、微電網仍未成氣候，接下來將如何發展？

儘管已經有幾個微電網的項目在運行了，但是整個微電網行業仍還未成氣候。儘管微電網項目已進入電網並開始承載實際負荷，但上述探討的例子仍然服務於探索性的目的，用以收集數據以便更好地了解他們在未來將如何運作。

市場和客戶的多樣性，決定了沒有一個模式會獨大。接受過採訪的人認為，微電網市場仍處於起步階段，且5~10年內這個市場的興盛期也不一定會到來。

在某些情況下，監管政策將施加限制，特別是禁止公用事業公司擁有配電和發電權，而儲能設施就在被禁止的發電範圍內。前述APS的以局部地區稅收為基礎、然後服務於大電網的案例是亞利桑那州公用事業公司委員會開創的一個先例，表明了利用私人和公共資本的混合模式的可行性。

值得注意的是，公用事業公司並沒有迴避這種類型的電網實驗。公用事業公司代表反覆駁斥了這樣的觀點，即微電網的擴散可能引發像曾經預期的分散式太陽能發電一樣的死亡螺旋。 他們不擔心客戶運行自己的微電網會對電網造成威脅。

「微電網只是作為後勤，為了安全性。不間斷電源、本地化發電機將遇到輸電許可等問題，而太陽能加儲能仍需要大量的前期支出，」APS的Bordenkircher說，「我不認為微電網會成為我24小時全天候的能源選擇，」他說，「它將提供我需要的次要服務，而不是主要服務。

大多數時間在電網的基礎上運行微電網是成本有效的，並且在緊急情況下可以離網運行，要實現完全獨立運行，成本會上升很快。

此外，微電網為公用事業提供了新的收入來源，這是尤其受歡迎的，因為傳統公用事業的商業模式在未來幾年的不確定性將會增加。

S&C電氣公司的微電網市場部門的業務開拓的高級總監David Chiesa指出，設計和操作微電網所需的專業技能，例如電氣工程、電網平衡等，已經是公用事業公司很擅長的專業領域。

同時，正如文章一開頭說到的那樣，分散式光伏和儲能正在蔓延，使得電網運營更加複雜化，而微電網提供了一種方法來隔離這些分散式資源，並減少它們對電網的影響。

為了真正使微電網市場蓬勃發展，微電網設計將需要變得更加標準化，他補充說。「如果你今天看看微電網，他們都是完美的小雪花，」Chiesa說，「公用事業公司將希望他們的微電網看起來更像一個艦隊。」

至此，微電網未來發展的幾條路線已經清晰。同時，微電網自身需要能夠運行更久，設計和建設成本需要更低。儘管如此，微電網已經有一個顯而易見的價值值得褒獎：那就是將對分散式能源的控制和所提供的靈活性與傳統電網架構的安全性和可靠性結合起來了。

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