前言
本文为睿博能源报告《共益电气化：确保电气化实现公共利益》 （英文版）的部分摘要，简要介绍共益电气化的概念，条件以及实现最大化效益的六大准则，以帮助政策制定者和监管者形成和评估电气化战略。
本系列报告还将包含其他三篇报告，它们分别为监管者在电动汽车、供暖和热水供应方面如何实现共益电气化，就项目拟定初始步骤，到实现成功的标准和指标，均给出了详细的解决方案，我们会依次刊发。
能源领域变革的三大趋势
能源领域正在发生迅猛变化，已经不再是什么秘密。其中，有三大趋势值得注意：1）波动性可再生能源成本下降，2）能源技术成本下降，以及3）对电力需求的控制能力和自动化程度提高。这些趋势对于消费者，电力公司和环境来说，既是挑战也是机遇。共益电气化可以使当今的电力行业为消费者提供可负担的、清洁的电力，同时帮助电力公司更好的管理电网，减少环境污染，提供了巨大的机遇。
- 趋势一：成本下降
发电资源的成本下降，特别是风能和太阳能等可再生能源成本的下降，正在整个行业引起涟漪效应。据彭博新能源金融（BNEF）报道，2015年太阳能发电的价格为5.8美分/千瓦时（阿联酋）， 风电4.5美分/千瓦时（美国）。2017年，太阳能为1.8美分/千瓦时（沙特阿拉伯），风电 2美分/千瓦时（印度）。由此可见，波动性能源资源（VERs），也称为波动性发电，正在经历爆炸式增长。
2017年科罗拉多州公共服务公司公布了其全部资源申请结果（238个项目，总计60,000兆瓦），包括每千瓦时3美分的太阳能和每千瓦时不到2美分的风电。这些价格远低于全国传统电厂运营成本的平均水平。2016年煤炭平均的燃料和运营成本为37美元/兆瓦时。 天然气价格略低，为30美元/兆瓦时，核能更便宜些，25美元/兆瓦时。因为这些是平均值，所以必须假设这些传统电厂中有一半的成本高于此，存在遭到淘汰的经济风险。
当比较这些资源时，风电成本低于煤和天然气的燃料成本，而太阳能的成本不高于煤和天然气燃料和运营成本之和。这意味着具有足够容量的电力公司仍然可以购买风电以降低其燃料成本。
2. 趋势二：技术成本下降
与可再生能源一样，其他能源技术价格也在下降。 2016年，BNEF估计电动汽车（EV）的无补贴标价将在2025年至2029年间内降至内燃机汽车价格之下，这在很大程度上归功于电动汽车的关键部件 – 锂电池的成本下降。 BNEF还预计，2016年电动汽车将占到2040年新车销量的35％。仅仅一年之后，BNEF认为，到2020年，电动汽车的总体拥有成本将达到共享汽车（例如Uber）的平价水平，电动汽车将占2040年新车销售的54％。
- 趋势三： 需求侧管理
关于电力行业变革步伐的另一个因素是，消费者、第三方和电力公司获取能源使用数据的数量和便利性大幅增加。一个多世纪以来，我们管理能源供应以满足需求，但今天，我们第一次可以做到相反的事情，即通过管理用电需求来契合电力供应。如今，建筑物和用电设备都内置了能源使用控制装置，客户实际上可能是被动的，但仍然享受着这些效益。思科系统预计，到2021年，超过一半的电气设备的连接将是机器到机器，这意味着设备将能够在没有用户干预的情况下相互“沟通”，从而实现更便宜，更清洁和更精确管理的能源使用。
共益电气化的三个条件
这些因素叠加在一起，让我们意识到共益电气化带来的效益。然而，“共益电气化” 并不简单等同于“电气化”。共益电气化，需要达到以下一个或多个条件，且对另外两个条件不产生反作用：
- 从长期看可以为消费者省钱；
- 促进电网的更好管理；
- 减少对环境的消极影响。
首先，电气化可以降低消费者的长期成本，因为许多形式的电气化比化石燃料产品更有效。这降低了整体能源使用和运营成本。此外，根据最终用途（end uses）的采用程度，所有电费缴纳人都可以通过相关的系统优势享受这些好处，而不仅仅是那些安装了新技术的人。 其次，由于多种形式的电气化的灵活性，包括水加热，电动汽车和某些形式的供暖，这些最终用途可以帮助提高电网灵活性。因为这些终端用户在充电和使用时具有一定灵活性，所以它们可以起到电池一样的作用。这使得电网调度人员可以将负荷转移到用电需求较低或电价便宜，或可再生能源被弃电时，远离用电需求高峰时间以及需要调动更昂贵且通常是更污染的发电资源。随着这些最终用途的电气化，电力公司可以提高管理负荷的能力 – 即通过电费设计和其他方式鼓励更智能的充电方法 – 并可以与用户分享这些好处。
第三，共益电气化可以通过使用比化石燃料替代品更少的能源来帮助减少环境影响，减少用于服务电力系统峰值时通常使用传统化石能源的依赖，并通过增加可以使电网更能适应波动性发电资源（如风能，太阳能）的灵活性。
电气效益最大化的六个原则
电气化对能源行业的许多利益相关者都有意义。但是，要充分认识到它可以为消费者、电网管理者和环境带来的好处，政策制定者和监管机构制定和评估自己的电气化战略至关重要。 以下原则将有助于他们制定和评估电气化战略。
- 能效第一
只要能效是资源中成本最低的选择，它就应该是政策制定者、规划部门和电力公司的首选。相对于投资能源基础设施、燃料和供应侧替代品，对消费侧能效投资可以带来低成本或高价值，应是优先选项。而低效的使用新建的可再生能源发电，将是可悲的结果。如今，用高效的发电设备取代化石燃料发电，可以控制并降低能源成本，使消费者受益。这是由于发电和终端用能设备的效率双重提高，以及相对于其他燃料选择的电价承受能力。 换句话说，例如，电动车或热泵的效率提高，产出同样产品（例如，行驶里程或热量）所需电量要比产生同等电量所需的化石燃料要更廉价，且能源密集度更低。
2. 灵活性负荷对电网运行的宝贵价值
与传统的电力负荷不同，大部分电气化的负荷不需要从电网输送到后就立刻使用掉，比如供热水，交通，甚至是供暖和制冷。因此，它的天性使它更具备灵活性，可以作为热能或者电能储备起来。凭借这一优势，电力系统可以在一天中更清洁，更便宜的时间提供这种负荷。
3. 发电资源组合影响边际排放
想要确定共益电气化的总体排放影响，就需要知道为热泵和电动汽车等设备供电的电源来自哪里。美国当前的年发电量，相比于1993年增加了近30％，而二氧化碳排放却并未增长。这一积极趋势在很大程度上归功于更清洁的发电资源。
电气化将增加电力负荷，如果在全国范围内推广电气化项目，政策制定者需要知道相对应的节能量。因此，了解系统的边际排放尤其重要。边际排放分析可以显示系统边际资源的累计排放量，这意味着在一年中每个时间段里，使用1千瓦时电增加的排放量，或避免使用1千瓦时电时减少的排放量。
在电气化项目开始时确定边际排放很重要，同时，当电网中增加大量的电力负荷时，预期的新增排放量也很重要。如果各州决定采取政策，增加电力销售，那么在任何给定的电网中，大多数新增负荷可以通过资源组合来提供，其排放特征与每天每小时的边际机组非常不同。因此，需要为电力行业建模来预测总排放量。
4. 通过排放效率衡量共益电气化对空气质量的影响
共益电气化采用总系统能效的观点，并尝试减少一次能源的使用。尽管使用更多电量，但总体来讲会降低能源消费，因此每行驶1英里或是每加热1加仑热水产生的污染会减少。
电气化对排放带来的影响，加上可用负荷、排放量和能耗数据（包括系统分析和电网运行数据），使电力公司能够确定在一年中的哪个月份或一天中的哪个时间段，发电侧污染排放最低。因此，电网经理和监管机构可以针对电气化的某类终端用户制定完善的排放效率效益图。了解电气化在何时何地是最具有排放效率的，这将帮助监管机构制定相关政策、电价结构，以及出台激励措施，以确保电气化时实现最小化的增量排放。
5. 衡量全生命周期内的排放效率
无论是由电力公司还是业主，对能源基础设施的投资都具有很长生命周期：发电，输电和配电资产预计会有30-40年或更长的寿命，而家用热水器或照明灯具可以使用超过十年。因此，对于投资新的基础设施的机会是有限的，并且最好是在能够避免其他投资时才实施。这些限制尤其重要，因为除非电力公司和消费者在基础设施升级改造之前做出明智的投资，否则可能会失去对低成本，清洁资源投资的机会。当涉及到基础设施升级改造的决策时，考虑低成本、低排放的电力资源，将会为电网带来长年宝贵的灵活性优势，并且为消费者减少成本。
共益电气化投资提出了另一个值得注意的因素：电力行业随着时间的推移减少其环境影响，电力终端用户的排放效率将相应提高。因此，能够认识到电气化投资生命周期内的总排放量（即使在投资早期排放量较高）可能低于化石燃料其它替代品的排放量是非常重要的。所以，在区域电网快速脱碳的地方，即使最终用途比它们替换掉的化石燃料其它替代品更具有排放效率，也值得先考虑电气化。另请注意，化石燃料不具备这一优势。无论今天它们的排放效率如何，在使用周期内都不会有所改变。
6. 鼓励共益电气化的电价设计
通过电价向消费者发出价值信号已经不是新的策略。当财务激励措施有吸引力时，客户愿意将能源消费转移到当天便宜的时间段。因此，许多用电负荷可以安排在电网运行成本较低时用电。另外，有必要采用分时电价，给消费者提供不同时间段的不同成本电价，为了让客户有动力使用低成本电力，而且可以和电力公司共享经济利益。
此外，电价决定了我们使用电网的方式，电网公司可以利用电价更有效地利用现有的电网投资，避免不必要的新投资，并激励客户。
