我们如何从现在走向未来？

文 | [美]卢安武

利用分布式发电和可再生能源发电资源而进行的美国电力行业变革，将从发电技术到电网管理各方面引起一系列影响广泛的变化。先行开始的一些变化，例如持续改进风能和太阳能发电的成本和性能，将不可避免地受到全球经济竞争的推动。但美国能有效、可靠地开发和整合这些资源到什么程度，将关键取决于这条道路上的“交通规则”，它将决定高度管制的电力系统如何运行。

法规和法令可以创建一个公平的或者高度不公平的一个竞争环境，可以大大加速或减缓发展的速度。由于许多最为重要的法规和政策是由州级政府制定，因此，要实现对整个美国的重大改变，需要对各州和联邦政策进行一定程度的合理协调，以及制定通信与电力电子技术工业技术标准。后者可以方便实现低成本的“即插即用”选项和标准设计原则，例如，在某些地区的独立运行能力。

在未来几年，公共和私营部门的利益相关者需要改变美国电力部门的游戏规则，以便向新参与者开放市场，重组公用事业商业模式，协调电力市场和系统运营。

在所有这些领域，美国和国外一些正在进行的重大改变可能会向下面要讨论到的情况一样，加快分布式发电和可再生能源发电资源开发的速度。

向新参与者开放市场

近乎四分之三的美国公用事业级太阳能设施和85%的风力发电是由独立的公司建设，很大程度上是因为他们已经能够更好地抓住大规模生产经济的机遇，并且发展与化石燃料竞争对手有明显不同的可再生能源技术的核心竞争力。 这一运动的成员范围广阔，包括从新世纪能源旗下子公司——NextEra Energy Resources，北美最大的可再生电力供应商，到雄心勃勃的新兴公司，如Cogenra Solar，其光伏电池能同时生产电和热水。 建立于华盛顿州西雅图市的新兴企业Clarian Power甚至出售一种新颖的太阳能电池系统，它有一个可以完全绕过常用的公网链接，可以简单地将光伏发电系统引下来的电线和与之配套的SmartBox插入墙上任何的插座，其微型的逆变器可确保光伏电力利用屋内现有电线向照明和家电供电。这些公司当中有些非常具有创新能力。SolarCity， SunRun，Sungevity， SunPower，以及越来越多的此类竞争对手，都提供最低至0美元的屋顶光伏电池组件，减少人们对初始投资过大的顾虑。今天，用户可以登陆这些公司网站或任何一家服务提供商和独立信息提供商网站，来获取他们屋顶太阳能安装的出价。这些网站的数量正在不断增加。而在某些州的用户甚至可以得到一个价格很低或者完全免费的系统，就像签订一份免费的手机套餐。使用房屋的卫星图像、公共用电收费数据库、激励项目信息以及税收抵免政策，公司可以在几分钟到几天的时间里提供购买或租赁太阳能光伏发电系统的详细估价乃至成熟报价。在某些情况下，如果他们的屋顶不适合安装太阳能，消费者可以参加附近的“社区太阳能”项目。这些项目和家庭自主安装的拥有相同效益，但需要支付更多的安装费和专业保养费。消费者可以这样或那样的方式加快向产消者转变。当企业家在所有规模上都开始把可再生能源发电与需求侧投资结合起来时， 可再生能源发电的商业机会将会得到大大加强。

在德克萨斯州，创造正确的规则和激励措施的重要性非常明显。他们确保盈利动机与技术能力及社会愿望相匹配。1999年，孤星之州（即德克萨斯州）实施了美国首个可再生能源配额制(RPS)条例，作为调整州电力产业法律的一部分。该配额制规定，该州的电力供应商到2009年必须都要安装总量为288万千瓦的可再生能源发电设备。法律允许发电商购买和出售绿色电力证书(RECs)，以达到最大成本效益作为推动目标。根据区域环境保护基金会德克萨斯州办公室的主任吉姆·马斯顿所说，“电力公司表示，这不会成功，它将花费无数的金钱。” 然而，不仅德州电力公司在2005年之前实现了该目标，比配额制的预定目标大大提前，同时法律也鞭策了州内可再生能源发电产业的创新。当德克萨斯州议员2005年想提高要求，将配额制到2015年增加到588万千瓦，到2025年增加到到1000万千瓦的时候，几乎没有遇到阻力。马斯顿说，尽管“起初电力公司大声抱怨，但在2005年，他们甚至没费心去反对更严格的要求，因为他们看到他们可以从中获利。”

围绕着电力管理和使用，一个新兴的行业也日益壮大，为用户提供着需求侧资源和智能电网使用策略。创业公司例如EnerNOC和Comverge致力于安装和管理设备，使客户减少高峰用电需求以及他们的电费。这些公司然后从其他用户处将用电节约量和减少量捆绑为一体，将这一综合的大规模需求响应卖给公用事业电力公司或某个电力市场。这可是好生意。例如EnerNOC，现在是上市公司，在2010年营业收入达到2.8亿美元，管理经营着8600多个地点的3600名客户的530万千瓦的需求。

中大西洋地区的区域输电组织PJM Internection，利用有明确价格信号的市场，以求以最低成本满足其电力需求。PJM允许需求响应，由通过像EnerNOC这样的公司综合个人用户的负荷弹性，像一个大型发电厂一样出价。在PJM的2014/2015年度供电拍卖中，超过9%的份额为需求侧发电资源，68%新增可用发电量来自可再生能源发电和需求侧发电资源。

新的控制装置和电力系统技术可以为不同终端用途提供不同级别的电能质量和可靠性。你的网络服务器可以得到比你的热水器(由于储热，其可能会有15 - 30分钟的断电，而你一直没有意识到这一点)更可靠的电力。消防局可以得到比池泵更高的优先级。像绿色能源（Viridity Energy）一类的公司所提供的自动式建筑能源管理服务变得更有价值，因为他们可以将需求、就地发电和储电以及相互之间的联接无缝整合为一体。

这些新兴企业成功与否，将在一定程度上取决于由监管部门、政策制定者以及决定分布式电源和可再生能源发电按何种条件连接到电网的电力公司所制定的规则。过渡到一个主要由可再生能源发电和分布式发电主导的未来，需要透明、公平以及一视同仁的规则。这些规则在确保电网的安全可靠的同时，应尽量减少进入门槛。这些游戏规则对项目经济产生极重要的影响，并反过来影响竞争的范围。

对于小规模的可再生能源发电，最重要的规则是那些各州和地方政府以及公用事业部门设置的规则。按照1978年制定的公用事业监管政策法案(PURPA)，美国各州两方面的政策对分布式发电有重要影响：互联过程和净电量计量。政策确保互联程序呈流水线式，更合理高效，同时要保障电网的稳定和安全，有助于消除对位于消费者附近的可再生能源发电和其他分布式发电的障碍。许多国家已经对于某些类型的分布式发电实现了流水线快速通道式互联程序。随着这些政策在设计和实施上的进一步发展和应用，分布式和可再生能源发电发展之路将变得轻松。

与此同时，净计量规则决定分布式发电在何种条件下可以向电网回售电力，这相当于“让电表倒着旋转”。棘手的还在于细节，具体条款和公共设施管理机制将决定分布式发电市场是欣欣向荣，还是死气沉沉。虽然截至2010年底已经有43个州有全州净计量规定，但这些规定的实施效果参差不齐。

即使加强技术标准和通信协议这样看似简单的步骤也将是有益的。“即插即用”的标准允许有合格证书的设备在快速审查和批准后甚至完全不批准情况下进行安装。这些标准除去了强加在分布式技术安装人员身上的传统负担，即经常通过高昂得令人却步的工程研究来证明他们的设备是安全的，配置是正确的，对电网是无损害的。在电力公司方面，配电网必须是安全的、多方向性、对可脱网独立运行的微电网是友好的。事实上，除非有充分的理由，用户端发电机应默认为可脱网独立运行。

在制定影响小规模分布式电源的规则方面，地方政府也起着重要作用，例如在制定屋顶太阳能系统的许可和检验程序方面。这些规则和程序明显影响太阳能发电设备的安装成本。

最后，对于大规模的可再生能源发电，最为关键的是由联邦和州监管机构制定而通常由电力公司负责解释的规则。尤其重要的是监管接入电网的并网规则。随着可再生能源的市场份额逐渐增加，肯定会出现新的问题。有的是关于电网通行权和优先级，有的是关于发电厂商的“辅助服务”定价，还有的是关于输电、储电、以及发电者间分配的其他电网资产的成本。

重整电力公司的商业模式

实现向一个很大程度上依赖可再生能源发电和分布式发电的电力系统的过渡，要有更大的终端使用效率，通过州电力监管部门的推动，电力公司将迎来新的商业方式。这些变化可能为电力公司开辟新的渠道，让他们为客户创造价值，全面参与一系列快速增长的新业务领域，从提高能源效率服务到为客户开发分布式发电资源等。

第一个重要步骤是政策的推广，这些政策鼓励电力公司向消费者提供高能效和分布式电源服务。在过去的10年里，有12个州以及哥伦比亚特区通过将电力公司的收入和销售脱钩改变了旧的监管协定，所以，电力公司不再因为多卖电而得到奖励，也不再因为少卖电而蒙受损失。电力公司通过周期性地根据实际售电情况调高或调低价格来实现，这样，其收入与监管部门所规定的相比较，既不会多也不会少。通过统计几十个过去10年已脱钩的电力公司发现，其对家庭用户价格的典型调整总共每月不超过2美元，并且随时间的推移而取消。但脱钩对公用电力公司的激励机制、行动和文化的影响十分巨大。

尽管如此，单独的脱钩政策并不能成功，因为它不会因电力公司购买了廉价的节能技术、不建造更昂贵的发电设施而去奖励这些公司。所以一些州正在尝试第二项重要的改革——共享节能收益。这允许电力公司能保留一小部分其通过提高能效取得的额外利润，通常有十分之一。

奖励电力公司减少开支的行为，而不是更多的卖电，使其利益与用户利益和社会的更大目标相一致。这可以深刻地改变电力公司的选择策略和运营效果。在新的监管模式方面，加利福尼亚州处于领先地位。监管机构允许共享节能收益的比例可不断提高(可达到12%)；并且如果电力公司没有达到最低效能目标的65%，那么他们将面临罚款。 现在，一个由自然资源保护委员会倡导，爱迪生电力研究所和美国燃气协会支持的全国性运动，截至2011年7月已将脱钩和共享节能收益的措施不同程度地推广到多个州，其中电力方面14个州，天然气方面21个州，并且在另外8个州尚未确定。

第二，电力公司与其把分布式发电作为竞争威胁，还不如把它作为一种资产。在客户同意之下，电力公司可以融资、拥有和运营这些分布式电源。PG&E， Idaho Power，以及其他一些电力公司对偏远的家庭就是这么做的。在这些地方建设发电机比架设电线成本更低。 截至2010年中期，约12家大型电力公司提交了计划，将在普通的、非偏远地区建造110万千瓦的分布式光伏发电，通过以正常的将电力公司成本加到电价中的方式实现融资。这对于很快将面临数万亿美元输电线路再投资的美国乡村电力合作社而言，是个巨大机会。

电力公司和其他能够站到队伍前列的参与者，需要重新考虑他们与客户间的关系，触发这一能够以低风险赚更多钱的颠覆性变化，还要以更低的成本提供更好的服务。他们甚至可能会成为一个全新的商业模式：像一个互联网服务提供商一样的运营，电力公司可以成为无数发电机和其他公司的开放源，允许这些提供商得到他们想要的电力和服务，如电网的需求侧响应。该模式发挥作用需要监管改革创新和实施新的定价政策。这种模式已在新西兰和部分欧洲地区发展起来。

电力公司现在面临着来自他们无法控制的企业家的竞争。现有的特许垄断不能保证持续长久的收入，因为用户没有义务购买电网的电力。他们逐渐会明白负瓦(节省的瓦数)通常比兆瓦便宜，所以他们想买更少的电，更高效的使用。问题是谁会出售给他们这些组合产品。

在可预见的未来，并网和处理好与电力公司的关系仍然是绝大多数客户的最好方案。它的好处是可以创建这样一个系统，它可以通过多样的资源组合，实现对供应侧和需求侧多样性的利用和风险管理。但电力公司将不得不留意凭借技术和解决方案的组合而持续扩大的非公共服务提供商。

使市场和系统运营协调起来

一个可再生能源发电和分布式电源占据更大份额的未来电力系统，其运行将完全不同于今天的系统。借助遍布整个系统的更高水平的分布式控制和智能技术，运营管理将更少依赖分级指挥和控制，而是更多依赖对表示系统状态信号的分布式响应。未来，屋顶太阳能发电系统和风电场可有助于自动校正输电和配电线路上的电压波动，电动汽车将在最佳时间智能地对电池进行充放电，微型智能电网控制系统将响应来自电网的动态价格信号，实现对本地电源的管理。

让这一切发生的关键是：高效、竞争、透明的电力市场，向零售客户发布时时变动的价格信号，在系统不同层面实现互动所需的安全可靠的通信信号，从终端用户装置到微网，从虚拟电厂到高压电网和电力批发市场。

随着波动性的可再生能源的市场份额的提高，透明、竞争的电力批发市场将在系统资源短期管理和为新投资机会提供可见性方面都要发挥极为重要的作用。市场与运营的紧密集成将允许市场力量发挥作用，解决如何在确保系统可靠的前提下接入更多可再生能源方面的最具挑战性的问题。每几分钟一次，而不是每小时一次，且覆盖面积更大的调整区域——更迅捷和更广阔的市场——可确保整个系统更加灵活。这样的“小时内”调度现在已应用于东部地区(不包括东南部)、德克萨斯州以及加利福尼亚，并计划在2013年—2014年在西南地区实施。此外，这些市场使需求方面的资源，包括需求响应，在满足系统的灵活性方面能够开展正面竞争。这一竞争正开始变得更加公平。2011年，联邦能源管理委员会的745号指令要求公平支付与需求侧响应价值相当的补偿。它提出的另一个规则要求将快速辅助服务的价值至于慢速服务之上。联邦能源管理委员会接下来可能会给予终端使用效率完全的市场平等地位，允许其在尚未实现终端使用效率完全参与市场竞争的37个州内给与供给侧公平竞价。

在分布式资源水平较高的系统中，零售侧随时间变化的定价机制将促进资源的最优利用。虽然很多电力公司都已经采用了上述定价机制，但普及由高级通信和控制技术支撑的动态定价机制，才是影响分布式电源在提供用于管理以可再生电源为主的电力系统所必需的灵活性的重要因素。

一项更强有力的改革可能来自于公用电力公司的CEO们：对电力公司进行彻底改造，按照从配电到发电的规划，而不是从另一个方向进行。北美的三个实验项目发现，当电力公司将其需求方面投资像步枪而不是猎枪一样聚焦在终端使用和邻近区域时，他们可以延后或避免对配电网进行立即投资（这是电力公司资产负担最大的部分）。这些公司可以只用十分之一的投资保持相同水平的服务。对于紧张不安的投资者和首席财务官，这是大受欢迎的消息。