當(dāng)颶風(fēng)哈維和伊瑪席卷美國南部時(shí)，造成的斷電事故影響了數(shù)百萬人。在這類自然災(zāi)害發(fā)生時(shí)，保持供電將比平時(shí)更加關(guān)鍵。電力供應(yīng)為醫(yī)院運(yùn)行醫(yī)療設(shè)備提供動(dòng)力，人們能夠使用手機(jī)或電腦與外界保持聯(lián)系，并為體弱的老人驅(qū)動(dòng)必要的空調(diào)設(shè)備。據(jù)國土安全部估計(jì)，僅伊瑪一次颶風(fēng)，22個(gè)美國人當(dāng)中就有1個(gè)受到了斷電影響。
許多遭受颶風(fēng)哈維和伊瑪襲擊的城市都面臨著嚴(yán)峻的電力基礎(chǔ)設(shè)施重建工作。根據(jù)杜克能源預(yù)計(jì)，要完成佛羅里達(dá)州的全部電力設(shè)施修復(fù)工作，需要重建近3千根電線桿，并搭設(shè)長達(dá)950英里的電纜線路。
在城市和電力公司的重建過程中，我們可以考慮更具有前瞻性的解決方案使得電網(wǎng)更具彈性，如使用分布式能源，尤其是通過在配電網(wǎng)配置太陽能發(fā)電和電池儲能設(shè)施等方法。事實(shí)上，越來越多的證據(jù)表明，無論是一個(gè)州還是一個(gè)國家，都能夠利用可再生能源、能效、需求響應(yīng)和其他分布式能源資源替代老舊的、高成本的化石燃料熱電廠，以更低的成本為電網(wǎng)服務(wù)帶來更高的可靠性與彈性。
通過分布式能源資源提高電網(wǎng)彈性
全美各地的許多城市和大學(xué)都認(rèn)識到了這一點(diǎn)。馬薩諸塞州斯特林鎮(zhèn)的斯特林政務(wù)照明部門在該鎮(zhèn)修建了一套太陽能發(fā)電加儲能設(shè)施的微電網(wǎng)。這套3兆瓦太陽能發(fā)電和2兆瓦/3.9兆瓦時(shí)電池儲能設(shè)施能夠在該地區(qū)斷電情況下保證鎮(zhèn)警察局和醫(yī)院急診調(diào)度中心運(yùn)行至少2周的時(shí)間。美國西海岸也有這樣的案例，在加利福尼亞州博里戈斯普林斯的輸電線被閃電擊壞后，圣地亞哥電氣公司利用博里戈斯普林斯26兆瓦太陽能微電網(wǎng)為整個(gè)社區(qū)的2,800名居民供應(yīng)了電力——避免了一次長達(dá)10小時(shí)的斷電事故。
類似的故事也發(fā)生在了北卡羅來納州。今年夏天，一家建筑公司因意外切斷了為哈特勒斯與奧克拉科克島供電的電纜造成了奧克拉科克島的停電事故。幸運(yùn)的是，為該州大部分電力公司供應(yīng)電力的北卡羅來納電力會員公司（NCEMC）在當(dāng)?shù)赝顿Y興建了由15千瓦太陽能發(fā)電、500千瓦/1兆瓦時(shí)電池儲能設(shè)備和3兆瓦柴油發(fā)電機(jī)組成的微電網(wǎng)系統(tǒng)。雖然輸電線路在七天后才得以修復(fù)，但當(dāng)?shù)匚㈦娋W(wǎng)系統(tǒng)在這段時(shí)間里為該島居民保障了電力供應(yīng)。
奧克拉科克島的電力公司Tideland EMC利用控制熱水裝置和智能恒溫器的方式限制了島上的用電負(fù)荷。屋頂太陽能和備用柴油發(fā)電機(jī)為地方水處理廠等關(guān)鍵設(shè)施提供動(dòng)力，而機(jī)動(dòng)式緊急備用發(fā)電機(jī)則為該島的配電網(wǎng)提供了動(dòng)力。
NCEMC高級副總裁Lee Ragsdale指出，僅靠太陽能和電池儲能設(shè)施還不能保證持續(xù)的能源供應(yīng)。他認(rèn)為：“在大型風(fēng)暴來襲時(shí)，輸電線路和基礎(chǔ)設(shè)施都可能遭到破壞。如果這類事件發(fā)生，太陽能發(fā)電和電池儲能設(shè)備也只能為部分設(shè)施供電。微電網(wǎng)提供了備用電量與彈性，但它們并不能解決所有問題。它們只是完整解決方案的一部分?！?/p>
這些例子說明，太陽能、儲能、靈活電力需求和小型備用發(fā)電機(jī)的組合能夠提高電力服務(wù)彈性。這些分布式能源資源的最理想組合方式取決于地方的特定需求以及不同技術(shù)的成本與價(jià)值。隨著太陽能、儲能和需求控制技術(shù)成本的不斷下降，我們可以以低碳的方式進(jìn)一步提高電力服務(wù)彈性。
德克薩斯州利用可再生能源降低能源使用成本
好消息是，要提高電力服務(wù)彈性并不需要付出高成本的代價(jià)。事實(shí)上，根據(jù)德克薩斯州班德拉電力公司（BEC）的經(jīng)驗(yàn)，分布式發(fā)電資源可以比其他資源更加經(jīng)濟(jì)有效。班德拉州立公園坐落于圣安東尼奧市郊的班德拉市，每年夏天，這里的麥地那河都是游客避暑的熱門選擇。每到7月4日的美國國慶長周末假期，這一地區(qū)都會迎來大批游客。平時(shí)，這里供電的變壓器負(fù)荷系數(shù)通常維持在70%左右，但在國慶假期期間，該平均負(fù)荷系數(shù)會激增一倍，達(dá)到140%。BEC公司CEO Bill Hetherington表示：“在99%的時(shí)間里，我們的變壓器都表現(xiàn)完美，但我擔(dān)心這一個(gè)周末會燒毀我們的設(shè)備?！?/p>
如更換更大的變壓器，電力公司需要花費(fèi)數(shù)十萬美元的成本。Hetherington補(bǔ)充道：“現(xiàn)實(shí)是，更換更大的變壓器意味著我們在為了峰值負(fù)荷建設(shè)冗余設(shè)施。也就是說，我們花費(fèi)的高昂成本僅僅是為了一年中幾個(gè)小時(shí)的用電負(fù)荷。”該電力公司最終并沒有采取這種解決方案，而是選擇通過購電協(xié)議的形式安裝了一座1.9兆瓦裝機(jī)太陽能發(fā)電廠。BEC將其中100千瓦時(shí)的太陽能電力出售給了想要支持太陽能發(fā)展但又無法在自家屋頂安裝太陽能發(fā)電設(shè)備的用戶。
該地峰值負(fù)荷剛好發(fā)生在一天中陽光資源最豐富的時(shí)段，這給太陽能發(fā)電項(xiàng)目提供了完美的條件。BEC可再生能源部門經(jīng)理Miguel Rivera表示：“這其實(shí)就是能源抵消，或稱為峰值負(fù)荷轉(zhuǎn)移。我們想要降低系統(tǒng)負(fù)荷，而這剛好與太陽能為我們提供的服務(wù)相吻合?！?/p>
這一系統(tǒng)為電力公司提供了很好的經(jīng)濟(jì)回報(bào)，因此他們正計(jì)劃在項(xiàng)目的下一階段投資儲能系統(tǒng)。
增強(qiáng)電網(wǎng)彈性與節(jié)約系統(tǒng)成本外的更多收益
分布式發(fā)電技術(shù)并不僅僅能夠提高電網(wǎng)彈性，降低系統(tǒng)運(yùn)行成本。班德拉的太陽能系統(tǒng)為當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)創(chuàng)造了就業(yè)，并提高了民眾對可再生能源的認(rèn)識，許多學(xué)校經(jīng)常組織學(xué)生參觀太陽能發(fā)電廠。在北卡羅來納州，奧克拉科克島的微電網(wǎng)為電力公司提供了現(xiàn)成的實(shí)驗(yàn)室來測試這些新興技術(shù)的互通操作性。Ragsdale認(rèn)為：“我們從全美各地其他電力公司學(xué)到的經(jīng)驗(yàn)吸引了來自多方的興趣。我們正在研究如何利用太陽能、儲能和微電網(wǎng)技術(shù)為北卡羅來納州各電力公司成員帶來更多的效益。”
作者：Titiaan Palazzi，落基山研究所高級咨詢師；Laurie Guevara-Stone，落基山研究所編輯
