公共电力脱碳系列-第3部分:公共电力脱碳需要分布式能源(DER)整合

公权力脱碳系列

通过斯图尔特McCafferty，约翰•库珀,伊蒙·麦考密克

本文是关于公共权力在社会和经济脱碳和电气化中的作用的三部分系列文章的第三部分。的第一篇文章讨论了脱碳的必要性以及它对公共权力的意义。的第二篇文章回顾了缓慢的公共权力脱碳危机，以及各种政府机构令人困惑的叙述和缺乏领导。在第3部分中，我们将脱碳和分布式能源(DER)之间的点联系起来，展示了公共电力的第二个当务之急:将DER整合到公用电网现代化中。还没有决定，但我们确定了公共权力脱碳的3个用例，这些用例可能会成为本系列文章的第4部分。在本系列文章中，我们探讨了各种各样的影响、限制、风险、成本和收益，脱碳对我们社会和经济的广泛影响，以及“万物电气化”经济的好处。

公共电力脱碳需要分布式能源整合

网格脱碳=集成DER。

用最简单的术语来说，脱碳正在迅速演变为分布式能源(DER)的部署和与公用事业系统的集成，包括公用事业规模的风能和太阳能发电的主导地位。

DER有很多种形式，但主要分为三类;分布式发电(DG)、储能和可控负荷(有时被称为需求响应资产或灵活负荷)。下表提供了不同DER的一些示例。

表1:典型的DER类型

DER	类别	评论
可再生能源-太阳能光伏(PV)，风能	分布式发电	电网规模或客户拥有
客户自有化石发电机	分布式发电	当公用事业或可再生能源不足时，更多的是客户备份系统
电池，抽水蓄能，压缩空气，飞轮	能量储存	能消耗、供应和储存能量的设备
采购产品恒温器，游泳池泵，热水器，电器，其他智能负载	可控负荷	用于负载灵活性和需求响应应用
电动汽车	分布式发电，可控负荷，储能	特殊类型的DER将需要新的集成需求
微型电网	分布式发电，可控负荷，储能	具有大容量和网格服务能力的特殊DER

注意:一些人认为能源效率也应该被认为是一个DER。我们不支持这种看法。虽然能源效率绝对是脱碳时要做的第一件事，但它仍然是一种无法控制的静态资源，我们认为控制是DER的一个基本方面。同样，这是我们的观点，欢迎读者就这个问题提出自己的看法。

特殊形式的DER，如电动汽车、微电网和储能设备，可以提供各种各样的电网服务(例如，频率响应、电压/无功、调峰等)。这些分布式资产对于公共电力公用事业来说是有问题的，因为较小的公用事业通常不会集成或协调此类资产。然而，DER正在不断发展，改变和创建新的功能和服务，因此即使是较小的公用事业公司也能够在近期内集成DER。

考虑到DER的成本下降、技术成熟和零碳到低碳的性质，可再生能源、柔性负载、电动汽车和能源存储的集成是实现脱碳电力的唯一合理途径。本节探讨公用事业DER集成的可能性，并说明为什么公用事业在DER中的作用可以被认为是持续可靠性、电能质量、弹性和脱碳成功的关键。

以客户参与和电网现代化保持竞争力

现在是时候让公共电力公司发挥创造力，制定积极的脱碳战略和路线图，在其他人之前实施DER解决方案。

弹性电力是一种席卷美国的新型电力服务。商业供应商正在开发微电网和其他弹性服务，以吸引公用事业客户远离他们的电力服务提供商。去年冬天在德克萨斯州，70%的ERCOT客户断电，这类事件催生了一个行业，让供应商“挑选”公用事业公司的最佳客户。大多数传统的跨国公用事业供应商(如施耐德电气、西门子、ABB、通用电气等)在他们的投资组合中都有微电网解决方案。还有许多其他公司，包括AlphaStruxure、AZZO、Eaton、Enchanted Rock、Schweitzer、S&C、OATI、PowerSecure、Bloom Energy、CleanSpark和BoxPower——仅举几例——正在积极与商业和工业(C&I)客户接触，以从公用事业公司那里赢得他们的业务。

微电网解决方案对商业和工业企业的吸引力正在突飞猛进地增长，长期电力购买协议(PPA)不仅将这些客户从公用事业组合中移除，而且还为客户提供极具竞争力的价格以及增强能源弹性的机会。公共电力公司将越来越多地需要为客户提供可靠、有弹性的电力，否则将面临失去最好的客户的风险。为了应对这种竞争威胁，公共电力公司必须首先学会如何整合和管理der。一个及时的好消息是，国会正在审议的经济刺激计划为公共事业公司提供了一个难以置信的机会，可以联合起来申请拨款来创建这些能力。

总而言之，扩大电动汽车、光伏太阳能和能源存储为传统公用事业带来了新的挑战，竞争的竞争领域正变得越来越拥挤，因为商业公司正通过具有成本效益和多用途的太阳能+存储以及有竞争力/弹性的微电网，从公用事业公司那里挑选最佳客户。

重点:向澳大利亚的朋友学习——澳大利亚的脱碳之路

美国公共电力公司可以成为澳大利亚DER成功整合的“快速追随者”。

澳大利亚一直在以比世界上任何地方都快的速度走向脱碳。我们估计，澳大利亚市场在集成太阳能光伏(PV)、电池和管理柔性负载方面至少领先美国市场三年。

地平线上的权力该公司是西澳大利亚州一家服务于内陆西部偏远社区的公用事业公司，是美国公共电力公司的绝佳研究案例。由于客户人数少，所服务的社区偏远，地平线电力公司缺乏区域输电网，为客户提供高压大容量电力。为这些偏远社区提供电力是极具挑战性的，需要为每个社区提供单独的电网——换句话说，永远是孤岛式的微电网。地平线电力公司服务于230万平方公里(888.8万平方英里——大约是整个美国面积的四分之一——想象四个德克萨斯州电网)，只有10万客户，使其成为世界上每平方公里服务客户数量最少的公用事业公司。每个社区的狗万体育手机官网微电网运营都在位于珀斯的总部进行远程管理。

为客户提供电力也是昂贵和肮脏的:对于地平线电力公司的大多数微电网来说，柴油发电机是主要的电力来源，柴油燃料需要通过水路和陆路运输很远的距离，这使得这种电力系统成为温室气体(GHG)排放最严重的罪魁祸首之一……使Horizon Power成为世界上最好的DER集成测试平台之一!

三种使能技术:PXiSE、SwitchDin和AZZO

澳大利亚使用分散式DER管理技术是美国脱碳努力的典范。

PXiSE．这家总部位于圣地亚哥的美国公司是能源巨头Sempra的子公司，Sempra提供复杂的微电网控制软件。自几年前成立以来，它已经在三大洲和7个国家交付了超过1吉瓦的项目，帮助客户实现电网管理和气候目标。

SwitchDin．这家总部位于澳大利亚的公司在其虚拟发电厂(VPP)平台上拥有多年的当地市场经验，正寻求扩张到美国，在美国，其领先优势使其在该领域领先美国公司数年。实现基于标准的DER解决方案并不是一项简单的任务用例(后面有电表DER集成、DER聚合器、电动汽车车队充电、电网规模储能等)。他们的能源即服务(EaaS) DER集成和管理能力使他们的解决方案成为小型公共电力公司的理想选择，这些公司无法负担复杂的配电操作系统，为他们提供实时情景DER感知和负载/发电灵活性等功能。

AZZO．虽然不是地平线电力演示的一部分，但这家迷人的“澳大利亚”公司提供微电网服务，包括工厂SCADA平衡、安全网络和集成清洁能源der并提供弹性电力的控制系统。AZZO还提供网络运营中心(NOC)微电网监控和集中控制功能。微电网项目开发公司喜欢AlphaStruxure正在与凯捷合作，利用AZZO的技术在美国创造同样的能力。AZZO的总部设在澳大利亚，但在美国也有子公司。它与AlphaStruxure和施耐德电气密切合作，提供微电网现场SCADA控制和基于云的微电网舰队协调、优化和NOC远程管理功能。

地平线功率DER集成实验。在政府资金的帮助下，地平线电力公司开始在皮尔巴拉地区西海岸的Onslow微电网上增加客户太阳能光伏的托管能力。Horizon Power的一些杰出的、有远见的工程师、项目经理和高管认识到需要标准化与客户DER的通信，并选择IEEE 2030.5作为主要通信协议。他们选择PXiSE作为其DER管理系统(DERMS)，并选择SwitchDin为客户站点提供安全网关，并聚合和控制DER资产。

这个实验是一个粉碎成功．SwitchDin的安全网关设备称为Droplet，可提供灵活的服务来管理可控负载(主要是空调压缩机)、太阳能光伏发电和电动汽车充电。每个液滴可以聚合其他液滴，因此地平线电力公司能够在其Onslow变电站使用液滴来帮助管理电网规模的电池和光伏系统，并为整个微电网提供实时聚合数据(通过蜂窝LTE)。

就在几周前，也就是2021年7月，地平线电力公司对100%可再生、无碳氢化合物的微电网进行了具有里程碑意义的历史性测试。在没有化石燃料发电的情况下，该系统运行了80分钟，仅包含电网级电池和太阳能，以及客户太阳能和灵活的负载管理。通过这个案例研究，该系统已经成为脱碳网格操作的典范，并且可以从这个惊人的小实用程序中学到很多东西。根据经验教训，地平线电力公司现在正在将这些能力扩展到其他微电网。

脱碳领导机会:APPA, NRECA和TVPPA的案例

现在是时候让公共电力组织积极寻求资金，积极寻求电气化和脱碳解决方案，以满足环境和客户的需求。

美国公共电力协会(APPA)、国家农村电力合作协会(NRECA)和田纳西河谷公共电力协会(TVPPA)代表公共电力公用事业成员，各自处于独特的地位，在电网脱碳竞赛中发挥真正的领导作用。

随着权力下放的进展，公共电力公用事业的作用远远超出了集中发电和输电的重点。作为领导者，公共电力公司可以制定变革议程，并推动地方层面的创新。随着短期内新的融资机会的出现，这些公用事业在脱碳和去中心化的过程中面临着几十年来最好的现代化机会。

公共电力公司有机会抓住这个机会，通过向他们的澳大利亚公用事业兄弟学习，采用新的DER集成技术。我们的联邦政府应该认识到创造下一代脱碳电网基础设施的巨大机遇，通过拨款资助公共电力公司，允许我们可以借鉴并扩展到更大的公用事业公司的小规模试验。公共电力公司必须进行内部讨论，以确定最适合他们的脱碳机会，并寻找可以通过美国政府刺激法案帮助寻求联邦基础设施拨款的合作伙伴。

公共电力公司必须抓住时机，认真对待气候变化，并在积极努力尽快脱碳方面确保领导地位。机会从未如此之大，对电网、公用事业、客户和环境的好处是巨大的。

提醒:请签署我们的请愿书，取消联邦政府对煤炭研究的资助

现在是时候尽我们的一份力量，认真对待气候变化，立即计划个人和组织参与积极的行动，以减少我们的温室气体足迹。

点击此链接签署并分享下面的请愿书:https://www.change.org/HaltCoalResearchFunding

向众议院能源和商业委员会能源部长詹妮弗·格兰霍姆，
以及美国参议院能源和自然资源委员会

煤炭燃烧比任何其他化石燃料燃烧产生更多的温室气体。虽然天然气也是温室气体的主要贡献者，但它的排放量约为煤炭的一半。然而，我们的联邦政府每年在煤炭研究上花费超过10亿美元。事实上，美国能源部(DOE)有一个国家实验室，即国家能源技术实验室(NETL)，几乎完全致力于煤炭研究。能源部每年为“煤炭优先”计划提供超过8000万美元的资金。美国能源部化石能源研究与发展计划(FER&D) 2021财年预算申请为9.31亿美元，其中5.46亿美元用于先进煤炭能源系统。

即使气候变化不是问题，与其他发电资源相比，煤炭也很昂贵。太阳能光伏和风能是目前最便宜的能源发电形式，天然气和地热则远远排在第三和第四。太阳能和风能的成本都在迅速下降，这使得资助任何化石燃料，尤其是煤炭，都是对纳税人资金的荒谬浪费。

这份请愿书建议立即取消对所有煤炭研究的资助。它进一步建议取消能源部的化石能源研究与发展计划(FER&D)，并将NETL重新用于支持煤炭行业工人的可再生能源和储能技术的再培训。我们建议NETL领导公私合作伙伴关系，在历史悠久的煤炭产区建立工厂，为美国制造商提供零部件和原材料，使美国成为生产清洁能源产品和服务的世界领导者。

这对美国纳税人、煤炭生产地区、环境和美国工业来说是双赢的。如果你同意，请在请愿书上签名。