屋顶太阳能和家用电池使清洁电 更加实惠

分布式能源不是大型发电厂的替代品，而是一种补充。

能源界喜欢争论分布式能源资源（ DER ），屋顶太阳能电池板和客户拥有的电池的价值，这些电池正变得越来越流行。现在，加利福尼亚州正在就屋顶太阳能的能源价值进行斗争，这只是一场长期战争中的最新小规模冲突，这场战争已经跨越了许多州。

圈子里的传统观点是，DER提供的价值不足以克服这样一个事实，即它们产生的能量在每千瓦时的基础上比公用事业规模的太阳能，风能和电池产生的能量贵得多（根据NREL的数据，住宅太阳能的价格大约是公用事业规模太阳能的2.5倍）。

出于这个原因，许多专家将DER视为一种精品能源，并认为公共资金最好花在公用事业规模的能源上。

事实证明：不，这是错误的。一些突破性的新模型表明，DER对整个电力系统的价值远远大于通常所欣赏的价值。

集中式能源和分布式能源之间的错误斗争

为了理解集中式能源和分布式能源之间的区别，重要的是要了解输电 之间的区别，输电 是长距离传输电力的高压电力线，配电 是向当地消费者输送电力的低压电力线（从熟悉的棕色电线杆上串起）的巢穴。如果输电 是州际公路电力系统，则配电 是分支这些主干道的本地道路系统。

集中式能源通常是指直接连接到输电 的公用事业规模的发电机（或储能）：煤炭或天然气工厂，风电场，太阳能场，电 规模的电池组，你有什么。大东西。

分布式能源包括在配电 上产生，存储或管理电力的任何东西：屋顶太阳能电池板，地面安装的“社区太阳能”阵列，消费电池，电动汽车，建筑能源管理软件等。（然后是真正的分布式能源，以离 装置的形式，不连接到任何更大的电 。我们今天不会讨论这个问题。

一些分布式太阳能覆盖了停车场。（照片：Getty Images）

为了笼统而有些粗暴地描绘，集中式可再生能源的倡导者倾向于将分布式能源的倡导者视为无法处理现代性的脆皮田园原始嬉皮士。他们指出，公用事业规模的能源更便宜，能够为能源密集的现代经济提供动力，而分布式能源则是昂贵和分散的。

分布式能源的倡导者倾向于将集中式能源的倡导者视为企业资本家，受制于永久增长。他们指出，分布式能源带来了一系列好处，从弹性和独立性到避免的基础设施的节省，而公用事业规模的能源往往会对景观造成更大的破坏并集中经济力量。

像能源界的许多争端一样，这场争端已经变成了一场身份之争，这是令人讨厌和徒劳的，因为答案与许多其他争端一样，是两者兼而有之。

尽管如此，值得注意的是，分布式能源的倡导者迄今为止一直处于劣势。量化DER的好处可能非常困难，因此很多讨论都变成了手摇欲坠的无形资产。

量化DER对大型电 系统的好处尤其困难，因为迄今为止的能源建模实际上忽略了配电 （约占美国电力支出的三分之一）。它纯粹将它们视为负载，视为需要满足的需求，而不是电 管理中积极灵活的参与者。

直到现在！

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或者，直到几个月前。12月，能源建模师克里斯托弗·克拉克（Christopher Clack）（Volts读者熟悉的名字）和他在充满活力的清洁能源（VCE）的团队推出了一种新的能源系统建模方法，该方法考虑了DER及其提供的服务。他们用它来研究DER对电力系统的影响，结果总结在“最低成本电 的新路线图”中。（此处为完整技术 告;此处为幻灯片演示。

剧透：最便宜的无碳美国电 涉及更加集中的可再生能源，但它也涉及更多的分布式能源。更重要的是，它们远非替代品，而是互补的：您实施的DER越多，您可以在系统上放置的集中式可再生能源就越多。DER是一种公用事业规模的可再生促进剂。

实际含义是，全力以赴DER对每个人都有利，从公用事业到消费者，在电力供应链上下。

（如果你想深入了解这些材料，请查看Clack在Chris Nelder的《能源转型秀》（Energy Transition Show）上的采访。这是兴高采烈的书 ;我不能强烈推荐它。

最便宜的能源方案是清洁和分布式的

VCE工作的核心是Clack最先进的建模工具：天气知情能源系统：用于设计，运营和市场规划（WIS：dom）。它允许分辨率低至两英里见方的区域，并每五分钟做出一次调度决策。它考虑了几十年来的粒度天气数据，气候影响，政策，所有形式的发电，存储，传输等等。VCE吹嘘说，它“利用的数据点是传统模型的10，000倍”。

在这项研究中，WIS：dom被增强以更好地理解和表示配电 ，以便它可以将输电和配电系统整合到一个系统中并共同优化它们。它得到了关于DER的成本和能力的更好信息以及更多的选择;例如，它不是启动新的发电机来满足峰值需求，而是可以利用分布式太阳能和电池。

传输/分配接口。（断续器）

根据克拉克的了解，以前没有人这样做过，所以有很多实验来纠正它。Clack 说：“我不得不花费大量资金、时间和资源来升级模型在这上面，在此过程中遇到了很多故障。“这就是为什么我相信我们首先做到了，因为我花了很多时间试图找到其他人来做这件事，所以我不必做艰苦的工作。

建模问题是：如果将高分辨率优化工具作为选项，它会选择部署它们吗？如果是，多少钱？

更广泛的社会问题是：DER是否有助于降低清洁电力系统的总体成本？如果是，多少钱？

直接跳到结果：如果您将DER作为模型的一个选项，它将部署绝对负载的DER（在前10年中额外花费约100亿美元），并且这样做可以大大降低整体系统成本。

（断续器）

BAU-DER比BAU（上面的蓝线）便宜3010亿美元，这意味着即使我们不关心气候变化，我们也可以通过部署更多的DER来节省资金。

CE-DER比CE（绿线）便宜4730亿美元，这意味着DER将使电力脱碳比集中式可再生能源和存储便宜得多。

这是踢球者：CE-DER比BAU（红线）便宜880亿美元，这意味着，从经济上讲，我们使用DER将电力排放量减少95%比继续维持现状更好。

无论您是否担心气候变化，无论您是否想减少排放，无论您是否关心当地社区的健康和弹性，部署DER都会降低系统成本。这是财政上负责任的事情。

现在，请注意上面红线的形状（在较小程度上，请注意绿线）。使用DER脱碳的场景在前10年左右的时间里更加昂贵，因为它们利用这些早期部署了大量的DER。

美国目前安装了约98千兆瓦的屋顶太阳能和不到一千兆瓦的分布式储能系统。到2025年，CE-DER将部署额外的75千兆瓦分布式太阳能和27吉瓦的分布式存储;到2035年，分别是200和90。（到2050年，分别是247和160。

从现在开始，这是一场绝对的DER建筑狂欢。

（断续器）

然而，在投资增加的早期阶段之后，随着DER在系统效益方面得到回 ，储蓄开始飙升。

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DER使电 上的其他一切更好地工作

直到大约五分钟前的整个电力历史中，电 运营商将电力需求视为一个外生变量，这是他们必须与供应相适应的固定数字，而不是他们能够控制的东西。

DER价值的关键在于它们使电力需求更加可控。由于能源生产和储存分散在整个配电 中，电 运营商有一种方法可以在地理和时间上移动能源，而无需启动更多的发电厂。如果需求下降，它们可以吸收额外的能量，或者如果出现峰值，它们可以产生额外的能量。整体效果是平滑“需求曲线”。

看看下面右上图上的粗黑线 — 这是整个代表性年份的分布需求曲线：

看看右上角的需求曲线，然后看看右下角的需求曲线：更平坦！（断续器）

现在请注意右下角图表上的同一条黑线。通过分布式太阳能和储能满足小需求峰值，对公用事业规模能源的需求趋于平稳。

下图显示了“负载持续时间曲线”，该曲线显示了需求有多高，一年中的频率以及DER如何影响它：

（断续器）

从左边的尖峰可以看出，有相对罕见的极高需求期（峰值）。问题在于，当前的电力系统必须调整大小以满足这些峰值，即使这意味着许多发电厂在大多数时候最终处于闲置状态。Clack说，今天，电 上大约20%到25%的发电能力 – 大约300-350千兆瓦 – 每年覆盖约3%的能源负荷。（简而言之，这就是为什么各地的电力系统都如此过度建设的原因。

曲线上的浅蓝色阴影区域显示了DER可以提供的需求减少（右侧的深蓝色是需求的增加）。DER不仅可以在全国范围内平均“削减峰值”17%，还可以减少一年中80%的小时对公用事业规模能源的需求。它们也使负载持续时间曲线更加平坦。

这些需求均衡效应带来了四大好处：

这些好处解释了为什么CE-DER比CE便宜得多，甚至比BAU便宜得多。他们解释了为什么，尽管屋顶太阳能在每千瓦时的基础上可能比集中式太阳能成本更高，但其价值更大。

为配电系统注入DER可以使电 运营商更加稳定，并提供更多选择，包括更多的可再生能源。

DER使更多公用事业规模的可再生能源成为可能

风能和太阳能很便宜，但它们是可变的。他们按照自己的时间表来来去去，不受我们的控制。会有一些时候——几秒钟、几分钟、几小时，有时是几周和几个月——风能和太阳灯的暴跌以及其他一些东西来填补空白。

传统上，这个角色是由可调度的发电机扮演的，这些发电机可以随意上下调-如今，主要是天然气工厂。鉴于大多数天然气工厂，至少是那些没有碳捕获的天然气工厂，将不得不在脱碳系统中逐步淘汰，因此人们正在寻找“坚定的”零碳替代品 – 想想核能，水力，天然气或具有碳捕获的生物质，或地热。

但VCE的建模表明，DER可以发挥很大一部分作用，Clack称之为“负载上的坚定剂”。

通过让电 运营商更多地控制需求，到2045年，DER实际上消除了由于暂时供过于求而导致的弃风弃电或弃置可再生能源。正如它们允许更有效地利用输电一样，它们允许我们消耗现有公用事业规模可再生能源产生的更多能源。

它们还防止了人们熟悉的“价值通缩”问题——在特定时间和地点，更多的风能和太阳能与同一时间和地点的现有风能和太阳能竞争——通过为电 运营商提供一系列时间和地点特定的需求旋钮，他们可以随意调高或调低，以更好地适应可再生能源。

通过防止价值通缩，DER将允许在系统上使用更多新的可再生能源（以及更多热发电和化石发电的退役）。这就是为什么CE-DER方案比CE情景构建更多的公用事业规模的风能和太阳能。CE-DER可建造800千兆瓦的公用风能，800兆瓦的公用太阳能和200的公用设施存储，而CE建造的风能少60千兆瓦，太阳能少50千兆瓦（尽管电池略多）。

通过使可再生能源能够四处移动，DER释放了更多的可再生能源 – 同样，具有模型中未捕获的巨大公共卫生效益。

从技术上讲，正如Clack告诉Nelder的那样，“该模型表明，分布式[太阳能]和某种组合的存储最终比公用事业规模太阳能和分布式太阳能的[水平化]成本的差异更高。

更通俗地说，尽管在未来十年内这将需要大量的前期投资，但在国家的分配系统上铺设一层DER是我们能做的最好的事情，以实现我们在未来十年所需的快速减排。

DER不是公用事业规模可再生能源的精品版本或分散注意力;它们是必要的补充、推动者和加速器。

（断续器）

DER将意味着更多的就业机会

VCE做了一些分析，估计与传统情景相比，DER增强的情景每年将增加100万个工作岗位。

按理说，大规模部署DER将创造大量就业机会。这些都是非常动手的劳动密集型项目。由于分销系统在美国无处不在，它将在该国的每个地方创造就业机会（尽管不是统一的）。

我通常对就业预测持怀疑态度，所以我不知道在特定数字中投入多少利益，但我们可以确信更多的DER=更多的就业机会。

DER可能会加速现有电力市场的崩溃

VCE的建模表明，目前的电力市场如果不进行改革，在未来10到20年内基本上会崩溃。DER将以两种方式加速这种崩溃。

首先，它们将减少需求高峰，这在当前市场中产生了巨大的价值。许多峰值工厂将被取消或关闭，峰值资金将枯竭。

电力市场是为化石燃料发电机建造的。他们需要改革 – 但这是另一个帖子的主题（这是一个良好的开端。

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清洁电气化提升了 DER 的价值

一个有趣的说明：克拉克说，如果WIS：dom不仅被告知要使电力脱碳，而且要使整个经济脱碳（即使一切电气化），那么DER对电 的价值实际上翻了一番。

利用DER的全经济脱碳方案比不使用DER的方案节省了一万亿美元。VCE将很快发布一份关于整个经济脱碳的新 告。

DER还提供一系列共同效益

VCE的建模仅捕获DER对整体电 性能和成本的贡献。它没有捕捉到许多长期吸引客户的好处：对掉电和停电的弹性，暂时（或永久）离 的能力，独立于公用事业和州监管机构的异想天开，减少个人温室气体排放，最重要的是，降低电费。

所有这些好处将有助于推动DER的早期采用，因为它们对电 的价值正在上升（尽管它们应该通过公用事业，州和联邦激励措施来提升）。

DER 的值应该在所有模型和状态中可见

Clack说，只需四段代码即可将WIS：dom开放到配电 – 其他模型，包括公用事业公司在规划中使用的模型，可以很容易地复制这一点。

“我如此热衷于让它变得相对简单化的原因之一是，它应该能够被其他模型采用，”他说。“也许他们不会像我们一样节省那么多，因为不同的模型逻辑，但我非常有信心他们会表现出类似的轨迹。

充满活力的清洁能源@VibrantCE

??今天发布??的完整技术 告，我们发布了关于“为什么本地太阳能和储能成本更低”的完整技术 告。两周前，我们发布了主要发现：在共同优化分销时节省了4730亿美元。此版本提供了更多详细信息！

十二月14th 2020

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这只是过时的实用新型和实践使成本过高，清洁能源转型过慢的另一个领域。传统上，公用事业公司一直对DER充满敌意，将其视为竞争对手或净成本，但VCE的建模证明了应该显而易见的一点：在整个配电 中注入灵活的发电和存储提供了一个绝佳的工具，可以帮助稳定电 ，可再生能源不断增长，电力负荷增加，并降低所有纳税人的成本。

VCE的工作显然与全国各地正在进行的关于净计量的许多斗争密切相关。（特别参见加利福尼亚州。公用事业公司希望减少太阳能房主生产的能源费用，但VCE的建模表明，如果有的话，他们应该得到更多的 酬。它们可以帮助降低所有纳税人的费率。公用事业和州在财政上激励尽可能多的DER增长是有意义的。

公用事业公司需要停止将 DER 视为入侵、中断或分心。它们不仅仅是公用事业规模能源的更小，更昂贵的版本。它们是一个坚实的基础，将帮助公用事业公司建立稳定，可靠的脱碳电力系统。

DER对每个人都有好处

您很少会遇到真正双赢的能源解决方案，但是DER如果得到适当的理解和部署，对每个人都有好处。

它们为建筑业主节省了资金，提高了个人和社区的弹性，创造了当地就业机会，减少了高峰需求，平准了需求曲线，从现有的发电机和输电线路中获得更多收益，解锁了更多公用事业规模的风能和太阳能，提高了可靠性，并降低了系统成本。

从现在开始，我们应该在任何地方建造很多这样的设施。