能源效率和能源技術發展對用電量和尖峰負載的中長期影響可能不同-以美國新英格蘭地區為例
重點摘述
能源效率措施、再生能源和電動車發展會改變電力消費和尖峰負載。美國新英格蘭地區積極發展能源效率、太陽光電、熱泵空調和熱水，而且一般預期電動車將會普及。美國能源效率經濟委員會(ACEEE)嘗試分析2040年這四個項目在不同情境下，新英格蘭地區的電力消費和尖峰負載的差異。[1]
1. 新英格蘭地區各州的能源效率表現在美國排名領先。新英格蘭電力調度中心(The New England Independent System Operator, ISO-NE)的十年負載預測有考量太陽光電和能源效率的影響(圖1)。
圖1、新英格蘭電力調度中心的十年負載預測 - 上圖為用電量、下圖為夏季極端天氣的尖峰負載[1]
ACEEE設定三個情境，各情境的四個項目發展情況，請見表1：
1. 基準情境-依據美國能源部能源資訊局發布的2016 Annual Energy Outlook設定的2040年新英格蘭地區基準情境。這裡考慮了潔淨電力計畫(Clean Power Plan)的影響。
2. 加速發展情境-政策上加強促進能源效率、太陽光電、電動車和熱泵應用。
3. 積極發展情境-推動能源效率、太陽光電、電動車和熱泵到可達到的極限。
表1、新英格蘭地區三種情境下四項參數的設定值[1]
2015-2040年新英格蘭地區電力消費在基準情境是微幅增加1%，加速情境和積極情境電力消費各減少2%和10%。2030年之後熱泵和電動車普及，2030-2040年電力消費有逐年增加情況，發生折坳的情況，如圖2。
圖2、2015-2040年新英格蘭地區三種情境下的電力消費量[1]
2015-2040年電力負載變化，加速和積極情境下能源效率和太陽光電發展帶動夏季尖載下降，如圖3。2030年之後熱泵和電動車普及，2030-2040年夏季尖峰負載維持固定水準，不再降低；冬季時太陽光電沒有作用，2030-2040年冬季尖載反而增加，拉近夏冬兩季尖載水準，長期下冬季尖載甚至可能超過夏季尖載水準。請見圖4和圖5。
1. 目前新英格蘭地區夏季和冬季用電尖峰分別在傍晚5點和6點。ISO-NE認為，太陽光電設置量增加後，夏季尖峰時間會延後。因此ACEEE設定夏冬兩季尖峰時間均為傍晚6點。
2. ACEEE以平均氣候狀況估計尖峰負載，而非極端天氣狀況(ISO以極端天氣估計尖峰負載)。此外，ACEEE未考慮需量反應措施和儲能影響。
圖3、2015-2040年新英格蘭地區三種情境下的夏季尖峰負載[1]
圖4、2015-2040年新英格蘭地區夏冬兩季尖峰負載-左圖為加速情境、右圖為積極情境[1]
圖5、2040年新英格蘭地區積極情境相對基準情境的夏冬兩季尖峰負載差異-左圖為夏季、右圖為冬季[1]
評析
新再生能源和能源效率措施快速發展下，電力系統管理越加複雜。新英格蘭地區長期電力負載的案例顯示，未來十年用電量和尖峰負載可能顯著降低，長期新型態電力需求(如電動車和熱泵)出現可能改變用電量和尖峰負載，因此中期和長期的電源管理目標和方式將不同。
1. 未來十年需求面管理在電源管理的角色加重，電業法規和電力市場要相應調整。成熟的能源效率政策和新再生能源應用(如太陽光電和風力)將降低電力系統對傳統電源的需求，也衍生新再生能源電力併網問題。因此需求面管理措施日益重要，電業法、電力市場規則應修改朝向開放和鼓勵節能和需量反應相關產業的發展。
2. 長期下技術應用不確定性高，必須持續關注並且分析不同情境對電力系統的衝擊。長期下新興技術可能成熟普及(如電動車、熱泵)，系統管理手段多樣化(如儲能、地熱、海洋能技術)，電源開發和電網建設有很大不確定性。因此系統管理者必須關注技術發展，分析各種可能情境的電力需求和尖峰負載，以及對電力系統的衝擊。
參考資料
[1] ACEEE, Electricity Consumption and Peak Demand Scenarios for New England, 2016.08.31.