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通过支付来降低电力供应成本会导致需求增加

2019/04/26 00:00
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对太阳能和风能的依赖程度的提高改变了管理高峰需求的方法。该专栏详细介绍了丹麦实验的结果,该实验旨在压缩需求,客户被随机分配以根据他们可以在一天中的某些时段之间转移的消费量获得回扣。要求客户将消费转移到净需求低的时期

Fri Apr 26 2019 16:00:40 GMT+0800 (中国标准时间)

LauraMørchAndersen,LarsGårnHansen,Carsten Lynge Jensen,Frank Wolak,2019年4月26日

对太阳能和风能的依赖程度的提高改变了管理高峰需求的方法。该专栏详细介绍了丹麦实验的结果,该实验旨在压缩需求,客户被随机分配以根据他们可以在一天中的某些时段之间转移的消费量获得回扣。要求客户将消费转移到净需求低的时期,这将使该公用事业每天节省100,000欧元的成本。矛盾的是,需求转移减少了对已安装发电容量的需求,但却增加了整体需求。

需求响应计划已用于减少高峰期的电力消耗。在这些期间,公用事业公司将向客户收取更高的价格,或者如果他们将消费量降低到基线水平以下则支付回扣。使用需求响应计划的公用事业明智地减少了他们的年度峰值需求。

满足1,000兆瓦(MW)的高峰需求需要至少1,000兆瓦的装机容量。但如果需求响应计划将年度峰值降低100兆瓦,那么系统中的装机容量也可减少100兆瓦。该公用事业公司可以建造和运行100兆瓦的容量,以满足每年的需求。然后,它可以以较低的年平均价格形式传递这些成本节约。

Borenstein等。 (2002)详细分析了这种方法对需求响应的经济理论,实际意义和实证有效性。 Faruqui和Sergici(2010)调查了15个现场实验的结果,量化了电力需求的价格响应。

间歇性资源

风能和太阳能等间歇性可再生能源不按要求发电,但在天气条件允许的情况下。对这些间歇性可再生能源的依赖程度的提高改变了管理高峰需求的方法。

由于具有显着的间歇性可再生能源发电能力,峰值需求不太可能超过系统中的总装机容量。相反,需求响应挑战是将电力需求与间歇性可再生能源生产期间相匹配。这意味着公用事业公司为消费者提供价格信号,以增加这些时期的需求,使其远离太阳能和风能产生很少或没有电力的时期。

图1说明了这一点。淡蓝色线是加利福尼亚州在2019年4月1日每隔五分钟间隔内的平均需求量。红线是五分钟需求与五分钟风能和太阳能产量之间的差异 - 通常称为净需求。

图1 2019年4月1日加州平均五分钟需求和净需求(MW)

资料来源:Andersen等。 (2019)。

加利福尼亚州太阳能发电量高意味着净需求在当天中间最低。可调度发电机组必须满足净需求,这些发电机组可以根据短期价格信号增加和减少产量。在加利福尼亚州,这些主要是天然气发电机组。

由于净需求在当天中间下降,许多这些单位必须在夜间开启以满足净需求的快速增长,并在早晨太阳能产量增加时关闭。如果给消费者提供价格信号以在一天中间增加消费,导致需求在当天早些时候和晚些时候下降,那么当天中间的净需求将会更高,而其余时间的净需求将是降低。

出于同样的原因,快速启动和停止的汽车每英里燃烧燃料的速度超过恒速燃速,快速增加和减少产量的天然气发电机组消耗更多的天然气产生兆瓦时(MWh)能量比同一单位在恒定水平下运行。白天净需求减少也降低了可调度的天然气发电能力。当存在明显的间歇性风能和太阳能容量时,如此平坦的净需求将降低运行系统的经济和环境成本。

尝试动态定价

我们最近使用丹麦消费者的实地试验分析了动态定价政策的有效性(Andersen等,2019)。客户被随机分配,根据他们可以在一天中的某些时段之间转换的消费量,在他们的电费上获得不同的回扣水平。转移消费的请求在一天中,几天内和客户之间随机分配。这些请求是通过短信发送到客户的手机上的,在三小时内他们被要求将他们的消费转移到或离开的两到五个小时的通知。

我们的实验产生了三个主要结果

  • 不对称的影响。对于相同的每单位回扣,将消费转移到三小时期间的请求的电力消耗变化比用于将消费从该时期转移的请求减少了两到三倍。例如,如果“进入”请求导致消耗增加1.5千瓦时(KWh),则对相同折扣的“离开”请求通常仅导致消耗量下降0.5千瓦时。
  • 减少超过“进入”期间。客户要求将他们的消费量转换为三小时的时间段,在短信和该时段开始之间的时间内减少他们的消费,并且在“进入”时段结束后再次持续相同的时间。
  • 在“离开”时期之外增加。客户要求将消费量从文本消息和期间开始之间的三小时增加的消费时间转移,并且在“离开”期间结束后再次持续相同的时间长度。这些需求变化的幅度和统计精度的绝对值远小于“进入”变化。

反事实分析

我们确定为这些客户提供服务的丹麦公用事业公司可以通过在实验中宣布“进入”和“离开”事件来节省批发购买成本,假设所有公用事业公司的住宅客户都遵守此定价计划。为此,我们使用了丹麦电力市场的总需求报价曲线和总供给报价曲线,并将每小时的总需求报价曲线移动了事件导致的估计变化。

我们发现每日平均批发能源成本节省超过100,000欧元是可能的。这表明,与宣布“进入”和“离开”事件相关的消费者和生产者之间可以分享可观的经济利益。

由于“进入”消费变化较大,并且“进入”期间前后需求减少的模式更大,我们认为在加利福尼亚宣布太阳能生产高峰期的“进入”事件会产生更为平缓的净需求模式在一天中,在经济和环境方面成本会降低。

要求付费客户在高峰期可再生能源生产过程中消费更多,这将有助于为短期存储技术(如电池)提供急需的投资。消费者将消费转移到一段时间的信号也会告诉电池拥有者在发送文本消息和“进入”期间开始之间释放任何剩余能量。电池所有者将在“进入”期间充电,然后放电。

一个以接近零边际成本生产间歇性可再生能源并且使用“进入”事件转移消费的世界可能会增加年度电力需求。但由于“进入”事件使净需求趋于平缓,系统可能会以较少的安装发电容量维持可靠供应:净需求较为平均意味着剩余容量的使用更为集中。

参考

安德森,LM,LG汉森,C Lynge Jensen和FA Wolak(2019),“可以激励增加电力使用可以降低整合可再生资源的成本吗?”,NBER工作论文25615。

Borenstein,S,M Jaske和A Rosenfeld(2002),“电力市场中的动态定价,高级计量和需求响应”,能源市场研究中心工作文件105。

Faruqui,A和S Sergici(2010),“家庭对电力动态定价的反应:对15项实验的调查”,“监管经济学期刊”38(2):193-225。

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