报告执行摘要

美国的电力公司计划在未来15年内对包括发电、输电以及配电设施等在内的传统电网基础设施进行投资。总投资金额可能达一万亿美元，亦或年投资金额在500亿至800亿美元之间。这将弥补多年对此方面投资不足的状况。但据官方预测，继全美电力销量十年来持平或下降之后，未来15年内电力销量增长速度将继续放缓（年增长速度低于1%）。这些投资可能会导致同期内零售电价上涨。

与此同时，这些用户能够在何时用电、用多少电，甚至是何时发电、发多少电等方面有更多的选择，这些电表后端的分布式能源资源选项越来越具有成本效益。这些双向趋势（即电网零售电价上涨与分布式发电成本下跌对电网的交互影响，或在极端情况下分布式甚至可以取代电网）以及用户对这些趋势的回应方式已经给电力行业带来很大的挑战。这也可能会带来电表两侧资源的过度投资或不必要的重复建设。

然而，电力公司和用户方面在电表两端各自的投资都是基于这样一个观点，即需求曲线大部分是不灵活的，灵活性（弹性）仅来自供应侧。现在，一种新资源能使需求侧也变得非常灵活。需求弹性（Demand Flexibility）发展并扩宽了传统需求侧回应机制所具有的能力。它使得电力需求能够通过价格信号或其它机制不断地对变化的市场情况做出回应。需求弹性正在被证明是一项未得到充分利用的，并能够为供应侧与需求侧之间动态平衡提供缓冲的机会。如果能够充分地利用这一机会，需求弹性将为用户和电网创造出可量化的价值，如电费节省、延缓基础设施升级等。

在此报告中，我们分析了需求弹性的经济效益。单单从居民用电方面来看，广泛实施需求弹性可节省10%至15%的潜在的电力系统成本；而且基于目前的电费费率，用户可利用现有技术将他们的电费削减10%至40%。在美国，目前约有6500万居民用户已经可以选择使用分时电价，这表明需求弹性具有经济可行性。由此可见，需求弹性的总体市场是很大的，而且随着更为精细零售定价的推出，肯定会得到进一步发展。

需求弹性的定义

需求弹性是利用通讯和控制技术，在每天各时段里转移电力使用情况，同时以相同的或更好质量和较低成本提供终端服务（例如空调、家庭热水器和电动汽车充电等）的能力。实现需求弹性，一方面需要通过利用自动控制系统在不影响用户使用的前提下，不间断地改变用户的用电需求曲线。另一方面也需要更为精细的费率结构，从而通过为用户和电网降低成本，实现需求弹性的套利。

重要的是，需求弹性既不会让用户体验变得复杂，也不会降低用户体验的质量。现有的技术和商业模式已经可以在保持甚至提高用户服务质量、简化操作流程、提供更多选择以及提升能源价值的同时，无缝地转移负载。

弹性负载的新兴价值：为分布式能源资源降低电网成本提供更广泛机会

具有需求弹性的电力负载可称为弹性负载，即可以按照经济性或其它信号在白天或夜间时段里被转移的需求电力的负载。重要的是，弹性负载可以提供多种电网服务（参见表格ES1）。用户有一系列选择来满足他们的电力需求，而非简单地在用电时向电网购买电量。现在，用户还可以选择通过分布式发电设施自己发电，减少用电（提高用电效率，又称负负载），或是通过需求弹性改变用电时间（参见图表ES1）。为了以最低的成本为用户和电网提供最大价值，须对这四个选项进行整体评估。

表格 ES1

研究发现

美国居民用电需求弹性能节省美国电网预计90亿美元的年投资费用，占全美预计总投资的10%以上，同时也能在年度能源生产和辅助服务费用方面节省40亿美元。

尽管我们的分析主要集中于需求弹性对用户的价值，大规模布局需求弹性降低总电网成本的能力也不应被忽视。仅挖掘空调和居民热水器两项家用电器的需求弹性，就能在保持用户的舒适度和服务质量不变的情况下，降低8%的美国高峰用电需求。根据行业通用的对可避免成本的估值方法，由此降低的高峰用电需求量在传统电网投资领域，包括发电、输电和配电等方面，每年可节省90亿美元。另外，根据每小时的电价对这些家电的一小部分能源需求进行优化，还可再降低多达30亿美元的成本，此外，每年需求弹性还能为电网提供价值10亿美元的辅助服务。年均130亿美元（参见图表 ES2）只是对需求弹性的经济效益潜力的保守估值，因为我们对居民用电方面仅分析了灵活负载的一小部分，并未将需求弹性可以带来的其它几项效益项目计入在内。

需求弹性每年为用户节省大量电费，达10%至40%

在本报告的四个分析情景中，使用现行的电费费率，需求弹性可为用户节省10%至40%的电费。对所分析的每个电力公司服务领域里的所有相关用户来说，从总量而言，在各情景中需求弹性能为该电力公司所有相关用户每年总共节约电费在1.1亿至2.5亿美元之间（参见图表 ES3）。这些情景仅仅考虑了空调、居民热水器，以及电动汽车充电等少数几项基本的需求弹性来源，就已经展示了需求弹性在将负载转移至电价更低的时段（见图表 ES4）、减少高峰用电需求（见图表 ES5）、并增加太阳能光伏发电电量就地消纳等方面的显著能力（见图表ES6）。其中，在对夏威夷的情景研究中，电热衣物烘干机和电池储能系统也在需求弹性方面发挥了作用。

方法论和假设

我们根据具体、具有说明性、真实的电力公司费率结构通过两个案例（共四个情景）对居民用户需求弹性的经济性做了分析。

• 在更精细的电费费率下通过改变用电时间来降低电费
  1. 对居民用户收取实时电价（伊利诺斯州联邦爱迪生公司 ComEd）
  2. 对居民用户收取需量电费（亚利桑那州，索尔特河项目 SRP）

• 提高了以用户为中心的分布式电力资源部署的价值
  1. 提出的房顶太阳能光伏发电的富余电量不可上网（夏威夷电力公司 HECO）
  2. 减少对太阳能光伏发电的富余电量上网的补偿（阿拉巴马州电力公司 APC）

我们使用详细的用电消费模式数据对不同气候条件、不同季节和不同费率结构情况下转移需求电量的模型进行了校准；并对五项主要的需求灵活的居民用电负载进行了经济性分析。

• 空调（AC）
• 家用热水器 （DHW）
• 电动汽车 （EV） 充电
• 电热烘干机循环定时
• 电池储能系统

电力公司应将需求弹性视为减少电网成本的一项资源，但是，按照不利于房顶太阳能光伏发电的零售费率，在没有净电能计量（NEM）的情况下，需求弹性可通过提高房顶太阳能光伏发电的经济效益来加快负载脱离电网的进程。

有些电力公司和行业组织正在考虑或主张改变传统的净电能计量规则，从而以低于电力公司零售价的费率来补偿上网的光伏富余发电电量（与之前我们讨论过的可避免成本补偿的案例类似）。我们基于落基山研究所发表的《负载脱网的经济性分析》一文的研究成果做了进一步分析，我们发现，如果美国东北部地区电力公司取消补偿或按照可节省成本对光伏富余发电量上网进行补偿，需求弹性则可提高非输出型太阳能光伏发电的经济效益，电力公司的售电量和收入将败给用户安装的房顶太阳能光伏发电的售电量和收入，借此加速电力销售和收入从电力公司向用户端屋顶光伏转移的进程，也就是所谓的负载脱电网的进程。（见图表ES7）。

启示

需求弹性代表了一个较大的、颇具成本效益的、而且在很大程度上未被利用的机会。利用这一机会，能够减少用户电费和电网成本。它也可让用户能够保护房顶太阳能光伏发电的价值主张，以及适应变化中的电费费率设计。建立在利用弹性负载基础上的商业模式现在可用于为多达6500万的用户提供服务，这些用户有权选择利用现有的实时精准费率，无需新的监管、技术或政策。考虑到效益、广泛用途以及成本效益，大范围应用需求弹性技术和商业模式对于电力行业的利益相关方来说，应该是近期需要考虑的优先事项。

第三方创新：寻找当前机会，为用户创造价值

许多不同种类的公司均可捕获弹性负载的价值，其中包括家庭电量管理系统供应商、太阳能光伏设备开发者、需求响应公司以及电器制造商。这些创新方可采取下述举措，从需求弹性带来的机会中获利：

• 利用现有机会，增加用户实力，提供产品和服务，与传统的、搭配式电力公司售电模式互补或与之竞争。
• 向用户提供比节省电费更多的好处，认识到用户会因为除成本以外的原因而需要弹性技术。
• 寻找标准化的和安全的技术，在制造工厂里整合，以便降低成本，更快地规模化需求弹性。
• 与电力公司结成伙伴关系，通过提供能进一步减少电网成本的其它服务，在电表前端的需求弹性中获利。

电力公司：利用精心设计的费率减少电网成本

各类电力公司，包括垂直整合的、仅有输电线的以及零售电量供应商等，均能通过以下步骤捕获需求弹性的电网价值

• 引入和推广能够反映出边际成本的电费费率，以确保用户能降低电费开支（而且因此电力公司的收入下降），也能有意义地降低电网成本；
• 将弹性负载作为一项能够减少电网成本的资源，而非仅仅将其看作为一项对收入的威胁；
• 通过将费率报价与那些能够促使电费节省和电网成本下降的技术和面向新用户的业务模式挂钩，利用能实现功能的技术和第三方创新成果。

监管方：将弹性负载作为一项成本最低的解决方案给予推广，以解决电网面临的问题

各州监管方应发挥作用，要求电力公司将需求弹性视为一项能够降低电网系统成本和用户电费的成本最低的资源。监管方应考虑如下几个方面：

• 认识到需求弹性的成本优势，并要求电力公司将弹性负载作为一项潜在的、更低成本的选项，以替代一部分传统电网基础设施的投资需求。
• 鼓励电力公司提供各种费率，让用户有更多选择，为用户和电网平衡高度实时精准的费率与大价值取向之间的可能存在的复杂性。
• 鼓励电力公司寻找能够将费率设计和技术以及第三方创新者结合起来的合作伙伴，向用户提供简单的、更低成本的应用体验。