低谷期烧水,高峰期用水的智能电热水器能省多少钱?

2016-03-07 09:03:00
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        美国有 5,000 万户家庭使用电热水器,这些电热水器都可能成为需求反应(demand response)减低用电高峰的资源,也可用来以储热的方式做为能源储存用途,或是更进一步与电网结合提供即时快速调控资源,不仅可成为稳定电网的“隐形电池”,也可能为用户带来实质回馈,80 加仑电阻式电热水器应用于电网快速反应用途,每年可为用户带来 172 ~ 216 美元的收益。

        美国环保组织国家资源保卫会议(Natural Resources Defense Council,NRDC) 、国家乡间电力公司协会(National Rural Electric Cooperative Association,NRECA)、尖峰负载管理联盟(Peak Load Management Alliance,PLMA),以及明尼苏达州非营利电力公司大河能源(Great River Energy)委托经济顾问公司布拉妥集团(Brattle Group)研究电热水器的电网用途,于 2016 年 1 月发布“隐形电池”(The Hidden Battery)研究报告。

        在美国,电热水器用电占全国家户用电 9%,仅次于冷房用电的 13% 与照明用电的 11%,超过 4 成美国家庭都使用电热水器提供热水。若使用储热式电热水器,用户可在离峰时间热水储存起来使用,避开尖峰用电,如此可达到用电时间转移的功能,将尖峰用电转移到离峰,因而减少电费,也能帮助电网压低尖峰负载;而近年来的新技术,则可让电热水器与电网进一步结合,成为与电网互动的电热水器,可由电网以相当短的时间间隔控制,接近即时反应,而能提供电网频率调整或其他平衡电网的服务。

        另一方面,在传统电阻式电热水器以外,目前也有另一个节能热水器的趋势,即热帮浦式电热水器,热帮浦式电热水器的原理,就是结合冷房或除湿需求,开冷气或除湿时,压缩机产生的热,由冷水带走,成为热水储存起来使用,如此一来也可大为降低电力消耗。研究报告比较两种热水器在不同使用情境下的经济效益如何。

       

        凸显电网应用对用户的潜在利益

       

        研究中将与电网结合的程度分为 3 种,最基本的是只是纯粹避开尖峰使用的“降低尖峰负载”用途,其次是以储存热能做为电网能源储存设备的“热能储存”,结合最密切的是与电网能接近即时互动,提供多种服务的“快速反应”用途,试算分别能为用户创造多少利益。结果发现,最多可年省 216 美元。

        以电阻式储热式电热水器而言,80 加仑机种若于 PJM 电网地区,“降低尖峰负载”用途只能年省 1 美元,“热能储存”可年省 57 美元,“快速反应”用途可年省 172 美元,而若于风能发展快速的 MISO 电网地区,至 2028 年时,将可年省 216 美元;再与热帮浦式热水器比较,50 加仑机种于 PJM 电网地区可年省 66 ~ 76 美元,在 MISO 电网地区至 2028 年时可年省 60 ~ 65 美元。

        电阻式电热水器加装无线电控制系统,就可由电网单向控制,成为需求反应资源,在电网遇上紧急情况时关闭以避免跳电,数十年来,美国国家乡间电力公司协会的许多会员企业以此将电热水器列入需求反应资源,不过美国法规日趋严格,这样的单纯应用产生的效益太低, 2010 年时美国能源部新的指引下,电阻式电热水器相较于瓦斯热水器以及热帮浦式热水器显得能源效率不足而将被禁售,2015 年美国国会通过法案,大于 75 加仑的较高能源效率机种,且与电网链接可提供电网服务的电阻式热水器可望排除于禁售范围之外,因而开启新技术的商机。

        此次报告则更凸显了电网应用对用户的潜在利益,在 MISO 电网地区,由于美国中部正快速发展风能,将有更多调控需求,风能的变动成本趋近于零,当风能过剩时,会扩大离尖峰电价差距,因此智能储热式电热水器的效益更显著,年省 216 美元虽然不多,但是 5 年下来,已经足以让当初的装机费用回本,在经济效益的推动下,电热水器智能化的趋势将获得更大推力。

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updated: 2020-12-01 03:31:38