夏威夷在能源十字路口-第2部分：多少可再生能源？

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多少可再生能源？

以下是《能源十字路口》上夏威夷的第二部分，该报告于2015年10月发布，内容涉及岛民在电网转型的高峰期面临的艰难选择。阅读本周早些时候出版的第1部分，并在下周继续关注第3部分。

夏威夷面临很多风险，其中包括巨大的屋顶太阳能潜力，可能使每个岛屿更加接近100％可再生电力（下）。大多数岛屿仅从屋顶太阳能就能获得20％至30％的电力。

根据该州，每个岛上除了屋顶太阳能（下）之外，还具有可再生能源选择。

看起来每个岛屿都有可再生能源以满足其年度电力需求，然后除了奥阿胡岛（O'ahu）以外，还有一些可再生能源。但是上面的图表是根据NREL报告中的数字得出的，它忽略了该岛可以利用的许多机会。

根据实用文档，到2030年，HECO的年度需求可能会下降超过1000吉瓦时，主要是通过提高能源效率。根据夏威夷公用事业委员会的调查结果，如果实施更深入但经济可行的能效标准，瓦胡岛的需求可能会进一步下降-到2030年每年降至5,000 GWh。（在其他岛屿上也可以实现类似的额外节省。）

上表未包括的一些被忽略的资源可以满足对O'ahu的需求减少。ILSR已根据平均安装系统规模将岛上的屋顶太阳能潜力调整为1,262 MW。根据HECO最新的资源计划，新增了700 MW的公用事业规模太阳能和75 MW的陆上风能。其他消息来源估计，该岛上海上风能和抽水蓄能的潜力为数百兆瓦。尽管预计生物质和生物燃料具有更大的潜力，但仍假定其将继续保持其2014年的生产水平。海洋热能转换和波浪能中什至数千兆瓦的能量（这里未包括在内）都可能使奥阿胡岛远远超出其当地可再生能源极限。

在每个岛屿上实现100％可再生能源的未来并非没有争议。尽管现场太阳能可以满足很多潜力，但奥阿胡岛尤其必须利用风能之类的资源，这会引发有关成本，文化和环境影响以及可变性的问题。例如，鸟类迁徙的模式阻碍了考艾岛实用风的发展，也可能影响在瓦胡岛和其他岛屿上发展大规模风的潜力。地热能也在大岛上引起了当地的反对。

屋顶太阳能的力量

幸运的是，现场可再生能源（对环境的影响最小）的潜力是巨大的。全面发展的屋顶太阳能将为瓦胡岛提供三分之一的电力，而如果进一步提高能效，则将提供更多电力。

即使没有补贴，屋顶太阳能也不便宜。与其他可再生能源和下面的能源效率一起显示，它在经济上与燃烧燃油产生的电力竞争。

虽然其他可再生能源技术将倾向于由第三方开发，但要充分利用屋顶太阳能的潜力，则需要解决HECO公司与其客户之间在赔偿方面的重大冲突。各个岛屿的补偿差异超过两倍，但主要通过零售电价或“替代成本”之类的替代指标来跟踪石油价格。HECO最近提出了将其太阳能发电客户的补偿额减少一半以上的建议。

客户自选屋顶太阳能的当前补偿率

问题在于，屋顶太阳能电池阵列产生的太阳能是否能为电网提供与其客户一样多的价值。此问题并非专门针对夏威夷人。 《美国环境》最近通过说明这一辩论来说明，在大多数大陆州，太阳能的价值超过了太阳能生产商通过抵消其对公用事业的能源使用而获得的补偿。但是，正如奥斯汀能源公司前高管卡尔·拉巴戈（KarlRábago）所说，“公用事业公司根本不认为自己不拥有或控制的东西可以成为资源。”

像许多内地的公用事业公司一样，HECO公司声称，非太阳能客户每年向使用太阳能的用户提供补贴，金额高达5300万美元。但是，该公用事业公司尚未对太阳能的成本和收益进行研究，也没有在最近的两个费率案例中解决该问题。换句话说，净计量可能不是最准确的太阳能估值，但是公用事业公司和公用事业委员会迄今都没有提供更准确的替代方法。

除了在赔偿方面的斗争之外，还存在潜在技术限制。几年前，HECO公司通过“ 15％的规定”临时限制了太阳能，声称屋顶电网最多只能提供15％的电网峰值能源。该规则仅基于数据松散地进行，随后的调查表明，在不进行重大硬件升级的情况下，太阳能可以为电网提供几乎两倍的电量。

最近几个月，美国国家可再生能源实验室和其他机构确定，夏威夷的电力线从技术上讲可以处理公用事业公司以前建议的两倍的分布式能源，从白天最低负荷的120％到250％。这一飞跃是通过更新Enphase智能逆变器的固件设置（HECO估计其在所有住宅光伏安装中的90％）和新旧太阳能安装上实现的。

尽管已经超过了对本地太阳能的许多技术限制（例如15％规则），但公用事业公司仍在争辩说电网也面临着全球限制，如所谓的“鸭曲线”（右图，因其相似性而论）到水禽的侧面）。随着考艾岛上安装了更多的太阳能，这大大减少了白天的用电需求（紫色曲线所示）。夏威夷的其他岛屿现在或在不久的将来也面临类似的情况，公用事业公司断言“任何发电资产都必须受到削减[太阳能是可能的候选者，因为其容量不足是造成这种情况的原因]，电力需求将不得不增加，否则将需要大量的存储资产来存储多余的发电量，并确保可以取消使用常规设备的信心。”

在其他所有条件相同的情况下，屋顶太阳能的大量增长带来了一个财务问题：对其他发电厂的白天剩余需求很少，例如该公用事业公司现有的燃油（或拟用天然气）机组。但是公用事业公司可能在夸大其电厂快速增加生产的技术挑战。从效率，向西转换太阳能电池板，到分时定价等多种解决方案，尚未在夏威夷以任何可衡量的规模部署。

尽管客户现场发电的数量是空前的，但迄今为止，克服的技术限制相对较小。鉴于其最小的环境危害和经济效益的局限性，与大型发电厂相比，分布式发电对客户也具有优势。

尽管有这些优势，但屋顶太阳能不足以为大多数岛屿供电。但是，存在储存太阳光和其他可再生能源的机会。

能源储备

廉价的能量存储被视为在风不吹而太阳不照耀时为电网供电的灵丹妙药。在可能的情况下，广泛使用的一种形式是抽水设施，它在需求低时使用电力将水上坡泵入水库，并在需求增加时通过下坡的涡轮机释放水。其他形式的能量存储（例如化学电池）正变得越来越经济，一些人估计在未来五年内存储价格将下降60％。

对于高电价的夏威夷来说，现在的未来是储藏。几家夏威夷公司已经计划向电力客户提供带有太阳能光伏系统的电池存储。至少有两家，SolarCity和Blue Planet Energy提供了使客户完全脱离电网的服务。夏威夷公用事业公司已经在加利福尼亚州公用事业公司的领导下，对风能和太阳能发电厂附近的存储设备进行了试验，以应对变化，现在，它们开始着手解决存储设备问题，以应对高峰需求。

在短期内，诸如电池之类的能量存储可以最大程度地帮助“快速升温”事件，即电力需求或供应快速上升或下降的时期。使用风能或太阳能时，这会在风突然消失或通过云层将太阳完全短暂遮盖时发生。

传统上，KIUC的燃油和柴油发电厂填补了快速上升的空白。但是，KIUC的Anahola太阳能电池阵列上的新电池已于2015年夏季投入使用，因此该公用事业公司可以避免使用这些肮脏的峰值发电厂。该电池可存储4.62兆瓦时的电量，而瞬间分散的电量高达12兆瓦，前期总成本为700万美元。（相比之下，4.6兆瓦的太阳能电池阵列的成本可能约为800万美元。）这种半挂车大小的存储设备使公用事业公司可以通过任何经过的云层来平滑太阳能的供应。

虽然电池通常在短时间内供电或吸收电能，但可以为其他响应速度较慢的存储方式（例如抽水蓄能）或常规发电提供时间，以填补更大的供电缺口。但是从长远来看，电池存储可以帮助改变风能和太阳能，模仿传统的发电厂。

最近的一个例子是，考艾岛合作社与SolarCity达成协议，从该国首个“可分派”公用事业规模的太阳能阵列中购买能源，之所以这样称呼，是因为增加了一个大电池，可以按需提供电力。52兆瓦时的电池和13兆瓦的太阳能电池板将能够为四个晚上的2000多个家庭存储正时太阳能。包括30％的联邦税收抵免和35万美元的州退税，可调度太阳能每千瓦时的成本为14.5美分，略高于KIUC的其他公用事业规模的太阳能，但比现有的燃料油发电便宜。

该合作社还正在考虑抽水蓄能，特别是6500万美元的25兆瓦项目预计在2019年建设。它每天可提供高达250,000千瓦时的能源，其运行价格与石油相当，一旦项目获得回报，则将降至每千瓦时几美分。如果获得批准，它甚至可以取代合作社对液化天然气作为发电厂燃料的考虑。

尽管在夏威夷的每个岛上都有数百兆瓦的潜力，但HECO并未在其计划中考虑抽水蓄能，因为它“高度依赖场地的可用性，可能会面临大量许可和公众接受的挑战，资本成本高昂，并且需要长期开发时间（超过7年）。”然而，为LNG设置散货运输码头面临许多相同的挑战，成本更高，使用寿命只有一半。此外，抽水蓄能水电比使用液化天然气享有更多的社区支持。

抽水电与本地能源相结合，具有巨大的潜力来帮助夏威夷实现100％可再生能源标准。使用HECO自己的数字（在该范围的高端），抽水电的平均成本徘徊在每千瓦时10美分附近。除了屋顶太阳能以外，抽水蓄能以接近每千瓦时25美分的平均成本提供电力，尽管KIUC报告的较低的资本成本和不断下降的太阳能成本表明，不久所有岛屿公用事业的平均成本甚至更低。 。

看似很高的成本可能是值得的。在最近的文件中，加利福尼亚能源存储联盟建议太阳能加储能的电网价值等于每千瓦时成本25美分（对加州公用事业而言）。El Hierro是加那利群岛的一个岛，其电力需求仅是考艾岛的一半，目前通过已安装的抽水系统已接近100％可再生能源。

公用事业公司在争论存储技术与天然气的优点时，分布式存储的增长并不是那么安静，这使家庭或企业主可以改变能源的使用，甚至完全脱离电网。夏威夷的公用事业特别容易受到使用分布式存储从电网“损坏”的客户的影响，因为它们的电力成本很高。

今年早些时候，特斯拉汽车公司宣布发布Powerwall电池，这是首批商业上可行的住宅存储技术之一。现在可以以每千瓦时500美元的价格安装一个7千瓦时的Powerwall电池，估计十年后价格会降至300美元或以下。ILSR估计，与Powerwall配对的住宅太阳能电池阵列的无补贴能源成本为每千瓦时19至30美分，通常低于从现有公用事业公司购买电的成本。在配电网络上使用一组电池，例如毛伊岛智能电网项目的1 MW电池，可能具有相似或更大的规模经济。

智能电网

夏威夷的储能和分布式能源的经济性非常出色，将它们与新的分布式智能电网技术相结合已经使大岛的牧场主能够想出一种方法，比新州提前多年实现100％可再生能源的使用法。

2014年，当HELCO预计其费率在未来几十年内将接近每千瓦时1美元时，Parker Ranch总裁兼首席执行官Neil“ Dutch” Kuyper认为他可以做得更好。因此，他做了许多公用事业公司会做的事情–他雇用了顾问，为他的牧场和周边社区制定了微电网计划。

该牧场目前为慈善信托机构，分布在夏威夷岛西北端的130,000英亩土地上。那里有26,000头牛在原始牧场上放牧，这片土地还具有丰富的可再生能源潜力，包括风能，地热能和抽水蓄能。200兆瓦的可用抽水蓄能足以满足整个岛屿的需求。最终，顾问们建议，与保持HELCO客户相比，Parker Ranch作为一个更清洁，更智能的网格可以更经济地运行。

这种“智能”电网与20世纪的“哑”电网形成鲜明对比，后者的特点是从公用事业到客户的单向功率流，最小的自动化程度以及除电网运营商以外任何人的实时操作数据最少。智能电网具有先进的电表，电子监控功能，并广泛分布着各种大小的能源。它可以将分布式能源（例如家用电池和太阳能）与大规模能源进行协调，可以自动避免或减少停电，并可以提供实时数据和价格。微电网（例如在Parker Ranch提出的微电网）是一种本地化的智能电网，它可以独立于较大的电网运行。

对于Parker Ranch新生的公用事业“ Paniolo Power”而言，创建微电网意味着重建输电和配电网，直至客户的电表。经过30多年的融资，人们发现，可再生能源提供的微电网的成本低于从现有公用事业公司购买电力的成本。

到目前为止，HECO公司将其智能电网的工作范围限制在一些政府支持的微电网和智能电表的部署上，其影响要小得多。HECO在O'ahu的六个集群社区中的5200座房屋中拥有智能电表，仅占其总客户群的一小部分。

同时，2013年，可爱岛岛合作社在大多数可爱岛房屋中安装了智能电表，总计超过30,000个。这一转变帮助合作社更准确地预测和管理能源需求，并重新设计了电价，包括为其成员所有者制定的使用时间试点计划。

NextEra已承诺加快在HECO领土上安装智能电表的速度，但所有公用事业公司都可以做得更多。为了在该州充分利用屋顶太阳能，将需要电池和需求转移设备，以在阳光明媚时充分利用室内的电力，并在白天管理流向配电线路的能量。在智能管理下，屋顶太阳能的渗透不必超过配电网络的技术限制。然后，白天多余的能量可以转移到晚上的需求上。

落基山研究所已经探索了使用智能电网进行灵活的负载管理（如考艾岛正在测试的）对公用事业的作用。他们发现，特别是对HECO而言，电动汽车充电以及干燥机，空调，热水器和电池存储的控制可将屋顶太阳能的现场使用率从53％提高到89％。对于每个房屋约$ 1,000的投资，客户将减少33％的账单，同时开辟了非出口屋顶太阳能的全新市场。随着越来越多的客户使用自己的太阳能，这将减少对配电网的需求以及对更多分布式或集中式备用电源或存储的需求。

夏威夷的电力供应途径是开放的。但是，根据HECO，NextEra甚至是可爱岛合作社的说法，并不一定是未来。

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