如何发展一个盈利的100%可再生能源体系

随着技术的进步，实现 100% 可再生能源的途径越来越多样化。因此现在的核心挑战已经转变为如何在建立新能源体系的同时提高成本效益。


Marbletown是一个位于Catskills山和Shawangunk山边缘，拥有石岭和高瀑布的小镇，占地55平方英里，有5500个居民。该镇的环境保护委员会（ECC）和哈德逊河谷可持续发展工作小组最近进行了一项 100% 清洁能源 ( 不仅包括电力，还包建筑和交通 ) 的规划工作。他们发现，Marbletown人口稀少，并且具备两个特点，一是参与了社区自主聚合计划（Community Choice Aggregation，简称 CCA）；二是其天然气资源比较匮乏。这两个特性使小镇有机会 100% 利用可再生能源，同时还可以降低成本。

1、参与CCA计划

在纽约州能源愿景改革计划的推动下，Marbletown 最近加入了CCA计划。CCA将取代该镇的哈德逊电力中心（Central Hudson），成为纽约州市场默认的电力供应商。

CCA和小镇希望利用集体购电的力量，提供更低的电价。如果最后CCA无法提供更优惠的电力，该镇可以免责退出计划。

当2019年初 Marbletown CCA开始运营之后，该镇居民使用的大部分会是降低了成本的可再生能源电力。

2、建筑电气化

虽然天然气资源匮乏看似是一个缺点，但现在成功促使 Marbletown能够直接跨越式发展到全电力建筑，从而提高成本效益。就像有些国家在无线电话普及后跳过了昂贵的电话基础设施安装一样。

天然气热泵就如同上面例子中的固定线路电话一样。落基山研究所（RMI）在2018年发布的报告《建筑电气化的经济效益》（The Economics of Electrifying Buildings）中，比较了五个城市（奥克兰、休斯顿、普罗维登斯和芝加哥）的空气源热泵与有空调和没有空调的常规供暖的生命周期成本。

他们发现，在新建筑中，空气源热泵通常比天然气热泵更具成本效益，并且在采用这两种方式的普罗维登斯，其成本效益比使用燃油或丙烷高。

该报告作者之一、RMI电力业务经理迈克·亨臣（Mike Henchen）表示，通过RMI的模型发现，由于芝加哥的气候较冷，在一个典型的冬季，芝加哥的空气源热泵的电能利用效率比普罗维登斯低15%。

根据美国国家气象局的数据，普罗维登斯冬季的日平均气温在24℉～40℉之间。芝加哥的气温在15℉～ 32℉之间， 而Marbletown的气温在21℉～36℉之间。因此，可以预计，在Marbletown，空气源热泵产生热量的效率将比普罗维登斯低7%左右。

美国能源情报署的数据显示，普罗维登斯所在的罗德岛州的平均零售电价为0.163美元 / 千瓦时（约合1.088元/千瓦时）。在 Marbletown，目前每度电的成本约为0.13美元 ( 约合 0.86 元，不包括CCA的预期节省)。纽约州电价为0.145美元／千瓦时（约合 0.968 元／千瓦时）。此外，Marbletown 的燃油价格大约比普罗维登斯高20%。

综上，在该镇使用空气源热泵供暖所节省的成本应比普罗维登斯多30%左右。这些价格差异将完全抵消冬季该镇空气源热泵电能利用效率的轻微下降，用电力替代燃油节约的成本是非常可观的。

3、电动汽车

与供暖不同，Marbletown 向电力交通过渡的优势不是很明显。作为一个乡村小镇，大多数居民的日常生活完全依赖汽车。一个优势是该镇位于阿尔斯特地区的中心。地区政府在建设电动汽车充电站设施方面一直处于领先地位，还将这些充电站开放给公众使用。

该镇利用州拨款在社区中心安装了一个电动汽车充电站，并正与邻镇Rosendale 合作在二者共享的市政办公室安装电动汽车充电站，帮助当地两家非营利组织在其办公场所安装电动汽车充电器。

纽约州提出了一项电动汽车充电站的资助计划，该计划需要使用联网的商业充电站。但是，这些联网基站与部分本地手机网络不兼容，计划的推行受到了阻碍。镇长们认为，该补助计划应该囊括适合农村地区的非联网充电站。此外，计划过于关注重点交通走廊的高速充电，而忽视了工作场所和休闲场所（如远足小径）的二级充电。

Marbletown 的年能源成本▼


4、季节性不匹配

实现100% 可再生能源电力供热的另一个困难是季节性不匹配。供暖负荷在冬季达到高峰。Marbletown位于北纬42° , 隆冬时期只能接受9个小时的光照 , 但在仲夏有15个小时。除了时长之外，冬季太阳高度角较小，导致光伏装置1月份的发电量只有7月份的一半甚至三分之一。

冬季光伏发电量下降，但取暖用电需求增加，最终将把纽约州的用电负荷高峰从夏季转移至冬季。目前该州正在部署引进 240 万千瓦的海上风电，并从魁北克进口大量水电。

长距离南北高压直流输电项目，例如拟议的大西洋风电输送项目，不仅可以在冬季供暖季节向纽约州输送可再生能源电力，还可以向夏季降温负荷更大的地区输出过剩的光伏电力。

5、当地资源情况

Marbletown没有吸引开发商的风能资源。除了太阳能，当地的可再能源还有水电和生物质能。

该镇有许多小溪和一座建成的径流式水电站，目前正在与当地开发商Current hydro 合作进行开发和升级。很多小溪水量非常大，到了冬天就形成了一道美丽的瀑布。因为不能实现有效的监管，土地所有者常常担心会有人因为误入该区域而受伤。开发水电，既可以解决潜在的责任问题，又可以提供电力，是个非常科学的方法。

目前，许多城镇居民还采用燃烧木材的方式取暖。鼓励采用先进的木材锅炉也可以减少冬季用电，并减少效率较低的老型号锅炉的污染。纽约州也对安装先进的木材加热系统提供津贴奖励。

6、下一步计划

许多向100%可再生能源过渡的政策建议都涉及公用事业和激励计划，而这些都超出了一个乡村小镇的权限。但小镇也有许多可以开展的工作。目前Marbletown参与了一项推广活动，在镇内安装了16个住宅光伏装置。未来计划利用愿意出租屋顶用于社区太阳能开发的开发商，为当地几家非税组织提供太阳能电力；与小型水电开发商合作调查当地公用事业公司拥有的水电站的升级改造，以提高其产量，并评估当地河流建立小型水电设施的可行性；修改建筑许可证的条款，使其有利于建筑电气化，并倾向热泵，而不是缺乏供暖能力的空调。


目前城镇所面临的最大问题是工作人员数量稀少，且只具备有限的专业知识。镇委员会和委员会的志愿者们正在通过各种方式加强自己的能力。但从另一面看，像 ECC 这样的志愿组织在小镇上往往可以产生更大的影响。无论是优点还是最初认为的缺点，经有效利用后都有可能推动发展。现在，小镇能源体系正走向一个更现代，更经济，更清洁的未来。