即将到来的电气化将要求电网发展| ACEEE

许多建筑物、车辆和工厂的电气化——应对气候变化所必需的——将以需要电网发展的方式增加电力需求。约为国际能源机构减排目标的20%净零排放场景来自电气化。随着越来越多的建筑热量来自电力，而不是现场的化石燃料，许多地区将需要满足冬季电力需求，超过夏季用电量。同样，越来越多的电动卡车和工业热泵将意味着一些地区的配电网将不得不满足新的几兆瓦负荷。欧宝娱乐线上登录入口能源效率和需求响应对于保持电网可靠性和减少对昂贵的新发电和额外电网基础设施的需求将变得越来越重要。

冬季电力高峰将在全国大部分地区出现

随着电力供热负荷的增长，更多地区的电力负荷将在冬季达到峰值。全国大部分地区现在在炎热的夏季有最大负荷(峰值负荷)，但一些地区已经在冬季有电力负荷高峰。例如，在电力加热负荷和历史上适度的夏季冷却负荷的驱动下西北一般是冬季高峰。随着该地区夏季降温的增加，屋顶太阳能系统的安装也在增加，这有助于在炎热的晴天减少对电网的需求。

的东南也有很多电热，因此，一些公用事业在夏天达到峰值，一些在冬天，还有一些可以根据天气在任何一个季节达到峰值。德州这是历史上的夏季高峰，但该州有很多绝缘不良的房屋，电阻效率很低。因此，历史峰值应该是在2020年冬季风暴乌里期间，除非电力供应不足导致大范围停电。

美国其他大部分地区都有大量的制冷负荷，供暖主要由天然气和其他燃料提供。因此，这些地区的电力公用事业在夏季达到峰值，但预计到本世纪40年代，取代化石燃料供暖系统的电动热泵的增长可能会导致冬季达到峰值。加州和亚利桑那州预计将继续成为夏季高峰，可能是这一趋势的例外。下图显示了纽约独立系统运营商对冬季负荷增长的预测。

来源:纽约独立系统运营商

公用事业公司需要为增加但不均匀的负荷增长做计划

越来越多的电动乘用车和住宅热泵的使用将需要适度的配电升级。许多线路上的额外容量，促进非高峰电动汽车充电的努力，以及热泵和它们将经常更换的中央空调之间的相似性，通常会使负荷增长可控。例如，一个详细的研究PG&E系统的研究发现，为了满足电动汽车和住宅热泵负荷，到21世纪30年代，可能需要每年对现有变电站进行一到两次升级，到21世纪40年代，在PG&E为约1600万人供电的服务区，每年对现有变电站进行三到五次升级。

非常大的新负荷，如电动车队和工厂，将对配电系统产生更大的影响。例如，粗略的估计为亚马逊物流中心的200辆货车提供服务所需的电力约为4兆瓦。在阿姆斯特丹在美国，100辆公交车队使用的慢速充电器和快速充电器加在一起的峰值负荷为13兆瓦。阿姆斯特丹正在考虑将公交车数量增加到250辆。对于18轮电动汽车来说，每个充电器可能需要1到2兆瓦的电力。为纽约和马萨诸塞州部分地区提供服务的国家电网公司最近宣布检查在其领土内的71个高速公路站点进行可能的电动汽车充电负载，并得出结论，到2030年，约四分之一的站点的负载将至少达到5兆瓦，到2045年，一些高需求的充电站点的峰值充电容量可能达到40兆瓦左右。

同样，在低温和中温工业应用中，用于取代化石燃料锅炉的大型工业热泵也会增加大量的电力负荷。ACEEE对欧洲约30个工业热泵项目的分析显示，每个热泵的负荷从25千瓦到1.25兆瓦不等。作为比较，典型的家用中央空调可能会使用3.5千瓦这意味着一个1.25兆瓦的工业热泵相当于大约350个这样的家庭系统(而阿姆斯特丹的公共汽车的13兆瓦相当于大约3700个这样的家庭)。

根据布莱克和韦奇在美国，5兆瓦的新负荷通常需要新的电路，10兆瓦的新负荷通常需要新的变压器组，20兆瓦的新负荷通常需要一个新的变电站。这些都是可观的投资。主要配电系统升级的典型公用事业成本可能在15万至600万美元之间，升级现有变电站的成本可能在100万至900万美元之间加州电力运输联盟．新建变电站的成本可能要高得多。这些类型的投资通常包括在公用事业分配投资计划中，每隔几年就会提交监管机构批准。为了计划这些投资，公用事业公司、站点所有者和监管机构需要共同努力，提前几年确定所需的配电改进，以便将其包括在这些配电投资计划中。

效率和负荷管理可以使电网升级保持在可负担的水平

电气化会导致负荷大幅增长。根据Brattle集团到2050年，完全电气化的供暖和交通(轻型和重型车辆、铁路等)将使美国的电力需求增加3000太瓦，几乎是2015年电力负荷的两倍。这可能是一个极端的情况，因为不是所有的东西都将电气化，因为这个估计似乎不包括能源效率的提高。欧宝娱乐线上登录入口相比之下，2017年对东南地区的研究包括在能源效率、太阳能和需求响应方面的激进情景，导致到2040年总电力负欧宝娱乐线上登录入口荷没有增长，即使34%的车辆是电动汽车，24%的化石燃料加热的家庭转换为热泵。效率、太阳能和需求响应抵消了负荷增长。随着更激进的电动汽车和热泵假设以及工业热泵的使用，负荷将会增长。

美国电网在空间供暖电气化方面面临的最大挑战可能在北部，特别是随着极地涡旋天气事件变得越来越普遍。一个2020纸我与synapapse能源经济公司的Asa Hopkins和Kenji Takahashi合著，研究了2019年1月极地涡涡席卷中西部上部和东北部时的电力负荷。在此期间，该地区的峰值电力需求约为275吉瓦(低于该地区2018年夏季峰值330吉瓦)。如果所有的住宅和商业建筑都完全通电(寒冷气候热泵与电阻备份)，该地区的负荷将约为690吉瓦，增加2.5倍。我们发现，采取各种措施可以将这一负荷减少一半以上，降至331吉瓦，如下表所示。

注意:如果加上电动汽车充电和工业热泵，这些数字将会增加。

超过峰值负荷的两倍将是昂贵的，因为需要更多的发电以及配电和存储投资(后者是因为冬季负荷高峰的清晨太阳很低)。严重的寒流每隔几年才会发生一次。仅仅为了偶尔的负载而将电网增加一倍是没有意义的。这些场景说明了当温度降到零度以下时，能源效率、需求响应和燃料备欧宝娱乐线上登录入口份(可能是脱碳燃料)是如何结合起来大幅减少新增发电量和电网升级的。