美國有 5,000 萬戶家庭使用電熱水器，這些電熱水器都可能成為需求反應(yīng)(demand response)減低用電尖峰的資源，也可用來以儲熱的方式做為能源儲存用途，或是更進一步與電網(wǎng)結(jié)合提供即時快速調(diào)控資源，不僅可成為穩(wěn)定電網(wǎng)的“隱形電池”，也可能為用戶帶來實質(zhì)回饋，80 加侖電阻式電熱水器應(yīng)用于電網(wǎng)快速反應(yīng)用途，每年可為用戶帶來 172 ~ 216 美元的收益。
美國環(huán)保組織國家資源保衛(wèi)會議(Natural Resources Defense Council，NRDC) 、國家鄉(xiāng)間電力公司協(xié)會(National Rural Electric Cooperative Association，NRECA)、尖峰負載管理聯(lián)盟(Peak Load Management Alliance，PLMA)，以及明尼蘇達州非營利電力公司大河能源(Great River Energy)委托經(jīng)濟顧問公司布拉妥集團(Brattle Group)研究電熱水器的電網(wǎng)用途，于 2016 年 1 月發(fā)布“隱形電池”(The Hidden Battery)研究報告。
在美國，電熱水器用電占全國家戶用電 9%，僅次于冷房用電的 13% 與照明用電的 11%，超過 4 成美國家庭都使用電熱水器提供熱水。若使用儲熱式電熱水器，用戶可在離峰時間熱水儲存起來使用，避開尖峰用電，如此可達到用電時間轉(zhuǎn)移的功能，將尖峰用電轉(zhuǎn)移到離峰，因而減少電費，也能幫助電網(wǎng)壓低尖峰負載;而近年來的新技術(shù)，則可讓電熱水器與電網(wǎng)進一步結(jié)合，成為與電網(wǎng)互動的電熱水器，可由電網(wǎng)以相當短的時間間隔控制，接近即時反應(yīng)，而能提供電網(wǎng)頻率調(diào)整或其他平衡電網(wǎng)的服務(wù)。
另一方面，在傳統(tǒng)電阻式電熱水器以外，目前也有另一個節(jié)能熱水器的趨勢，即熱幫浦式電熱水器，熱幫浦式電熱水器的原理，就是結(jié)合冷房或除濕需求，開冷氣或除濕時，壓縮機產(chǎn)生的熱，由冷水帶走，成為熱水儲存起來使用，如此一來也可大為降低電力消耗。研究報告比較兩種熱水器在不同使用情境下的經(jīng)濟效益如何。
凸顯電網(wǎng)應(yīng)用對用戶的潛在利益
研究中將與電網(wǎng)結(jié)合的程度分為 3 種，最基本的是只是純粹避開尖峰使用的“降低尖峰負載”用途，其次是以儲存熱能做為電網(wǎng)能源儲存設(shè)備的“熱能儲存”，結(jié)合最密切的是與電網(wǎng)能接近即時互動，提供多種服務(wù)的“快速反應(yīng)”用途，試算分別能為用戶創(chuàng)造多少利益。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，最多可年省 216 美元。
以電阻式儲熱式電熱水器而言，80 加侖機種若于 PJM 電網(wǎng)地區(qū)，“降低尖峰負載”用途只能年省 1 美元，“熱能儲存”可年省 57 美元，“快速反應(yīng)”用途可年省 172 美元，而若于風能發(fā)展快速的 MISO 電網(wǎng)地區(qū)，至 2028 年時，將可年省 216 美元;再與熱幫浦式熱水器比較，50 加侖機種于 PJM 電網(wǎng)地區(qū)可年省 66 ~ 76 美元，在 MISO 電網(wǎng)地區(qū)至 2028 年時可年省 60 ~ 65 美元。
電阻式電熱水器加裝無線電控制系統(tǒng)，就可由電網(wǎng)單向控制，成為需求反應(yīng)資源，在電網(wǎng)遇上緊急情況時關(guān)閉以避免跳電，數(shù)十年來，美國國家鄉(xiāng)間電力公司協(xié)會的許多會員企業(yè)以此將電熱水器列入需求反應(yīng)資源，不過美國法規(guī)日趨嚴格，這樣的單純應(yīng)用產(chǎn)生的效益太低， 2010 年時美國能源部新的指引下，電阻式電熱水器相較于瓦斯熱水器以及熱幫浦式熱水器顯得能源效率不足而將被禁售，2015 年美國國會通過法案，大于 75 加侖的較高能源效率機種，且與電網(wǎng)鏈接可提供電網(wǎng)服務(wù)的電阻式熱水器可望排除于禁售范圍之外，因而開啟新技術(shù)的商機。
此次報告則更凸顯了電網(wǎng)應(yīng)用對用戶的潛在利益，在 MISO 電網(wǎng)地區(qū)，由于美國中部正快速發(fā)展風能，將有更多調(diào)控需求，風能的變動成本趨近于零，當風能過剩時，會擴大離尖峰電價差距，因此智能儲熱式電熱水器的效益更顯著，年省 216 美元雖然不多，但是 5 年下來，已經(jīng)足以讓當初的裝機費用回本，在經(jīng)濟效益的推動下，電熱水器智能化的趨勢將獲得更大推力。
The Hidden Battery
Report: Smart Water Heaters Could Pay Back $200 per Year in Grid Services
Electric Co-ops and Natural Resources Defense Council Launch “Community Storage” Initiative; Unveil New Research from The Brattle Group
