分布式光伏发电定价机制探讨范文

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《电力需求侧管理杂志》2016年第5期

摘要：

分布式光伏发电在当前新能源发电中占有重要地位。由于分布式光伏用户的源、荷双重属性，使得现行供电成本分摊方法面临困难。特别在光伏渗透率不断提高前提下，原有激励力度较大的定价方式与补贴政策中存在的弊端日益显现。对此，在介绍分布式光伏发展的基础上，对国内外分布式光伏发电定价方法进行归纳总结，并分析了各方法的优缺点，进一步分别从用户与电网角度阐述了当前光伏定价中存在的问题。在综述上述问题解决方法基础上，对其提出相应的改进与建议，为分布式光伏的持续健康发展提供支持。

关键词：

分布式光伏；定价机制；成本分摊

1分布式光伏的发展概况

面对传统化石能源无法再生、环境污染加剧、世界能源日益紧张的格局，可再生能源利用成为社会的关注焦点。作为取之不尽、用之不竭的可再生能源，太阳能发电以其充分的清洁性、绝对的安全性、供应的可靠性、资源的充足性、巨大的经济性以及稳定的使用寿命与免维护性等优点，在长期的能源战略中具有重要地位。光伏发电技术利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能，已成为世界上发展最快的新能源发电技术之一。虽然高成本目前仍是制约光伏发电发展的主要障碍［1］，但技术进步带来成本下降的趋势较为明显，光伏发电正在日益普及。分布式光伏通常是指利用太阳能发电，发电功率在几千瓦至数十兆瓦的小型模块化、分散式，布置在用户附近的、就地消纳、非外送型的发电单元。国家电网公司的《关于做好分布式光伏发电并网服务工作的意见》［2］中定义分布式光伏为位于用户附近、所发电能就地利用、以10kV及以下电压等级接入配电网且单个并网点总装机容量不超过6MW的光伏发电项目。根据测算，该范围能涵盖所有的屋顶和光电建筑一体化项目。全球光伏发电项目发展迅速。2011年底全球光伏装机容量约为70GW，截至2015年末则达到227GW，预计2016年全球新增光伏装机可达48～52GW；2011—2015年平均年增长率56.1%，预计2016年年增长率为22.0%［3］。根据24个国际能源署光伏技术工作组参加国的统计数据，全球分布式光伏发电装机量前五的国家分别为德国、日本、美国、意大利、法国。到2010年底，分布式系统的累计装机容量约有23.4GW，占光伏累计装机容量的66.8%。其中，德国分布式光伏发电系统在光伏系统中的占有率为86.6%，日本为97%，美国为68.2%［4］。预计到2020年全球分布式光伏装机容量将达到60GW［5］。我国是全球光伏发电安装量增长最快的国家，目前已成为世界上光伏装机容量最大的国家。《太阳能发电发展“十二五”规划》［6］指明了我国光伏发展的方向，其中明确提出将分布式光伏作为未来国内光伏市场应用的重要领域。截至2015年，我国光伏装机容量及分布式光伏占比的发展情况见图1，可见分布式光伏占比有上升趋势。配合积极稳定的政策扶持，预计到2020年我国光伏安装量有望达150GW，年发电量可达1700亿kWh；分布式光伏装机达70GW，约占太阳能发电总装机量的46%［7］。

2分布式光伏定价及补贴政策

2.1定价方法

一般而言，综合成本法是电价制定的常用方法，它采用以一定规则对未来给定电价计算期内供电总成本进行分摊的方式来定价。例如：美国大部分居民、商业和工业终端用户的零售电价通常采用三部制进行成本计算与分摊：基本用户费用（美元/户）、电量费用（美元/kWh）、容量费用（美元/kW）。其中，基本用户费用包含测量、计费和其他行政工作的成本，它通常采用每户每月缴纳固定费用的形式；电量费用体现供电企业向发电企业购电的成本，有时也会考虑其他成本，如：辅助服务或者传输电能的成本；确定容量费用的基本原则为回收电力系统在发电容量、输电、配电基础设施上的投资。这样的定价方式准确、全面地反映了发电、输电、配电、用电的成本，并进行了合理的分摊。边际成本法是另一种电力市场中常用的定价方法，它是通过生产的微增所产生的成本微增来定价。在竞争的市场中，采用边际成本法可获得最大的社会效益，并能正确反映电能的未来价值，给予用户正确的用电信号。以此为基础，为引导用户改变电力消费的固有模式，提高电力系统运行的效率和可靠性，电力市场中常采用峰谷分时电价（TOU）、实时电价（RTP）、阶梯电价（LEP）、尖峰电价（CPP）［8］等，激励用户参与需求侧响应。上述定价的基本原理在分布式光伏定价中同样适用。

2.1.1光伏净能量计量法

净能量计量法是分布式光伏发电最常见的补偿形式。电网以光伏用户在用电终端节点流入和流出的净功率为依据给予光伏发电补偿。目前美国46个州以及哥伦比亚特区均采取或曾经采用过净能量计量法。这种“能够简单理解和实现”的方法允许具有分布式发电资源的用户以零售电价被补偿［9］。同时，根据不同地区的具体情况，监管者还提供了电价政策的不同选择。例如：在净计量的补偿机制下，结合实际情况，制定不同分级模式的平稳阶梯电价、分时阶梯电价以及实时电价等。

2.1.2太阳能价值定价

太阳能价值电价以分布式光伏发电提供给电力公司的实际价值为原则定价。2012年，美国奥斯汀能源成为第一个用太阳能价值电价法替代净能量计量法的电力公司［10］。2014年，明尼苏达州第一个实现全州推行VOST政策［11］。奥斯汀和明尼苏达州都采用了一种25年期的平均成本电价，其中包括环境影响、对电网及社会的影响等价值因素，而不再基于零售电价计算。换句话说，与NEM不同，VOST考虑并评估光伏发电对电力公司的全生命周期经济价值。VOST是一种新出现的概念，基于价值的分布式发电定价原理的研究正在兴起。文献［12］提出了一种考虑系统成本、金融问题、生命周期和贷款期限等假设的平准化发电成本法（levelizedcostofelectricity,LCOE），评估了光伏技术、融资利率、太阳能资源等不同条件下的全生命周期内的光伏发电度电成本，并进行了技术和经济上的灵敏度分析。这为准确计算光伏发电成本提供了思路，可以为确定太阳能发电的实际价值提供参考，有利于更好地制定分布式光伏定价政策，促进其健康发展。

2.2国外光伏发电补贴政策

各国补贴政策多与本国的具体情况相结合，各有不同特点［13］。德国的光资源条件较差，光伏发电的年利用小时数不超过900h，光伏发电还受土地使用、电网结构等各方面的限制，然而通过补贴政策的实施，德国成为全世界光伏发电应用最成功的国家之一。截至2011年底，德国光伏发电总装机容量达到2470万kW，其中分布式光伏发电系统容量占比近80%，主要应用形式为屋顶光伏发电系统，单个发电系统平均容量仅为20kW。德国光伏发电补贴政策采用差异性、逐年递减的固定上网电价。日本鼓励小容量的光伏发电系统，而不鼓励大容量的光伏发电系统。2009年1月重新启动的住宅光伏补贴政策为7万日元/kW，预算额达209.5亿日元，但同时要求装机容量需小于10kW。而且，如果要享受政策必须达到一定的效率水平，需要获得JET证书和质量保证书，且安装成本需低于70万日元/kW。日本将10kW以上的太阳能发电电价定为42日元/kWh，收购期为20年。美国的补贴政策主要有2种：一种是税收抵免政策，还有一种是直接的现金奖励。居民或企业法人在住宅和商用建筑屋顶安装光伏系统发电所获收益，可享受投资税减免，减免额相当于系统安装成本的30%。消费者购买或安装特定光伏发电产品，每户家庭可获得最高500美元的抵税额。而直接现金奖励则包括部分退款、津贴和系统性能奖励。

2.3我国光伏定价方式及补贴政策

我国居民零售电价是考虑综合成本均摊的一部制电价。对于分布式光伏，倡导就近发电、就近并网、就近转换、就近使用，因此常采用“自发自用、余量上网”的运营模式。我国的分布式光伏系统以工商业设施和公共设施上的并网系统为主，截至2012年底,我国累计光伏装机容量为7GW，其中分布式光伏系统累计装机容量为2.5GW，占比36.4%（主要为“金太阳”补贴项目）［14］。在分布式光伏系统补贴政策方面，主要有“金太阳示范工程”和“光伏建筑一体化示范工程”［15］。这2种政策的补贴方式是国家对于分布式光伏项目进行初始投资补贴，这种补贴方式有效的推动了分布式光伏系统的发展，但是这种补贴方式导致了企业为补贴而建设，大量分布式光伏系统质量和发电量均不能达到基本的设计要求。为引导分布式光伏系统健康发展,国家发展改革委于2013年8月30日出台了《关于发挥价格杠杆作用促进光伏产业健康发展的通知》（发改价格［2013］1638号）［16］。通知明确，对分布式光伏发电项目，实行按照发电量进行电价补贴的政策，补贴标准为0.42元/kWh，而分布式光伏的反送电量按照当地脱硫电价收购，价格补贴期限原则上为20年。通过补贴方式的变化，运用价格杠杆来促进分布式光伏发电的健康发展。

3当前分布式光伏定价中存在的问题

3.1对分布式光伏用户的影响

一些研究评估了不同电价机制下安装太阳能发电设备用户的经济效益变化。文献［17］以加利福尼亚州PG&G和SCE电网公司的实际数据为案例进行评估，在结合零售电价的净计量政策下，讨论用户分别选择分时电价与统售电价的总电费节约，这些电费节约包括太阳能发电对同时期电量消费的抵消以及每小时富余光伏发电以零售电价所获的补偿。同时，对其他有潜在补偿作用的电价结构的影响也做了分析，包括基于市场电价分时修正的固定电价、小时市场电价、月平均市场电价等。其中，市场电价（MarketPriceReferent，MPR）采用基于联合循环燃气轮机，考虑运行和固定成本的长期市场批发电价。研究显示，净计量电价制度下用户电费节约最大，而3种替代电价制度中月平均市场电价法的用户收益相对最高，且随光伏出力占峰荷的比重变化而变化。文献［18］在相同案例基础上计算了针对光伏用户的强制性分时电价是否会导致其电费变化。该研究表明，在一定定价水平上，强制性的分时电价比统售电价可为光伏用户节约更多电费，并可能对高消费水平的用户更为有利。类似地，有研究指出分时的净计量电价或者实时电价可以提高光伏发电给用户带来的价值［19—20］。从以上研究可以看出，短期内通过多样的高收益的补贴政策可以带来用户的电费节约，在初期为培育分布式光伏市场发展提供有效帮助；而从长远角度看，分布式光伏用户的PV规模、用电量等都会影响补贴效果的实现，因此用户电费节约存在不确定性，这为评估电价机制的实施效果带来了复杂性，也对光伏电价制定造成不利影响。

3.2对电网及负荷服务公司的影响

随着光伏发电在大电网中的渗透率越来越高，当前分布式光伏定价模式的弊端愈加明显。具体表现为，常用的净能量计量法是一种将电网发电、输电、配电成本捆绑到一起的“每千瓦时”电价，而光伏用户提供电能，但避免了发电、输电和配电成本，太阳能用户这种从用电到发电身份的改变，就造成了一定的成本转移，对电网企业和其他电力用户造成了不公平的对待，从长远来看，不利于电力企业的发展和电力能源结构的改良。以江苏省电力公司为例的一项测算，发现电网公司在分布式光伏并网接入、系统改造、系统备用、电量销售等费用方面损失巨大［21］。文献［22］分析了结合分时电价和尖峰电价的净计量法作用下分布式光伏对负荷服务公司效益的影响。研究表明，在分布式光伏达年峰荷10%的规模下，负荷服务公司在电量电价部分基本收支相抵，而在容量电价和输电部分分别有63%和42%的收入损失，从而造成巨大财务困难。爱迪生电力2013年的一项报告中着重指出了逐步提升的光伏发电渗透率对企业带来的破坏性的经济挑战，即下滑的收入、不断增长的成本以及越来越低的盈利［23］。因此，随着分布式光伏渗透率的不断提高，原有定价模式中的交叉补贴难以实现，新的定价模式有待重新探讨。

4光伏发电定价方法研究及相关建议

4.1光伏发电定价方法

为促进光伏发展，维护光伏用户的利益，可以采用鼓励用户主动参与需求侧响应的方式，从而减少用户电费，增加收益。文献［24］通过鲁棒优化技术建模电价的不确定性变化，描述了一个给定用户以每小时负荷水平响应每小时电价变化的优化模型，从而最小化用户电费。文献［25］提出了一项基于马尔可夫决策理论的优化控制策略来使用户电费最小化。文献［26］使用随机规划和鲁棒优化最小化居民电费。这些方法从用户角度出发，运用自主的需求侧响应策略，均能够增加光伏用户的收益。与此同时，为保证负荷服务公司的利益不受损害，文献［22］呼吁容量电价不应该仅仅基于用户每月用电峰值功率，还应该考虑每小时用户需求与负荷服务公司供电特性的一致性。在光伏渗透率越来越高的状况下，分布式光伏定价方式的改变成为必然。2013年，美国亚利桑那州开始执行每月向太阳能用户增收0.7美元/kW额外费用的政策［27］；在俄克拉荷马州，《参议院法案1456》允许电力公司通过州委员会的管制制定一种部分解耦的价格，向有分布式发电的用户收取更高的容量电价，并且指导电力公司创建新的用户（和电价）分级用于对安装分布式发电的用户更好地分配固定费用［28］。明尼苏达州虽然保持零售价格不变，但允许电力公司实施州内支持的太阳能电价VOST来认可光伏发电生产的价值。在明尼苏达方法下，用户以零售电价从电力公司购买他们所有的电力消费，同时以25年保持不变的VOST价格售卖他们所有的光伏发电。这样可以有效地解耦消费和生产的价格。这种方法的益处在于：如果VOST是基于光伏发电提供给电力公司的实际经济价值确定的，那么电力公司就不会有供电成本无法回收的危险并且可以中立地向用户或其他渠道购买光伏发电能源。然而，因为明尼苏达州VOST是一种均化的价值，在求取这一价值时所做的经济假设如果不正确，则可能导致错误结果。因此，文献［9］中提出一种体现分布式光伏发电对电网实际价值的加权太阳能电价。该模型引入反映光伏实际价值的权重系数矩阵，在一定的渗透率下，以对应零售电价中电量、容量、用户3部分价格的恢复权重矩阵为决策变量，在用户电费变化幅度限制、政策要求等约束条件下最小化光伏引入后电网的损失，从而得到能够随光伏渗透率变化进行调整的太阳能电价。优化后发现，随着光伏渗透率增大，为保证电网效益不受损失，需要提高太阳能电价中容量部分的比重，进而逐步降低“每千瓦时”的太阳能电价。该加权的太阳能电价方法能有效缓解光伏渗透率增大给电网带来的经济压力，然而其在确定分布式光伏实际价值权重时，考虑的是固定的全年平均价值权重，而分布式光伏的波动性使得均化的权重指标不能准确反映分布式光伏的实际价值。因此，该方法有待进一步改进。

4.2改进与建议

加权的太阳能电价在原有电价基础上引入分布式光伏价值权重。该方法通过优化三部制价格系数改变了现有的成本分摊模式，不失为一种有效解决方法。但由于引入的光伏价值权重系数为固定的年均值，因此较为粗略，可以利用微分等数学方法将系数计算的时间尺度精细化，以更准确地反映光伏发电的实际价值。分布式光伏对电网运行的影响与电网运行状况密切相关。为更精确地确定分布式光伏的成本与效益，应对光伏出力与电网负荷的共同作用所造成的电网实时潮流变化予以分析。图2为光伏发电出力与用电负荷关系。其中，第①部分为光伏发电上网电量，第②部分为用户的用电量，光伏发电作为电源，第③部分为用户的用电量，公共配电网作为电源。结合光伏出力与负荷曲线的匹配关系，为了提高整个电网的调度效率，建议采用就地消纳的形式，富余上网电量的定价应以光伏发电对电网的实际价值为标准，采用VOST方法，准确的VOST应由分布式光伏给电网、社会、环境带来的实际价值决定；而以公共配电网作为电源的用电量定价应在零售电价的基础上考虑光伏加入后配电网调度成本的变化。

5结语

随着技术的发展，分布式光伏的预测愈加准确，配电侧调度和监测交互技术愈加成熟，通过分析电网运行成本的变化，准确确定光伏电价构成的基本要素及其所占比重，使实时定价成为可能，在此基础上形成公平合理的新定价方式。目前的需求响应研究主要针对普通用户，而光伏用户具有电源和负荷的功率双向性，对其合理利用可形成更加有效的需求响应策略。创新电价政策、透明化电网信息等，都有助于引导光伏用户科学地参与需求响应，提高能源利用效率，节约电网运行成本，实现电网与光伏用户的互利共赢。

参考文献：

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［21］高正平.分布式光伏发电并网对电网公司运营影响的分析［J］.电力需求侧管理，2013，15（6）：34-37.

作者:吴兴全 李秋鹏 乔梁 姚天亮 张洪源 张利 单位:甘肃省电力设计院 山东大学电网智能化调度与控制教育部重点实验室