零售電力用戶參與分布式光伏建設(shè)的交易策略研究

胡如樂 鄭 瑛 張建中

（南方電網(wǎng)數(shù)字電網(wǎng)研究院有限公司）

0 引言

2020年9月，我國(guó)明確提出了“雙碳”的發(fā)展目標(biāo)，力爭(zhēng)于2030年實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”，2060年實(shí)現(xiàn)“碳中和”，自此開啟了生態(tài)優(yōu)先、綠色低碳的高質(zhì)量發(fā)展道路［1］。2022年發(fā)布的《促進(jìn)綠色消費(fèi)實(shí)施方案》中提到鼓勵(lì)用電企業(yè)開展分布式光伏發(fā)電建設(shè)，并實(shí)現(xiàn)與儲(chǔ)能、微電網(wǎng)的融合發(fā)展［2］。

目前，雖然全國(guó)各地都在鼓勵(lì)這一措施來降低生產(chǎn)用電碳排放水平，但市場(chǎng)響應(yīng)程度沒有達(dá)到預(yù)期，具有自主光伏發(fā)電的企業(yè)主要參與電力市場(chǎng)批發(fā)側(cè)的交易，而零售市場(chǎng)缺少這方面的交易機(jī)制，零售市場(chǎng)或零售套餐有待建設(shè)完善［3］。

本文分析國(guó)外成熟的光伏電力交易政策及機(jī)制，總結(jié)相關(guān)方法和經(jīng)驗(yàn)；以零售用戶為主體建立光伏發(fā)電成本模型，實(shí)現(xiàn)投入成本測(cè)算；從政府和電網(wǎng)企業(yè)的角度出發(fā)，提出優(yōu)惠政策和補(bǔ)償機(jī)制，鼓勵(lì)更多用戶建設(shè)分布式光伏；考慮售電公司的利潤(rùn)和用電企業(yè)電費(fèi)支出的滿意度，設(shè)計(jì)符合國(guó)內(nèi)電力市場(chǎng)的零售套餐。

1 國(guó)外光伏電力交易政策及機(jī)制

1.1 澳大利亞太陽(yáng)能電力套餐

澳大利亞作為全球太陽(yáng)能發(fā)用電占比最高的國(guó)家，幾乎所有的售電公司都對(duì)這類用戶推出了太陽(yáng)能電力套餐［4］。除了售電公司的優(yōu)惠套餐之外，各地政府也提供最高3000澳元的光伏設(shè)備安裝補(bǔ)貼，使得絕大多數(shù)用戶在2年內(nèi)便可收回成本實(shí)現(xiàn)盈利。

1.2 美國(guó)加州100%光伏電力計(jì)劃

美國(guó)加州為實(shí)現(xiàn)100%光伏電力計(jì)劃，提出了光伏發(fā)電滿足自身部分用電量和全部用電量的兩種套餐模式［5］。加州能源委員會(huì)在2021年表決通過的法令中要求新的商業(yè)大樓和高樓層住宅都必須加裝太陽(yáng)能板和儲(chǔ)電電池，該法令預(yù)計(jì)在2023年生效［6］。

1.3 德國(guó)EEG復(fù)活節(jié)套餐

德國(guó)政府推出EEG復(fù)活節(jié)套餐來鼓勵(lì)市場(chǎng)主體安裝光伏系統(tǒng)，利用太陽(yáng)能發(fā)電，從而避免過高的用電成本，具體補(bǔ)貼措施包括低息貸款、安裝補(bǔ)貼和提高上網(wǎng)電價(jià)。參與EEG復(fù)活節(jié)套餐的電力用戶可將多余的發(fā)電量上傳到公共電網(wǎng)以獲取相應(yīng)報(bào)酬［7］。

2 電力用戶光伏建設(shè)成本

分布式光伏發(fā)電成本主要包括初期建設(shè)成本、光伏貸款成本、運(yùn)營(yíng)成本、設(shè)備維修成本和回收價(jià)值［8］，如圖1所示。

圖1 光伏發(fā)電成本模型

初期建設(shè)成本（元）是指用電企業(yè)不算貸款金額在建設(shè)光伏發(fā)電設(shè)備時(shí)所需投入成本，如式（1）所示。

式中，lrate為貸款比例、Cpv＿unit為光伏設(shè)備每kW投入成本、ppv＿ca為光伏裝機(jī)容量（kW）。

光伏貸款成本（元）是指用電企業(yè)在建設(shè)光伏發(fā)電設(shè)備時(shí)所需償還本金和利息的總和，采用等額本息方式進(jìn)行計(jì)算，如式（2） ～（3）所示。

式中，i為光伏貸款年利率，ηoan為貸款年限。

運(yùn)營(yíng)成本（元）是指用電企業(yè)對(duì)光伏發(fā)電設(shè)備的日常運(yùn)營(yíng)費(fèi)用，如式（4） ～（5）所示。

式中，γpv＿op為光伏設(shè)備年運(yùn)營(yíng)費(fèi)用系數(shù)，rop為運(yùn)營(yíng)年限。

設(shè)備維修成本（元）是指用電企業(yè)對(duì)光伏發(fā)電設(shè)備的維修費(fèi)用，如式（6） ～（7）所示。

式中，γpv＿rep為光伏設(shè)備年維修費(fèi)用系數(shù)，此系數(shù)可能會(huì)隨著運(yùn)營(yíng)年限的增加而增高。

回收價(jià)值（元）是指當(dāng)設(shè)備達(dá)到使用壽命或想更換全新設(shè)備時(shí)，賣出可獲得的收益，如式（8）所示。

式中，γpv＿rec為光伏設(shè)備回收價(jià)值系數(shù)，此系數(shù)隨著運(yùn)營(yíng)年限的增加而減少。

3 政府和電網(wǎng)企業(yè)補(bǔ)償機(jī)制

結(jié)合電力用戶光伏建設(shè)成本模型分析，光伏設(shè)備每kW 投入成本和光伏貸款年利率是影響最終成本的兩個(gè)重要因素，各省目前推出的鼓勵(lì)用電企業(yè)開展分布式光伏發(fā)電建設(shè)的優(yōu)惠政策和補(bǔ)償機(jī)制也主要圍繞這兩方面展開［9］。

（1）各省市政府對(duì)建成分布式光伏發(fā)電設(shè)備的電力用戶給予一次性建設(shè)補(bǔ)貼，補(bǔ)貼金額一般為每瓦0.1～1元，其中農(nóng)村居民用戶和工業(yè)園區(qū)大型工商業(yè)用戶補(bǔ)貼金額較高；

（2）按光伏設(shè)備發(fā)電量給予補(bǔ)貼，補(bǔ)貼金額一般為0.1～1元／（kW·h），補(bǔ)貼時(shí)間大多為自建成并網(wǎng)次月起24～36個(gè)月內(nèi)，補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)和各省市發(fā)用電水平相關(guān)，例如用電量大的省份光伏發(fā)電補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)較高；

（3）銀行對(duì)建設(shè)分布式光伏發(fā)電設(shè)備的電力用戶提供光伏貸款產(chǎn)品，其年利率遠(yuǎn)低于正常商業(yè)貸款；同時(shí)降低貸款門檻，實(shí)現(xiàn)低首付甚至零首付貸款。

4 電力零售套餐設(shè)計(jì)

結(jié)合售電公司盈利性和電力用戶電費(fèi)滿意程度分析，該套餐設(shè)計(jì)需以分時(shí)套餐為基礎(chǔ)模型［10］，在其中增加光伏自發(fā)電量曲線、免偏差考核和分時(shí)盈余發(fā)電量回購(gòu)，最終形成完整的零售套餐，如圖2所示。

圖2 光伏自發(fā)電套餐

首先，售電公司在設(shè)計(jì)光伏自發(fā)電套餐時(shí)要和電力用戶約定初始用電曲線，售電公司基于用電曲線的購(gòu)電成本與電力用戶約定分時(shí)價(jià)格。

其次，電力用戶需結(jié)合天氣情況、設(shè)備容量、運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備維修計(jì)劃等多方面因素向售電公司提供光伏自發(fā)電量分時(shí)曲線。

隨后，通過初始用電曲線減光伏自發(fā)電量曲線得到一條全新的曲線，成為套餐主要費(fèi)用計(jì)算的依據(jù)。

最后，獲取電力用戶的實(shí)際發(fā)電曲線和用電曲線進(jìn)行電費(fèi)結(jié)算，具體計(jì)算步驟如式（9） ～（11）所示。

式中，Qcon，t為用戶t時(shí)段的用電量；Qgen，t為用戶t時(shí)段的發(fā)電量；P套餐，t為用戶t時(shí)段的套餐電價(jià)，當(dāng)Qcon，t－Qgen，t＜0時(shí)，Qcon，t－Qgen，t按0處理。

當(dāng)Qcon，t＜Qgen，t時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)盈余發(fā)電電量，回購(gòu)電價(jià)不能按正常市場(chǎng)價(jià)執(zhí)行，應(yīng)按照低于當(dāng)前時(shí)段平均上網(wǎng)電價(jià)的價(jià)格進(jìn)行回購(gòu)。

式中，P上網(wǎng)，t代表市場(chǎng)t時(shí)段平均上網(wǎng)電價(jià)，φ代表收購(gòu)電價(jià)系數(shù)，一般不大于1，當(dāng)Qgen，t－Qcon，t＜0時(shí)，Qgen，t－Qcon，t按0處理。

購(gòu)買電費(fèi)減電網(wǎng)回購(gòu)則得到最終的電費(fèi)結(jié)果，若電力用戶谷時(shí)段用電多，該結(jié)果大概率會(huì)小于0，也就是不需要支付電費(fèi)的同時(shí)還能獲得一定收益。

5 算例分析

本文以某城市的一家參與電力零售交易市場(chǎng)的建材工廠為研究對(duì)象，其特點(diǎn)為屋頂可利用面積大，同時(shí)全天用電且谷時(shí)段用電量大。此算例將計(jì)算電力用戶建設(shè)分布式光伏的成本和收益。

5.1 分布式光伏建設(shè)成本分析

設(shè)定光伏單位容量成本Cpv＿unit為3500元／kW、光伏裝機(jī)容量Ppv＿ca為1000kW、光伏貸款比例lrate為50%、光伏貸款年利率i為3.3%、貸款年限ηoan為6年、運(yùn)營(yíng)年限r(nóng)op為25年、光伏設(shè)備年運(yùn)營(yíng)費(fèi)用系數(shù)γpv＿op為0.5%、光伏設(shè)備年維修費(fèi)用系數(shù)γpv＿rep為1.5%、光伏設(shè)備回收價(jià)值系數(shù)γpv＿rec為8.08%、政府一次性建設(shè)補(bǔ)貼為1000元／kW。

將上述數(shù)據(jù)代入公式（1） ～（8）中可以得到該零售用戶建設(shè)分布式光伏所需投入總成本為431.37萬(wàn)元，見表1。

表1 建設(shè)分布式光伏所需投入總成本

5.2 光伏自發(fā)電套餐費(fèi)用分析

設(shè)定該零售用戶的春季非節(jié)假日的日發(fā)電曲線和用電曲線見表2。

表2 零售用戶日發(fā)電曲線和用電曲線

設(shè)定峰時(shí)段購(gòu)買電價(jià)為0.56元／（kW·h），平時(shí)段購(gòu)買電價(jià)為0.42元／（kW·h），谷時(shí)段購(gòu)買電價(jià)為0.35元／（kW·h），峰時(shí)段上網(wǎng)電價(jià)為0.52元／（kW·h），平時(shí)段上網(wǎng)電價(jià)為0.4元／（kW·h），谷時(shí)段上網(wǎng)電價(jià)為0.26元／（kW·h），收購(gòu)電價(jià)系數(shù)φ為0.9，將上述數(shù)據(jù)代入公式（9）～（11）中可以得到該零售用戶的光伏自發(fā)電套餐日費(fèi)用為賺取173.04元。

5.3 零售用戶收益分析

結(jié)合分布式光伏建設(shè)成本和光伏自發(fā)電套餐費(fèi)用可得到該零售用戶每年的成本和收益。其中，電費(fèi)收益為電力用戶自發(fā)電收益和電網(wǎng)回購(gòu)補(bǔ)貼收益的合計(jì)，通過季節(jié)性日照規(guī)律將春季非節(jié)假日的單日收益擬合得到最終的年電費(fèi)收益。經(jīng)過計(jì)算，得出零售用戶6年可收回成本，25年可實(shí)現(xiàn)總盈利1000萬(wàn)，見表3。

表3 零售用戶收益單位：萬(wàn)元

6 結(jié)束語(yǔ)

本文以電力用戶收益最大化為目標(biāo)，考慮了光伏建設(shè)成本、補(bǔ)貼政策，基于分時(shí)零售套餐設(shè)計(jì)了一個(gè)新型光伏自發(fā)電套餐，以解決零售電力市場(chǎng)在這一領(lǐng)域的空缺，實(shí)現(xiàn)售電公司、電力用戶、電網(wǎng)企業(yè)的三贏，具有如下特點(diǎn)：

（1）構(gòu)建的電力用戶光伏建設(shè)成本模型，充分考慮了國(guó)內(nèi)光伏市場(chǎng)價(jià)格、貸款政策、日常運(yùn)維費(fèi)用等，為后續(xù)零售用戶收益分析奠定了基礎(chǔ)；

（2）結(jié)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)政策和交易機(jī)制，提出了優(yōu)化方法，即補(bǔ)貼金額應(yīng)與電力市場(chǎng)價(jià)格相關(guān)聯(lián)，為后續(xù)套餐的設(shè)計(jì)提供了依據(jù)；

（3）設(shè)計(jì)的光伏自發(fā)電套餐能夠在不影響售電公司利潤(rùn)的前提下給予零售用戶最大程度的優(yōu)惠，并通過算例驗(yàn)證其合理性。