新能源光伏對(duì)售電市場(chǎng)影響分析

宋惠忠，程　慧，韋安強(qiáng)，盛銀波，江明強(qiáng)

（1.國(guó)網(wǎng)浙江海寧市供電有限公司，浙江　海寧　314400；2.國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司嘉興供電公司，浙江　嘉興　314000）

0　引言

海寧市近年來(lái)光伏發(fā)電呈井噴之勢(shì)，對(duì)供電公司的售電量和經(jīng)營(yíng)影響日漸增大。在國(guó)家政策大力引導(dǎo)新能源發(fā)展的背景下，光伏發(fā)電方式和運(yùn)營(yíng)模式的選擇非常重要。此前的相關(guān)研究，大多從技術(shù)層面研究分析光伏發(fā)電對(duì)配電網(wǎng)的影響[l-5]，有的已經(jīng)考慮到大量光伏電源接入后需要優(yōu)化負(fù)荷預(yù)測(cè)方法[6]、對(duì)光伏項(xiàng)目投資機(jī)遇進(jìn)行分析[7]，有的開(kāi)始關(guān)注光伏發(fā)電成本與收益的平衡問(wèn)題[8]?？傮w而言，尚未見(jiàn)到針對(duì)局部區(qū)域進(jìn)行研究，以及發(fā)現(xiàn)區(qū)域規(guī)律并引導(dǎo)相關(guān)工作的文獻(xiàn)。在此以海寧地區(qū)為例，分析光伏發(fā)電發(fā)展趨勢(shì)，以及其對(duì)供電公司售電量和經(jīng)營(yíng)的影響，并基于分析結(jié)果提出相關(guān)工作建議。

1　海寧地區(qū)光伏發(fā)電現(xiàn)狀

1.1　光伏發(fā)電運(yùn)營(yíng)方式

海寧市光伏發(fā)電近年來(lái)發(fā)展迅速，無(wú)論發(fā)電企業(yè)還是居民的光伏發(fā)電裝機(jī)容量、實(shí)際發(fā)電量，均在國(guó)內(nèi)遙遙領(lǐng)先。截至2017年12月，光伏發(fā)電裝機(jī)容量為518.99 MW，當(dāng)年累計(jì)發(fā)電量為42 828.85萬(wàn)kWh，其消納方式分為全額自用、全額上網(wǎng)及自發(fā)自用余電上網(wǎng)3種模式。

光伏發(fā)電運(yùn)營(yíng)方式選擇主要與用戶(hù)的屋頂面積、內(nèi)部用電量有關(guān)。從海寧實(shí)際情況看，企業(yè)和居民光伏發(fā)電的運(yùn)營(yíng)方式，分別見(jiàn)表1[9]和表2。

企業(yè)選擇運(yùn)營(yíng)方式[10]時(shí)，主要從屋頂面積和內(nèi)部電量?jī)煞矫鎱?shù)考慮。屋頂面積大、內(nèi)部用電量大，一般選擇自發(fā)自用余電上網(wǎng)方式，并采用能源合同管理、租賃屋頂?shù)姆绞剑晃蓓斆娣e大、內(nèi)部用電量小，一般選擇全額上網(wǎng)、租售屋頂方式；面積、電量適中，選擇全額自用方式。企業(yè)基于供電安全、可靠性等因素，傾向于10 kV中壓接入，這種上網(wǎng)方式可靠性高，不受制于租售屋頂企業(yè)的經(jīng)營(yíng)狀況，發(fā)電利用小時(shí)數(shù)1 100 h左右，發(fā)電效率與氣溫和光強(qiáng)有關(guān)系，一般在3月、9月份發(fā)電量最大。

表1　企業(yè)屋頂光伏發(fā)電模式

表2　家庭光伏發(fā)電模式

居民投資，享受?chē)?guó)家補(bǔ)貼，通常由企業(yè)負(fù)責(zé)銷(xiāo)售、安裝、售后服務(wù)，采用余電上網(wǎng)方式；企業(yè)投資，租賃居民屋頂，按年支付居民補(bǔ)貼（300～500元/戶(hù)），采用全額上網(wǎng)方式；以村委會(huì)為投資主體，居民股份合作，入股分紅，采用全額上網(wǎng)方式。

1.2　不同光伏運(yùn)營(yíng)方式效益分析[11]

政府的光伏補(bǔ)貼一般有2種形式：

（1）電價(jià)補(bǔ)貼，由國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)確定電價(jià)補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)。

（2）建設(shè)投資補(bǔ)貼，一般占初期建設(shè)投資的一定比例（如金太陽(yáng)工程為50%），這種補(bǔ)貼方式正在逐步取消，不是供電公司今后關(guān)注的重點(diǎn)。

“光伏上網(wǎng)標(biāo)桿電價(jià)”政策是根據(jù)光伏發(fā)電的當(dāng)前成本，并考慮合理利潤(rùn)后制定的電價(jià)，光伏項(xiàng)目開(kāi)發(fā)商以這樣的價(jià)格將光伏電量出售給電網(wǎng)企業(yè)，其中，高出當(dāng)?shù)孛摿蛉济夯痣姍C(jī)組上網(wǎng)標(biāo)桿電價(jià)的差額部分，采取“全網(wǎng)分?jǐn)偂钡霓k法對(duì)電網(wǎng)企業(yè)進(jìn)行回補(bǔ)?！肮夥暇W(wǎng)標(biāo)桿電價(jià)”政策主要適用于大型光伏電站。

統(tǒng)購(gòu)統(tǒng)銷(xiāo)的大型光伏電站，其上網(wǎng)發(fā)電量對(duì)于電網(wǎng)企業(yè)來(lái)講，相當(dāng)于新能源發(fā)電廠，增大電網(wǎng)企業(yè)的供電量，其影響作用不在供電公司控制范圍之內(nèi)。

為了準(zhǔn)確分析不同光伏運(yùn)營(yíng)方式的效益[12]，國(guó)網(wǎng)海寧市供電公司結(jié)合不同層面當(dāng)前的光伏補(bǔ)貼價(jià)格（見(jiàn)表3），設(shè)定如下計(jì)算條件：

（1）光伏設(shè)備壽命周期按25年考慮，光伏設(shè)備運(yùn)維率為3%。

（2）供電可靠率為99.898 4%，線損率為4%。

（3）貸款比例為80%，折舊期15年，附加稅率8%，所得稅率20%。

表3　不同層面的光伏補(bǔ)貼價(jià)格

經(jīng)過(guò)多次反復(fù)測(cè)算[13]（詳細(xì)測(cè)算數(shù)據(jù)此處從略），主要得到以下4點(diǎn)結(jié)論：

（1）從設(shè)備全壽命周期來(lái)看，在電價(jià)補(bǔ)貼方式下，光伏發(fā)電在3種運(yùn)營(yíng)方式下都能夠盈利，表明海寧地區(qū)光伏快速發(fā)展的背后確實(shí)存在經(jīng)濟(jì)效益驅(qū)動(dòng)。

（2）在電價(jià)補(bǔ)貼方式下，企業(yè)租賃屋頂光伏發(fā)電的方式，優(yōu)于居民光伏發(fā)電的形式。在電量消納方式中，自發(fā)自用的方式，優(yōu)于上網(wǎng)方式。

（3）電量消納方式對(duì)實(shí)際收益率的影響，大于并網(wǎng)電壓等級(jí)對(duì)實(shí)際收益率的影響。若要提高分布式光伏項(xiàng)目的收益率，應(yīng)優(yōu)先采用光伏電量就地消納的方式，并盡量采用低壓并網(wǎng)。

（4）年等效利用小時(shí)數(shù)，對(duì)分析計(jì)算結(jié)果影響較大。

2　光伏發(fā)電預(yù)測(cè)模型及典型場(chǎng)景設(shè)置

2.1　2種預(yù)測(cè)模型

2.1.1灰色理論預(yù)測(cè)模型

海寧地區(qū)光伏從2014年3月開(kāi)始并網(wǎng)發(fā)電，新能源裝機(jī)規(guī)模和上網(wǎng)電量的歷史數(shù)據(jù)較少。基于樣本數(shù)據(jù)特征，考慮運(yùn)用灰色模型進(jìn)行新能源發(fā)電總量的預(yù)測(cè)。灰色系統(tǒng)理論可以較好地解決小樣本、信息不完全和經(jīng)驗(yàn)缺乏的不確定性問(wèn)題，并且模型較為簡(jiǎn)單、計(jì)算方便、易于檢驗(yàn)，在很多領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用[14]。

灰色模型GM（1，1）是電力負(fù)荷、電量預(yù)測(cè)中最常用的一種灰色模型。GM（1，1）模型的基本原理是當(dāng)一時(shí)間序列無(wú)明顯趨勢(shì)時(shí)，采用累加的方法可生成趨勢(shì)明顯的時(shí)間序列。如時(shí)間序列X（0）={32，38， 36， 35， 40， 42}的趨勢(shì)并不明顯，但將其進(jìn)行累加所生成的時(shí)間序列X（1）={32，70，106，141，181，223}則是一趨勢(shì)明顯的數(shù)列，按該數(shù)列的增長(zhǎng)趨勢(shì)可建立預(yù)測(cè)模型并考慮灰色因子的影響進(jìn)行預(yù)測(cè)，然后采用“累減”的方法進(jìn)行逆運(yùn)算，恢復(fù)原時(shí)間序列，得到預(yù)測(cè)結(jié)果。

2.1.2RBF（徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）預(yù)測(cè)模型

除應(yīng)用灰色理論預(yù)測(cè)模型之外，國(guó)網(wǎng)海寧市供電公司借助RBF對(duì)其預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行輔助校核。RBF[15]是借鑒生物局部調(diào)節(jié)和交疊接受區(qū)域知識(shí)的基礎(chǔ)上提出的一種采用局部接受域來(lái)執(zhí)行函數(shù)映射的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。它是具有單隱層的3層前饋網(wǎng)絡(luò)。輸入層由一些源點(diǎn)（感知單元）組成，他們將網(wǎng)絡(luò)與外界連接起來(lái)。第2層為網(wǎng)絡(luò)中僅有的1個(gè)隱藏層，它的作用是進(jìn)行從輸入空間到隱藏層空間的非線性變換。隱藏層節(jié)點(diǎn)的作用是當(dāng)輸入信號(hào)靠近基函數(shù)的中央范圍時(shí)，隱藏層節(jié)點(diǎn)將產(chǎn)生較大的輸出，這種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有局部逼近能力。

2.2　典型場(chǎng)景及比例設(shè)置

大量分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目并網(wǎng)運(yùn)行，將直接減少供電公司的售電收入和利潤(rùn)?？紤]到工商業(yè)用戶(hù)與居民用戶(hù)用電價(jià)格不同，在進(jìn)行售電收入和利潤(rùn)影響測(cè)算分析時(shí)，國(guó)網(wǎng)海寧市供電公司將分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目分成3種不同應(yīng)用場(chǎng)景。即工業(yè)用戶(hù)、商業(yè)用戶(hù)、居民用戶(hù)，并根據(jù)浙江省“百萬(wàn)屋頂”光伏發(fā)電工程各地市分解表與實(shí)施時(shí)序表。對(duì)3種典型場(chǎng)景設(shè)置不同比例，以分析不同應(yīng)用場(chǎng)景下，分布式光伏項(xiàng)目對(duì)公司收入和利潤(rùn)的影響程度，具體比例見(jiàn)表4。

國(guó)網(wǎng)海寧市供電公司設(shè)置3種典型場(chǎng)景比例主要基于以下3點(diǎn)考慮：

（1）目前，中國(guó)光伏發(fā)電總體上還帶有很重的政府主導(dǎo)色彩，短期內(nèi)工業(yè)、商業(yè)和居民用戶(hù)的比例不會(huì)出現(xiàn)重大變化，盡管居民用戶(hù)光伏發(fā)電由于政府導(dǎo)向會(huì)有明顯的快速發(fā)展，但不會(huì)改變以工商業(yè)為主要光伏用戶(hù)的大格局。

表4　光伏發(fā)電3種典型場(chǎng)景及比例設(shè)置%

（2）國(guó)外主要光伏發(fā)電國(guó)家，如德國(guó)、美國(guó)、日本等，均有“百萬(wàn)屋頂計(jì)劃”或“千瓦屋頂計(jì)劃”之類(lèi)的激勵(lì)舉措。在中國(guó)國(guó)家能源局《太陽(yáng)能發(fā)電發(fā)展“十二五”規(guī)劃》、國(guó)務(wù)院《關(guān)于促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的若干意見(jiàn)》以及國(guó)家電網(wǎng)公司《關(guān)于做好分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)服務(wù)的意見(jiàn)》等綱領(lǐng)性文件的指引下，加之浙江省要建設(shè)為清潔能源示范省的戰(zhàn)略部署，必將拉動(dòng)浙江全省分布式光伏發(fā)電特別是普通居民分布式光伏發(fā)電的發(fā)展，因此，海寧居民用戶(hù)的比例在今后幾年將繼續(xù)呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。

（3）中國(guó)東部地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入了轉(zhuǎn)型階段，即從工業(yè)逐漸向第三產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，這種轉(zhuǎn)變隨著西部大開(kāi)發(fā)的興起將逐漸明顯。因此，海寧工業(yè)比例將逐步降低，而商業(yè)比例將穩(wěn)步提升。

3　光伏發(fā)電對(duì)供電企業(yè)的影響

3.1　光伏發(fā)電對(duì)供電企業(yè)售電量的影響

海寧市近3年售電量年增長(zhǎng)率持續(xù)走低，全社會(huì)用電量年均增長(zhǎng)率已由“十一五”期間的13.34%，下降到“十二五”期間的6.68%，且全社會(huì)用電量與供電公司售電量之間的差距有所增大，其中光伏發(fā)電量有一定影響。

海寧光伏月發(fā)電量具有較大的波動(dòng)性?？傮w而言，每年3～6月為發(fā)電量的第1個(gè)高峰，7～10月為第2個(gè)高峰。當(dāng)月上網(wǎng)電量和當(dāng)月發(fā)電量有一定的相關(guān)性，同樣呈現(xiàn)出2個(gè)高峰，但是上網(wǎng)電量最高出現(xiàn)在7～10月份。

基于2013—2016年的相關(guān)數(shù)據(jù)，運(yùn)用灰色理論和RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法2種方法,對(duì)光伏發(fā)電上網(wǎng)電量等數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，相關(guān)預(yù)測(cè)結(jié)果分別見(jiàn)表5和表6。表中的光伏飽和年大約在2023年前后。

通過(guò)以上2種方法，可以看出光伏發(fā)電量在國(guó)網(wǎng)海寧市供電公司售電量中的百分比逐步走高的趨勢(shì)，最終大約在2023年前后達(dá)到約12%的平衡點(diǎn)。從圖1可見(jiàn)，2種預(yù)測(cè)方法得出的結(jié)論基本相同，以下影響分析引用灰色理論預(yù)測(cè)結(jié)果。

表5　灰色理論預(yù)測(cè)結(jié)果

表6　RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法預(yù)測(cè)結(jié)果

圖1　光伏發(fā)電量占公司售電量的比例及變化趨勢(shì)

3.2　光伏發(fā)電對(duì)供電企業(yè)售電收入的影響

根據(jù)事先確定的模型及算法（典型場(chǎng)景設(shè)置），國(guó)網(wǎng)海寧市供電公司對(duì)光伏發(fā)電導(dǎo)致的售電收入進(jìn)行了大量測(cè)算，因篇幅原因這里僅以灰色理論預(yù)測(cè)結(jié)果為例展示場(chǎng)景2相對(duì)保守的預(yù)測(cè)結(jié)果，見(jiàn)表7。

表7　場(chǎng)景2保守預(yù)測(cè)的售電收入影響結(jié)果

3.3　光伏發(fā)電對(duì)供電企業(yè)利潤(rùn)的影響

根據(jù)海寧市供電公司掌握的相關(guān)數(shù)據(jù)，工商業(yè)用電平均售電價(jià)格為0.75元/kWh、居民用電平均售電價(jià)格為0.43元/kWh；而供電公司平均購(gòu)電價(jià)為0.53元/kWh。因此，對(duì)供電公司而言，在分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目并網(wǎng)運(yùn)行后，工商業(yè)用戶(hù)每用光伏發(fā)電1 kWh，供電公司利潤(rùn)就減少0.22元；居民用戶(hù)每用光伏發(fā)電1 kWh，供電公司就少虧損0.1元。此處同樣僅展示場(chǎng)景2保守預(yù)測(cè)的利潤(rùn)影響，見(jiàn)表8。

表8　場(chǎng)景2保守預(yù)測(cè)的利潤(rùn)影響結(jié)果

4　結(jié)論

光伏發(fā)電在3種運(yùn)營(yíng)模式下均能盈利，海寧地區(qū)的光伏發(fā)電將維持繼續(xù)快速發(fā)展的態(tài)勢(shì)，將在2023年前后達(dá)到飽和狀態(tài)。光伏發(fā)電與傳統(tǒng)的火力發(fā)電相比，對(duì)供電公司在售電收入和利潤(rùn)等核心指標(biāo)方面將有一定的影響，不可忽視。對(duì)此，供電公司需要積極謀劃相應(yīng)對(duì)策，建議采取以下2個(gè)方面措施：

（1）供電公司對(duì)新能源發(fā)電宜在電力系統(tǒng)的最優(yōu)狀態(tài)下接納，實(shí)現(xiàn)各個(gè)影響因素的均衡，具體可從中央與地方的新能源電源規(guī)劃，以及新能源電源規(guī)劃與區(qū)域電網(wǎng)規(guī)劃2個(gè)方面進(jìn)行統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，通過(guò)積極引導(dǎo)有效預(yù)防光伏發(fā)電短期一哄而上，保障本地區(qū)新能源光伏的可持續(xù)發(fā)展。

（2）抓住國(guó)家大力推進(jìn)“電能替代”的戰(zhàn)略發(fā)展政策，切實(shí)做好建筑、工業(yè)、交通、農(nóng)業(yè)、家居生活等5個(gè)重點(diǎn)行業(yè)“以電代煤”、“以電代油”的策劃與實(shí)施，以此來(lái)抵消光伏發(fā)電對(duì)供電公司售電市場(chǎng)的影響。