國(guó)內(nèi)外用戶側(cè)光儲(chǔ)系統(tǒng)發(fā)展應(yīng)用研究

陳豪，張偉華，石磊，李曉江，王開(kāi)讓，鞏宇

國(guó)內(nèi)外用戶側(cè)光儲(chǔ)系統(tǒng)發(fā)展應(yīng)用研究

陳豪1，張偉華2，石磊2，李曉江2，王開(kāi)讓1，鞏宇1

（1．華北電力科學(xué)研究院有限責(zé)任公司，北京市 海淀區(qū) 100045；2．北京高新技術(shù)創(chuàng)業(yè)投資有限公司，北京市 朝陽(yáng)區(qū) 100022）

隨著分布式光伏越來(lái)越多地接入電網(wǎng)，光儲(chǔ)系統(tǒng)作為提高系統(tǒng)穩(wěn)定性、減少用戶用電成本的有效手段，已成為新能源應(yīng)用的重要發(fā)展方向。首先研究了歐美、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家用戶側(cè)光儲(chǔ)系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀，并在此基礎(chǔ)上總結(jié)了國(guó)外用戶側(cè)光儲(chǔ)系統(tǒng)發(fā)展的重要條件和技術(shù)路線。然后，介紹了國(guó)內(nèi)商業(yè)用戶、工業(yè)用戶和居民用戶光儲(chǔ)項(xiàng)目，分析了國(guó)內(nèi)用戶側(cè)光儲(chǔ)系統(tǒng)發(fā)展所面臨的難題和困境。最后，根據(jù)國(guó)外應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車充電樁迅速發(fā)展的現(xiàn)狀，提出了發(fā)展建議，對(duì)國(guó)內(nèi)用戶側(cè)光儲(chǔ)項(xiàng)目的健康發(fā)展具有一定的借鑒意義。

用戶側(cè)；光儲(chǔ)系統(tǒng)；分布式光伏；電價(jià)補(bǔ)貼；輔助服務(wù)市場(chǎng)

0 引言

隨著全球分布式光伏越來(lái)越多地接入電網(wǎng)，滲透率越來(lái)越高，分布式光伏對(duì)電網(wǎng)的影響越來(lái)越受到各國(guó)能源主管部門的關(guān)注[1-5]。而光儲(chǔ)系統(tǒng)作為提高系統(tǒng)穩(wěn)定性、減少用戶用電成本的有效手段，已成為各國(guó)能源戰(zhàn)略的重要發(fā)展方向。以德國(guó)為首的歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，為滿足分布式光伏迅速發(fā)展的需要，不但出臺(tái)了大量用于用戶側(cè)光儲(chǔ)項(xiàng)目的補(bǔ)貼政策，而且還大力發(fā)展電力輔助服務(wù)市場(chǎng)，為光儲(chǔ)用戶開(kāi)辟新的高利潤(rùn)盈利通道[6-10]。這些舉措在推動(dòng)用戶側(cè)光儲(chǔ)技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用的同時(shí)，也為新能源技術(shù)的發(fā)展擴(kuò)寬了道路，為全球能源革命注入了新的活力，使得德國(guó)等歐美發(fā)達(dá)國(guó)家成為分布式發(fā)電技術(shù)發(fā)展的典范[11-14]。

與歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家用戶側(cè)光儲(chǔ)的發(fā)展情況相比，我國(guó)由于分布式光伏滲透率低、缺少光儲(chǔ)補(bǔ)貼政策以及電力市場(chǎng)不完善等原因，一直難以激發(fā)用戶安裝光儲(chǔ)系統(tǒng)的積極性。雖然光伏、儲(chǔ)能成本大幅度下降，光伏上網(wǎng)電價(jià)補(bǔ)貼也在持續(xù)降低，但由于市場(chǎng)需求不強(qiáng)烈，且經(jīng)濟(jì)性不明顯，使得用戶側(cè)光儲(chǔ)項(xiàng)目在國(guó)內(nèi)很少，需要解決的瓶頸問(wèn)題也較多。在這種情況下，亟需對(duì)國(guó)內(nèi)外應(yīng)用情況進(jìn)行梳理，總結(jié)國(guó)外發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀，提出適合的技術(shù)路線，為國(guó)內(nèi)用戶側(cè)光儲(chǔ)項(xiàng)目的發(fā)展指明方向。

鑒于此，本文研究了德國(guó)、澳大利亞、美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家用戶側(cè)光儲(chǔ)系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀，總結(jié)了國(guó)外用戶側(cè)光儲(chǔ)系統(tǒng)發(fā)展的重要條件和技術(shù)路線，分析了國(guó)內(nèi)用戶側(cè)光儲(chǔ)系統(tǒng)發(fā)展所面臨的難題和困境，并提出推動(dòng)國(guó)內(nèi)用戶側(cè)光儲(chǔ)項(xiàng)目發(fā)展的建議。

1 國(guó)外用戶側(cè)光儲(chǔ)系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀

作為降低用戶電費(fèi)支出、提高供電可靠性、減少環(huán)境污染的有效手段，工業(yè)園區(qū)、商業(yè)區(qū)、居民用戶、校園、島嶼等用戶側(cè)光儲(chǔ)系統(tǒng)已成為全球能源應(yīng)用重要的發(fā)展方向。無(wú)論是在美國(guó)、澳大利亞等開(kāi)放電力市場(chǎng)國(guó)家，還是在東南亞、加勒比海等海島分布廣泛地區(qū)，分布式光儲(chǔ)系統(tǒng)都得到了廣泛應(yīng)用。特別是隨著德國(guó)、澳大利亞、美國(guó)等歐美發(fā)達(dá)國(guó)家分布式光伏在電力系統(tǒng)中的滲透率不斷提高，用戶側(cè)光儲(chǔ)系統(tǒng)作為分布式光伏的“升級(jí)版”，由于其在自發(fā)自用和系統(tǒng)穩(wěn)定方面的積極作用，得到了上述國(guó)家的大力支持和廣泛推廣，并將原來(lái)以售電為主的盈利模式逐漸轉(zhuǎn)換為以提供利潤(rùn)更豐厚的輔助服務(wù)為主的盈利模式，從而實(shí)現(xiàn)了用戶和電力公司的雙贏。

1.1 各國(guó)應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1.1 德國(guó)

德國(guó)是全球分布式光伏發(fā)展最迅速的國(guó)家，由于放棄核電，使光伏等新能源發(fā)電技術(shù)在德國(guó)得到了大規(guī)模應(yīng)用，2018年光伏累計(jì)裝機(jī)達(dá)到44.3GW，其中90%為屋頂光伏，分布式光伏對(duì)電網(wǎng)的滲透率甚至達(dá)到30%[15]。在大規(guī)模分布式光伏接入電網(wǎng)的同時(shí)，電網(wǎng)也不可避免地出現(xiàn)了系統(tǒng)穩(wěn)定問(wèn)題。為緩解分布式光伏對(duì)電網(wǎng)的沖擊，早在2013年5月，德國(guó)就出臺(tái)了光儲(chǔ)補(bǔ)貼政策，由德國(guó)復(fù)興信貸銀行對(duì)用戶側(cè)光儲(chǔ)項(xiàng)目進(jìn)行低息貸款和現(xiàn)金補(bǔ)貼，鼓勵(lì)在已有和即將安裝光伏的用戶加裝儲(chǔ)能。最初現(xiàn)金補(bǔ)貼比例甚至達(dá)到了設(shè)備安裝費(fèi)用的30%，而且還要求光儲(chǔ)運(yùn)營(yíng)商必須將60%的發(fā)電量送入電網(wǎng)，使得運(yùn)營(yíng)商有機(jī)會(huì)通過(guò)現(xiàn)金補(bǔ)貼上網(wǎng)電量，從而獲取豐厚的利潤(rùn)，進(jìn)一步促進(jìn)了光儲(chǔ)系統(tǒng)在用戶側(cè)的大量安裝。

截至2018年，德國(guó)安裝了385MW用戶側(cè)儲(chǔ)能，用戶側(cè)光儲(chǔ)系統(tǒng)占分布式光伏的比例更是達(dá)到了77%，到2019年用戶側(cè)光儲(chǔ)系統(tǒng)又增加了 5萬(wàn)套。雖然光伏規(guī)模的不斷擴(kuò)大使光伏上網(wǎng)補(bǔ)貼從2017年7月1日起逐年下降，德國(guó)復(fù)興信貸銀行也于2016年10月終止了用戶側(cè)光儲(chǔ)補(bǔ)貼政策，但由于分布式光伏已規(guī)模化接入電網(wǎng)，儲(chǔ)能系統(tǒng)成本又在快速下降，加之其他儲(chǔ)能補(bǔ)貼政策也在陸續(xù)出臺(tái)，使得德國(guó)的用戶側(cè)光儲(chǔ)能市場(chǎng)在光儲(chǔ)補(bǔ)貼取消的情況下依然會(huì)繼續(xù)向前發(fā)展。而且由于用戶側(cè)零售電價(jià)的不斷攀升，過(guò)去以上網(wǎng)發(fā)電為主的盈利模式也必然向自發(fā)自用、余量上網(wǎng)的方向發(fā)展。目前，德國(guó)仍然是歐洲最成熟和最活躍的分布式光儲(chǔ)市場(chǎng)，也是用戶側(cè)光儲(chǔ)商業(yè)模式發(fā)展最先進(jìn)和最成功的國(guó)家。

1.1.2 澳大利亞

由于光照資源豐富、電網(wǎng)電價(jià)高，澳大利亞的光伏發(fā)電，特別是用戶側(cè)光伏發(fā)展迅速，大量用戶安裝了光伏系統(tǒng)。截至2017年，澳大利亞用戶側(cè)光伏總裝機(jī)數(shù)量超過(guò)了180萬(wàn)套，僅2017年，澳大利亞就新增了1095MW用戶側(cè)光伏，占全年新增光伏裝機(jī)容量的82%。與德國(guó)類似，大量用戶側(cè)光伏的接入使得澳大利亞電網(wǎng)也存在不可忽視的系統(tǒng)穩(wěn)定問(wèn)題，2016年9月發(fā)生的南澳州大范圍停電事故，更使得儲(chǔ)能等有助于提升系統(tǒng)穩(wěn)定性的技術(shù)措施成為該國(guó)能源領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)。為此，各州政府相繼發(fā)布了光儲(chǔ)補(bǔ)貼計(jì)劃，使得澳大利亞成為除德國(guó)外用戶側(cè)光儲(chǔ)市場(chǎng)發(fā)展最快的國(guó)家。2018年澳大利亞政府出臺(tái)了“電池儲(chǔ)能安裝激勵(lì)計(jì)劃”，該政策除了補(bǔ)貼居民用戶和商業(yè)用戶，更鼓勵(lì)用戶側(cè)光儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)入電力市場(chǎng)提供輔助服務(wù)，使得用戶能牟取更高的利潤(rùn)，進(jìn)一步提高了用戶安裝光儲(chǔ)系統(tǒng)的積極性。

目前，澳大利亞光儲(chǔ)系統(tǒng)主要集中在居民用戶和商業(yè)園區(qū)，與集中式電站相比，用戶側(cè)光儲(chǔ)占據(jù)了絕對(duì)的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)。繼2015年安裝了500套用戶側(cè)光儲(chǔ)系統(tǒng)后，2016年又安裝了6750套，2017年更是達(dá)到了20 000套，而在2019年由于州政府提供了1.47億美元的補(bǔ)貼以及低息貸款，更有接近7萬(wàn)戶家庭安裝戶用光儲(chǔ)系統(tǒng)[16]。隨著儲(chǔ)能成本和上網(wǎng)售電電價(jià)的下降，澳大利亞用戶側(cè)光儲(chǔ)系統(tǒng)的安裝量還會(huì)繼續(xù)增加，預(yù)計(jì)未來(lái)安裝量會(huì)實(shí)現(xiàn)3~4倍的增長(zhǎng)，目前澳大利亞已成為繼德國(guó)之后的全球第二大用戶側(cè)光儲(chǔ)市場(chǎng)。

1.1.3 美國(guó)

除德國(guó)、澳大利亞，美國(guó)為了在提高光伏等新能源發(fā)電占比的同時(shí)保證電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行，也推出了自己的光儲(chǔ)補(bǔ)貼政策。美國(guó)早在2011年，在用于鼓勵(lì)用戶側(cè)分布式發(fā)電的自發(fā)電激勵(lì)計(jì)劃中，就提出對(duì)于加裝了儲(chǔ)能的用戶給予2美元/W的設(shè)備安裝補(bǔ)貼。夏威夷由于其豐富的光伏資源，一直力圖通過(guò)資金激勵(lì)計(jì)劃支持光伏與儲(chǔ)能的結(jié)合，2017年1月州政府還明確出臺(tái)了推動(dòng)光儲(chǔ)系統(tǒng)安裝應(yīng)用的支持政策。加利福尼亞作為全美國(guó)用戶側(cè)光儲(chǔ)系統(tǒng)安裝最多的州，規(guī)定對(duì)于并網(wǎng)用戶在達(dá)到特定日循環(huán)要求的情況下，可以享受加州自發(fā)電激勵(lì)計(jì)劃(SGIP)的安裝補(bǔ)貼，該補(bǔ)貼能夠節(jié)省用戶50%的安裝費(fèi)用。

另外，一些非補(bǔ)貼性政策，例如為了鼓勵(lì)綠色能源投資而出臺(tái)的聯(lián)邦投資稅減免政策(investment tax credit，ITC)，即對(duì)于與光伏一同安裝的儲(chǔ)能，當(dāng)儲(chǔ)能系統(tǒng)中存儲(chǔ)的電量有75%以上來(lái)自于光伏發(fā)電時(shí)，便可減免設(shè)備成本30%的賦稅。同時(shí)，與之配套的儲(chǔ)能投資稅收減免法案也激勵(lì)美國(guó)的能源投資商將儲(chǔ)能應(yīng)用到光伏項(xiàng)目開(kāi)發(fā)中[17]，在一定程度上也起到了加速用戶側(cè)光儲(chǔ)項(xiàng)目發(fā)展的作用。

1.1.4 日本

日本作為世界第五大能源消費(fèi)國(guó)，由于棄核導(dǎo)致的電力供應(yīng)緊張，迫使光伏等新能源發(fā)電形式在日本迅猛發(fā)展，但同時(shí)又受到國(guó)土面積小、山地占比高、用電需求量大等客觀條件的制約，使得該國(guó)近幾年屋頂光伏的發(fā)展呈明顯的上升趨勢(shì)。與此同時(shí)，日本也在積極出臺(tái)激勵(lì)措施來(lái)鼓勵(lì)用戶采用儲(chǔ)能系統(tǒng)，以緩解大量涌入的分布式光伏帶來(lái)的系統(tǒng)穩(wěn)定問(wèn)題。例如日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省計(jì)劃出資約9830萬(wàn)美元為裝設(shè)儲(chǔ)能的居民和商業(yè)用戶提供66%的費(fèi)用補(bǔ)貼，同時(shí)還計(jì)劃為工業(yè)園區(qū)用戶撥款7.79億美元[17]，以鼓勵(lì)工業(yè)用戶將光伏和儲(chǔ)能結(jié)合應(yīng)用，以提高能源利用效率，這些政策的推出使得該國(guó)用戶側(cè)光儲(chǔ)項(xiàng)目數(shù)量不斷增多。另外，日本光伏上網(wǎng)補(bǔ)貼電價(jià)的持續(xù)降低和售電價(jià)格的不斷提升，也將促使用戶不斷提高光伏發(fā)電自發(fā)自用水平，使得儲(chǔ)能對(duì)于提升用戶經(jīng)濟(jì)效益的作用越來(lái)越顯著。

1.1.5 意大利

作為歐洲光照條件最好的國(guó)家，由于對(duì)國(guó)外進(jìn)口能源高度依存，使得意大利高度重視光伏等新能源的發(fā)展，并在2008—2013年間為新能源撒下大筆歐元。而作為歐洲居民用電電價(jià)最高的國(guó)家之一，高達(dá)0.25歐元/(kW×h)的居民電價(jià)也使得用戶側(cè)光儲(chǔ)項(xiàng)目表現(xiàn)出良好的經(jīng)濟(jì)性，事實(shí)上，意大利居民戶用光儲(chǔ)項(xiàng)目已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了6~8a的投資回報(bào)期。為了推動(dòng)用戶側(cè)光儲(chǔ)應(yīng)用，2018年意大利政府出臺(tái)了居民戶用光儲(chǔ)系統(tǒng)的補(bǔ)貼政策，主要針對(duì)20kW以下居民戶用光儲(chǔ)系統(tǒng)，補(bǔ)貼力度高達(dá)50%[18]。而在2018年倫巴第大區(qū)推出的700萬(wàn)歐元的光儲(chǔ)返利方案，則將最高50%的補(bǔ)償力度覆蓋至20kW以上工商業(yè)用戶。目前，意大利屋頂光伏安裝規(guī)模已超過(guò)50萬(wàn)套，如此大規(guī)模的用戶側(cè)光伏，加上相應(yīng)的光儲(chǔ)補(bǔ)貼政策，使得 意大利正逐步成為新的頗具吸引力的用戶側(cè)光儲(chǔ)市場(chǎng)。

1.1.6 瑞典

效仿德國(guó)戶用光儲(chǔ)補(bǔ)貼計(jì)劃，瑞典能源部2016年推出了總計(jì)為1.75億瑞典克朗(約1960萬(wàn)美元)的用戶側(cè)光儲(chǔ)補(bǔ)貼計(jì)劃，用以提高國(guó)內(nèi)光伏利用水平，提升電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性，并推動(dòng)該國(guó)2040年100%可再生能源發(fā)電目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)[19]。該計(jì)劃于2016年11月開(kāi)始實(shí)施，2019年12月結(jié)束，其中2016年的預(yù)算為2500萬(wàn)瑞典克朗， 2017—2019年每年約為5000萬(wàn)瑞典克朗，以補(bǔ)貼支持與戶用光伏配套安裝的儲(chǔ)能系統(tǒng)，每戶的補(bǔ)貼金額可達(dá)50000瑞典克朗，最高可占光儲(chǔ)系統(tǒng)成本的60%。雖然此前瑞典光伏裝機(jī)相對(duì)其他歐洲國(guó)家較為緩慢，但隨著政府財(cái)政支持力度的不斷加大，其光伏裝機(jī)也得到了越來(lái)越快的發(fā)展，而用戶側(cè)光儲(chǔ)補(bǔ)貼政策的出臺(tái)，不但會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)在瑞典的快速發(fā)展，也會(huì)使用戶側(cè)光儲(chǔ)成為新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，并帶動(dòng)瑞典新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展到新的高度。

1.2 發(fā)展情況分析

1.2.1 發(fā)展技術(shù)路線

根據(jù)對(duì)上述國(guó)家光儲(chǔ)系統(tǒng)發(fā)展情況的分析，可將國(guó)外用戶側(cè)光儲(chǔ)系統(tǒng)發(fā)展路線歸結(jié)為圖1。

圖1 國(guó)外用戶側(cè)光儲(chǔ)系統(tǒng)發(fā)展路線圖

隨著光伏技術(shù)發(fā)展，光伏成本的不斷下降和光伏上網(wǎng)補(bǔ)貼政策的引導(dǎo)，必然會(huì)刺激用戶側(cè)分布式光伏的大規(guī)模安裝。但隨著分布式光伏滲透率的不斷提高，必然會(huì)帶來(lái)相應(yīng)的系統(tǒng)穩(wěn)定問(wèn)題，而且光伏補(bǔ)貼的不斷下降也會(huì)引起用戶上網(wǎng)的積極性降低，從而使得用戶越來(lái)越傾向于光伏發(fā)電的自發(fā)自用和就地消納。在電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定和 用戶自發(fā)自用的需求下，政府如適時(shí)出臺(tái)儲(chǔ)能或光儲(chǔ)補(bǔ)貼政策，加上儲(chǔ)能系統(tǒng)成本的降低，必然會(huì)激勵(lì)已經(jīng)安裝光伏或?qū)⒁惭b光伏的用戶加裝儲(chǔ)能，從而達(dá)到既滿足用戶自發(fā)自用又提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的效果。如果用戶側(cè)光儲(chǔ)系統(tǒng)還能參與調(diào)峰、調(diào)頻、需求側(cè)響應(yīng)等電力輔助服務(wù)，并在其中獲取豐厚利益，必然會(huì)進(jìn)一步帶動(dòng)用戶側(cè)光儲(chǔ)系統(tǒng)發(fā)展，并將用戶電網(wǎng)售電牟利的單一經(jīng)營(yíng)模式改變?yōu)殡娋W(wǎng)售電和電力輔助服務(wù)相結(jié)合的綜合經(jīng)營(yíng)模式。

1.2.2 外部環(huán)境條件

綜上對(duì)國(guó)外光儲(chǔ)系統(tǒng)發(fā)展情況的論述，可以看出無(wú)論是光儲(chǔ)系統(tǒng)已經(jīng)得到大力推廣的德國(guó)、澳大利亞，還是光儲(chǔ)項(xiàng)目迅速增多的美國(guó)、日本、意大利、瑞典等國(guó)家，用戶側(cè)光儲(chǔ)系統(tǒng)欲得到快速發(fā)展，都至少應(yīng)具備以下3個(gè)重要條件：

1）電網(wǎng)面臨系統(tǒng)穩(wěn)定問(wèn)題。當(dāng)電網(wǎng)由于各種分布式新能源滲透率過(guò)高而面臨系統(tǒng)穩(wěn)定問(wèn)題時(shí)，從電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的角度出發(fā)提出要求，用戶側(cè)配合分布式新能源安裝儲(chǔ)能就會(huì)成為一種客觀需要，以減少分布式光伏對(duì)電網(wǎng)的沖擊。

2）政府出臺(tái)儲(chǔ)能或光儲(chǔ)補(bǔ)貼政策。由于光儲(chǔ)系統(tǒng)發(fā)展初期用戶很難從市場(chǎng)獲利，且儲(chǔ)能也會(huì)因?yàn)榘l(fā)展初期應(yīng)用規(guī)模小而難以降低系統(tǒng)成本，這些都會(huì)導(dǎo)致用戶安裝儲(chǔ)能的意愿很低，使得光儲(chǔ)系統(tǒng)在用戶側(cè)無(wú)法得到推廣。這種情況下，適當(dāng)?shù)难a(bǔ)貼政策對(duì)于用戶安裝光儲(chǔ)系統(tǒng)意愿具有重要的引導(dǎo)作用。如果能在電網(wǎng)穩(wěn)定性不斷下降、光伏上網(wǎng)補(bǔ)貼日益減少、用戶用電成本不斷上升等諸多問(wèn)題日益突出時(shí)推出光儲(chǔ)補(bǔ)貼政策，則能夠更快提升用戶安裝光儲(chǔ)系統(tǒng)的意愿，加速光儲(chǔ)系統(tǒng)在用戶側(cè)推廣應(yīng)用的進(jìn)程。

3）不斷完善的電力輔助服務(wù)市場(chǎng)。由于光儲(chǔ)系統(tǒng)中的儲(chǔ)能不產(chǎn)生電能，而只提供更高品質(zhì)的電能，且投資造價(jià)和使用成本較高，使得用戶在傳統(tǒng)的發(fā)售電模式下難以牟取與之匹配的經(jīng)濟(jì)利益。而電力輔助服務(wù)市場(chǎng)恰恰提供了這樣的盈利機(jī)會(huì)，需求側(cè)響應(yīng)需要的正是光儲(chǔ)系統(tǒng)所能提供的高品質(zhì)電能，調(diào)峰市場(chǎng)需要的也是光儲(chǔ)系統(tǒng)對(duì)尖峰負(fù)荷快速有效的調(diào)節(jié)能力。同時(shí)，也只有提供這種高附加值的服務(wù)才能使用戶有機(jī)會(huì)牟取更豐厚的利潤(rùn)，從而提高用戶安裝光儲(chǔ)系統(tǒng)的積極性，并進(jìn)一步加速光儲(chǔ)系統(tǒng)的推廣應(yīng)用。

2 國(guó)內(nèi)用戶側(cè)光儲(chǔ)系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 總體情況分析

與歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家分布式光伏大量接入電網(wǎng)、光伏滲透率高的情況相比，我國(guó)的分布式光伏滲透率低，而對(duì)于受建筑功能和計(jì)費(fèi)結(jié)算方式限制的戶用光伏，其數(shù)量就更少，這與德國(guó)、澳大利亞等以戶用光伏為主的情況差別更大。而且，國(guó)內(nèi)電網(wǎng)較國(guó)外電網(wǎng)要堅(jiān)強(qiáng)得多，還有大量火電和水電機(jī)組作為旋轉(zhuǎn)備用，雖然也有大量新能源接入電網(wǎng)，但新能源對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響不像國(guó)外那么突出，分布式光伏的影響則更小，從而進(jìn)一步減少了在用戶側(cè)加裝儲(chǔ)能以提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的必要性。同時(shí)，與國(guó)外政府持續(xù)出臺(tái)儲(chǔ)能或光儲(chǔ)的補(bǔ)貼政策相比，國(guó)內(nèi)一直缺少相應(yīng)的激勵(lì)政策，從而難以激發(fā)用戶安裝光儲(chǔ)系統(tǒng)的積極性，成為制約國(guó)內(nèi)用戶側(cè)光儲(chǔ)項(xiàng)目的又一重要因素。另外，與歐美國(guó)家電力市場(chǎng)日益開(kāi)放和完善的情況不同，國(guó)內(nèi)電力市場(chǎng)還處于培育期，調(diào)峰、調(diào)頻、需求側(cè)響應(yīng)等諸多電力輔助服務(wù)的方式還處于探索階段，國(guó)內(nèi)電力輔助服務(wù)市場(chǎng)的不完善也阻斷了用戶側(cè)光儲(chǔ)項(xiàng)目獲取豐厚利潤(rùn)的重要途徑，使得其發(fā)展進(jìn)一步受到制約。因此對(duì)于國(guó)內(nèi)用戶側(cè)光儲(chǔ)系統(tǒng)的發(fā)展，無(wú)論是市場(chǎng)客觀需求，還是用戶主觀能動(dòng)性，都與國(guó)外的情況存在很大差異。特別是經(jīng)濟(jì)性不明顯的問(wèn)題，使得用戶側(cè)光儲(chǔ)項(xiàng)目在國(guó)內(nèi)光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展了幾十年之后依然很少，欲在國(guó)內(nèi)推廣用戶側(cè)光儲(chǔ)項(xiàng)目需要破解的瓶頸難題依然很多。

目前，國(guó)內(nèi)的用戶側(cè)光儲(chǔ)項(xiàng)目主要集中在能取得光伏上網(wǎng)電價(jià)補(bǔ)貼且峰谷電價(jià)差大的工商業(yè)用戶，主要的盈利模式為光伏園區(qū)折扣電價(jià)售電、余量上網(wǎng)以及儲(chǔ)能利用峰谷電價(jià)差獲取，盈利對(duì)電網(wǎng)電價(jià)的依賴度很高，這與國(guó)外用戶側(cè)光儲(chǔ)系統(tǒng)自發(fā)自用和提供電力輔助服務(wù)為主的盈利模式有較大不同。應(yīng)該說(shuō)，將光伏上網(wǎng)電價(jià)補(bǔ)貼、大的峰谷電價(jià)差以及工商業(yè)用戶等作為安裝光儲(chǔ)系統(tǒng)的必要條件，這些要求還是很苛刻的，具備這些條件的安裝地區(qū)也相對(duì)較少，這也進(jìn)一步增加了用戶側(cè)光儲(chǔ)系統(tǒng)推廣的難度。雖然如此，在峰谷電價(jià)差大且負(fù)荷重的地區(qū)，例如北京、浙江、廣州等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，由于用電形式和用電需求的多樣化，還是有部分用戶側(cè)光儲(chǔ)項(xiàng)目在這 些地方的工業(yè)園區(qū)、商業(yè)區(qū)以及校園微網(wǎng)中投運(yùn)。

2.2 投運(yùn)項(xiàng)目介紹

2.2.1 北京大鐘寺藍(lán)景麗家光儲(chǔ)項(xiàng)目

2017投運(yùn)的北京大鐘寺藍(lán)景麗家光儲(chǔ)系統(tǒng)為商業(yè)園區(qū)項(xiàng)目，其光伏為901.8kW單晶硅光伏系統(tǒng)，儲(chǔ)能為500kW/2 500kW×h鉛炭電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，用戶負(fù)荷5000kW。其光伏項(xiàng)目享受國(guó)、市、區(qū)三級(jí)政府補(bǔ)貼，國(guó)家補(bǔ)貼0.42元/(kW×h)，北京市補(bǔ)貼0.3元/(kW×h)，海淀區(qū)一次性補(bǔ)貼0.3元/ (kW×h)，其中北京市補(bǔ)貼期限不超過(guò)5a，海淀區(qū)補(bǔ)貼總額不超過(guò)100萬(wàn)元。項(xiàng)目所在地峰谷電價(jià)差為1.01元，尖峰谷電價(jià)差為1.41元。可以看出，大鐘寺藍(lán)景麗家高的電價(jià)補(bǔ)貼和大的峰谷電價(jià)差為用戶側(cè)光儲(chǔ)項(xiàng)目的實(shí)施提供了很好的外部條件。

藍(lán)景麗家光儲(chǔ)項(xiàng)目采用的合同能源管理的方式，在投資商利用光伏系統(tǒng)售電獲利和儲(chǔ)能系統(tǒng)峰谷電價(jià)套利的同時(shí)，也為用戶節(jié)省了電費(fèi)。根據(jù)用戶的統(tǒng)計(jì)，該光儲(chǔ)項(xiàng)目每年為用戶節(jié)省的電費(fèi)在40萬(wàn)~50萬(wàn)元。同時(shí)，由于大鐘寺藍(lán)景麗家地處北京市北三環(huán)，是北京市商業(yè)核心地帶，為重負(fù)荷區(qū)，線路走廊擁擠，而經(jīng)營(yíng)規(guī)模的擴(kuò)大、數(shù)據(jù)中心的建設(shè)以及電動(dòng)汽車充電樁的接入使得用戶一直面臨供電容量不足的窘境。而該光儲(chǔ)項(xiàng)目正好解決了區(qū)外輸電線路難以擴(kuò)容改造、用戶用電量逐年增大導(dǎo)致的變壓器容量不足的痛點(diǎn)問(wèn)題，從而使得該項(xiàng)目具有良好的經(jīng)濟(jì)性。經(jīng)過(guò)2年多運(yùn)營(yíng)，該項(xiàng)目已收回約70%的成本，還解決了企業(yè)未來(lái)發(fā)展用電不足問(wèn)題，為用戶解決了后顧之憂，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)示范效應(yīng)都很顯著。

2.2.2 杭州富陽(yáng)中恒電氣有限公司光儲(chǔ)項(xiàng)目

2017年投運(yùn)的杭州富陽(yáng)中恒電氣有限公司用戶側(cè)光儲(chǔ)系統(tǒng)為工業(yè)園區(qū)項(xiàng)目，其光伏系統(tǒng)容量為606kW，儲(chǔ)能為250kW/300kW×h鉛炭電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，用戶負(fù)荷為400kW廠區(qū)供電和 134kW交直流充電樁用電[20]。項(xiàng)目所在地峰谷電價(jià)差為0.52元，峰平電價(jià)差為0.21元，尖峰谷電價(jià)差為0.83元，尖峰平電價(jià)差為0.51元，可以看出富陽(yáng)中恒光儲(chǔ)項(xiàng)目所在地的峰谷電價(jià)差低于大鐘寺藍(lán)景麗家。

該項(xiàng)目運(yùn)行控制方式為光儲(chǔ)解耦運(yùn)行，光伏系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)方式為園區(qū)供電、余量上網(wǎng)，截至2018年3月25日，光伏系統(tǒng)累計(jì)發(fā)電量約33.3萬(wàn)kW×h，園區(qū)供電電量27.4萬(wàn)kW×h，余量上網(wǎng)電量5.9萬(wàn)kW×h，自發(fā)自用電量占比82.3%。儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)方式為峰谷電價(jià)差和峰平電價(jià)差套利，每天采用兩充兩放的充放電策略。另外，由于儲(chǔ)能系統(tǒng)采用鉛炭電池，能量狀態(tài)運(yùn)行區(qū)間為40%~100%。儲(chǔ)能系統(tǒng)自2016年10月18日正式投入運(yùn)行，到2018年3月28日，不到一年半的時(shí)間，累計(jì)充電電量為10.4萬(wàn)kW×h，累計(jì)放電量為7.3萬(wàn)kW×h。該光儲(chǔ)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)2年多的運(yùn)行，有效降低了用戶的基本電費(fèi)。

2.2.3 寧波新晶都酒店光儲(chǔ)項(xiàng)目

與北京大鐘寺藍(lán)景麗家光儲(chǔ)項(xiàng)目類似，2019年4月投運(yùn)的寧波新晶都酒店用戶側(cè)光儲(chǔ)系統(tǒng)也為一般商業(yè)項(xiàng)目，項(xiàng)目光伏系統(tǒng)容量為90kW，儲(chǔ)能系統(tǒng)容量為250kW/500kW×h，項(xiàng)目總投資150萬(wàn)元，項(xiàng)目所在地峰谷電價(jià)差與杭州富陽(yáng)中恒電氣有限公司相同[20]。與杭州富陽(yáng)中恒光儲(chǔ)項(xiàng)目相同，項(xiàng)目運(yùn)行控制方式為光儲(chǔ)解耦運(yùn)行，其光伏系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)方式為園區(qū)供電、余量上網(wǎng)，儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)方式為峰谷電價(jià)差套利。項(xiàng)目投運(yùn)后，每年能為酒店節(jié)省約5萬(wàn)元電費(fèi)，同時(shí)也能達(dá)到環(huán)保、高效用電和節(jié)能的目的。

2.2.4 云南玉溪居民戶用光儲(chǔ)項(xiàng)目

2018年投運(yùn)的云南玉溪光儲(chǔ)系統(tǒng)為居民戶用光儲(chǔ)項(xiàng)目，項(xiàng)目光伏系統(tǒng)容量為60kW，儲(chǔ)能系統(tǒng)為20kW/20.6kW×h鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，用戶負(fù)荷為20戶居民用電[21]。由于是居民用電，項(xiàng)目所在地?zé)o電價(jià)差，因此項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)方式與工商業(yè)園區(qū)有很大差別。具體來(lái)說(shuō)，云南玉溪為光照條件好的地區(qū)，對(duì)于基于居民屋頂構(gòu)建的用戶側(cè)微電網(wǎng)，日間光伏發(fā)電功率較大，但負(fù)荷較小，夜間無(wú)光照，但負(fù)荷較大，即光伏發(fā)電與用戶用電呈反調(diào)峰特性。因此，光儲(chǔ)運(yùn)行控制方式為白天儲(chǔ)能系統(tǒng)充入光伏發(fā)電電量，保證光伏發(fā)電電量的就地消納，晚上儲(chǔ)能系統(tǒng)則放出白天充入的電量為居民供電，也就是說(shuō)儲(chǔ)能系統(tǒng)的主要作用就是促進(jìn)光伏發(fā)電的就地消納。

由于該項(xiàng)目租用了居民屋頂?shù)葓?chǎng)地，為償還場(chǎng)地租賃費(fèi)用，項(xiàng)目采用了每月無(wú)償提供 100kW×h免費(fèi)電量的方式進(jìn)行抵扣，而不是根據(jù)發(fā)電電量與用戶進(jìn)行電費(fèi)結(jié)算。之所以如此，主要是因?yàn)橐獏^(qū)分光伏供電電量、儲(chǔ)能供電電量和電網(wǎng)供電電量較復(fù)雜，難以進(jìn)行有效計(jì)量，這也從一定程度上反映出居民戶用光儲(chǔ)項(xiàng)目不但受制造成本、補(bǔ)貼政策、電網(wǎng)電價(jià)等大環(huán)境影響，也受到計(jì)量、交易、結(jié)算等具體技術(shù)細(xì)節(jié)的制約，這與歐美等國(guó)家戶用光儲(chǔ)系統(tǒng)迅速發(fā)展的現(xiàn)狀形成了鮮明的對(duì)比，可以說(shuō)國(guó)內(nèi)戶用光儲(chǔ)系統(tǒng)發(fā)展環(huán)境較工商業(yè)用戶還要艱難，欲向前發(fā)展需要克服的困難更多。

2.3 發(fā)展趨勢(shì)分析

2.3.1 面臨問(wèn)題

從對(duì)國(guó)內(nèi)用戶側(cè)光儲(chǔ)項(xiàng)目的介紹可以看出，無(wú)論是發(fā)展環(huán)境還是運(yùn)營(yíng)模式，國(guó)內(nèi)外都存在很大差異。與國(guó)外分布式光伏滲透率高、分布式光伏對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性影響大、儲(chǔ)能或光儲(chǔ)補(bǔ)貼政策較為積極、電力市場(chǎng)相對(duì)開(kāi)放和完善的情況相比，國(guó)內(nèi)的分布式光伏滲透率較低，分布式光伏對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性影響小，缺乏儲(chǔ)能或光儲(chǔ)補(bǔ)貼政策，電力輔助服務(wù)市場(chǎng)還處于培育期[22-23]。

上述發(fā)展環(huán)境使得國(guó)內(nèi)用戶側(cè)光儲(chǔ)項(xiàng)目經(jīng)營(yíng)模式與國(guó)外自發(fā)自用和提供電力輔助服務(wù)為主的模式有很大不同，主要的盈利模式為光伏園區(qū)折扣電價(jià)售電、余量上網(wǎng)以及儲(chǔ)能利用峰谷電價(jià)差獲利。由于無(wú)法從輔助服務(wù)市場(chǎng)牟取高附加值的利潤(rùn)，且儲(chǔ)能系統(tǒng)成本還較高，使得國(guó)內(nèi)的經(jīng)營(yíng)模式經(jīng)濟(jì)性不明顯，用戶安裝光儲(chǔ)系統(tǒng)的意愿較低，用戶側(cè)光儲(chǔ)項(xiàng)目較少。可以說(shuō)，國(guó)內(nèi)用戶側(cè)光儲(chǔ)項(xiàng)目的推廣很大程度上有賴于外部環(huán)境的改善，同時(shí)還需要克服許多關(guān)鍵的瓶頸問(wèn)題。

2.3.2 技術(shù)發(fā)展方向

雖然面臨諸多難題，但值得一提的是，近些年來(lái)，隨著充電汽車的不斷推廣，在商場(chǎng)、工業(yè)園區(qū)、校園、居民小區(qū)等用戶側(cè)充電樁被安裝得越來(lái)越多。由于電動(dòng)汽車直流充電電價(jià)較電網(wǎng)售電電價(jià)高，特別是直流快充電價(jià)更高，例如北京直流充電樁平時(shí)電價(jià)為1.3元/(kW×h)，峰時(shí)電價(jià)為1.8元/(kW×h)，遠(yuǎn)高于對(duì)應(yīng)時(shí)段的電網(wǎng)電價(jià)，這使得一些新能源投資商開(kāi)始將目光轉(zhuǎn)向用戶側(cè)光儲(chǔ)充一體化項(xiàng)目，探索將成本低的光伏發(fā)電電量、儲(chǔ)能谷時(shí)充電電量用于電動(dòng)汽車直流快充，從而尋求在光伏售電、儲(chǔ)能峰谷平套利之外新的利潤(rùn)增長(zhǎng)點(diǎn)，同時(shí)也是更高附加值的利潤(rùn)增長(zhǎng)點(diǎn)。

特別是對(duì)于成本較高的儲(chǔ)能系統(tǒng)，甚至可以考慮只針對(duì)充電樁高峰時(shí)段的充電需求進(jìn)行峰谷套利，即在谷時(shí)從電網(wǎng)充入電量，并僅在電動(dòng)汽車充電高峰期供給充電樁充電，以此進(jìn)一步拉大儲(chǔ)能系統(tǒng)的峰谷電價(jià)差。這樣，不但可以更好地體現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，尋求與儲(chǔ)能系統(tǒng)較高的投資金額相匹配的高額利潤(rùn)，而且也能有效降低電動(dòng)汽車在充電高峰期給電網(wǎng)造成的沖擊負(fù)荷，從而在增加經(jīng)濟(jì)收入和提高系統(tǒng)穩(wěn)定性上達(dá)到雙贏的目的。

目前，相比較國(guó)內(nèi)零星的光儲(chǔ)項(xiàng)目，光儲(chǔ)充項(xiàng)目要多很多，目前在北京、江蘇、廣東、上海、山東、安徽、江西、湖北等多地均有落地，例如北京集美大紅門光儲(chǔ)充一體化電站項(xiàng)目，就在積極探索如何將光儲(chǔ)系統(tǒng)與充電樁相結(jié)合的運(yùn)營(yíng)模式，目前該項(xiàng)目已建成1.4MW光伏系統(tǒng)、4MW/ 12MW×h儲(chǔ)能系統(tǒng)以及12臺(tái)150kW直流充電樁。雖然目前光儲(chǔ)充項(xiàng)目也面臨充電車位被汽油車占據(jù)、充電客戶流量不穩(wěn)定等問(wèn)題，但隨著充電車位監(jiān)控技術(shù)的完善、車主充電習(xí)慣的形成，上述問(wèn)題都會(huì)得到有效解決。

更重要的是，隨著電動(dòng)汽車數(shù)量的持續(xù)增加，會(huì)使用戶自發(fā)從經(jīng)濟(jì)性角度考慮安裝光儲(chǔ)充系統(tǒng)的必要性，從而對(duì)用戶側(cè)光儲(chǔ)充系統(tǒng)的需求變得越來(lái)越剛性。由于近幾年國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車發(fā)展比國(guó)外要迅速得多，大量安裝的充電樁必將成為國(guó)內(nèi)用戶側(cè)光儲(chǔ)項(xiàng)目發(fā)展有別于國(guó)外的重要優(yōu)勢(shì)，光儲(chǔ)充一體化很有可能成為未來(lái)用戶側(cè)分布式發(fā)電的重要發(fā)展方向，從而為國(guó)內(nèi)用戶側(cè)光儲(chǔ)項(xiàng)目提供新的出路。

3 結(jié)論

1）總結(jié)了國(guó)外用戶側(cè)光儲(chǔ)系統(tǒng)快速發(fā)展的重要條件。高滲透率分布式光伏導(dǎo)致的電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性問(wèn)題、政府持續(xù)出臺(tái)的儲(chǔ)能或光儲(chǔ)補(bǔ)貼政策、日益完善的電力輔助服務(wù)市場(chǎng)是國(guó)外光儲(chǔ)系統(tǒng)得以快速推廣應(yīng)用的重要條件。

2）指出了國(guó)內(nèi)用戶側(cè)光儲(chǔ)系統(tǒng)發(fā)展所面臨的困難。由于缺少儲(chǔ)能或光儲(chǔ)補(bǔ)貼政策，而電力輔助服務(wù)市場(chǎng)還處于培育期，使得國(guó)內(nèi)用戶側(cè)光儲(chǔ)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性不明顯，這是國(guó)內(nèi)用戶側(cè)光儲(chǔ)系統(tǒng)發(fā)展所面臨的最大難題。

3）提出了國(guó)內(nèi)用戶側(cè)光儲(chǔ)系統(tǒng)的發(fā)展方向。根據(jù)目前國(guó)內(nèi)用戶側(cè)光儲(chǔ)系統(tǒng)發(fā)展所面臨的問(wèn)題，建議在出臺(tái)儲(chǔ)能或光儲(chǔ)補(bǔ)貼政策和發(fā)展電力輔助服務(wù)市場(chǎng)的同時(shí)，應(yīng)抓住國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車充電樁迅速發(fā)展的有利條件，推動(dòng)光儲(chǔ)充技術(shù)在用戶側(cè)的結(jié)合應(yīng)用，既為國(guó)內(nèi)用戶側(cè)光儲(chǔ)項(xiàng)目提供新的出路，也為新能源的發(fā)展注入新的活力。

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Research on the Development and Application of the Photovoltaic and Energy Storage System in the User-side at Home and Abroad

CHEN Hao1, ZHANG Weihua2, SHI Lei2, LI Xiaojiang2, WANG Kairang1, GONG Yu1

(1. North China Electric Power Research Institute Co., Ltd., Haidian District, Beijing 100045, China ; 2. Beijing High Technology Venture Capital Co., Ltd., Chaoyang District, Beijing 100022, China)

Nowadays more and more distributed photovoltaic is connected to distribution grid. Under the condition, as an effective method of improving grid stability and decreasing electricity cost, the photovoltaic and energy storage system has become an important trend of new energy application. Application of the user-side photovoltaic and energy storage system in the developed countries as Europe, United States and Japan was studied. On the base of the analysis, the important developing condition and technology roadmap of the user-side photovoltaic and energy storage system abroad was summarized. Secondly, some typical domestic photovoltaic and energy storage projects in the business market, industrial park and residential area were introduced. And the development problems of the domestic photovoltaic and energy storage projects were analysed. Finally, according to the analysis of the application experience abroad and the situation of the rapid development of the electric vehicle charge at home, the development suggestions are put forward, which can be used for reference for the healthy development of domestic user side optical storage projects.

user-side; photovoltaic and energy storage system; distributed photovoltaic; fee-in tariff; ancillary service market

10.12096/j.2096-4528.pgt.19156

TK 51

2019-10-29。

(責(zé)任編輯 楊陽(yáng))