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，我國明確提出了“雙碳”的發(fā)展目標(biāo)，力爭于2030年實現(xiàn)“碳達(dá)峰”，2060年實現(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)綠色消費實施方案》中提到鼓勵用電企業(yè)開展分布式光伏發(fā)電建設(shè)，并實現(xiàn)與儲能、微電網(wǎng)的融合發(fā)展［2］。

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

本文分析國外成熟的光伏電力交易政策及機制，總結(jié)相關(guān)方法和經(jīng)驗；以零售用戶為主體建立光伏發(fā)電成本模型，實現(xiàn)投入成本測算；從政府和電網(wǎng)企業(yè)的角度出發(fā)，提出優(yōu)惠政策和補償機制，鼓勵更多用戶建設(shè)分布式光伏；考慮售電公司的利潤和用電企業(yè)電費支出的滿意度，設(shè)計符合國內(nèi)電力市場的零售套餐。

1 國外光伏電力交易政策及機制

1.1 澳大利亞太陽能電力套餐

澳大利亞作為全球太陽能發(fā)用電占比最高的國家，幾乎所有的售電公司都對這類用戶推出了太陽能電力套餐［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)備安裝補貼，使得絕大多數(shù)用戶在2年內(nèi)便可收回成本實現(xiàn)盈利。

1.2 美國加州100%光伏電力計劃

美國加州為實現(xiàn)100%光伏電力計劃，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能板和儲電電池，該法令預(yù)計在2023年生效［6］。

1.3 德國EEG復(fù)活節(jié)套餐

德國政府推出EEG復(fù)活節(jié)套餐來鼓勵市場主體安裝光伏系統(tǒng)，利用太陽能發(fā)電，從而避免過高的用電成本，具體補貼措施包括低息貸款、安裝補貼和提高上網(wǎng)電價。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、運營成本、設(shè)備維修成本和回收價值［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)備時所需償還本金和利息的總和，采用等額本息方式進(jìn)行計算，如式（2） ～（3）所示。

式中，i為光伏貸款年利率，ηoan為貸款年限。

運營成本（元）是指用電企業(yè)對光伏發(fā)電設(shè)備的日常運營費用，如式（4） ～（5）所示。

式中，γpv＿op為光伏設(shè)備年運營費用系數(shù)，rop為運營年限。

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

式中，γpv＿rep為光伏設(shè)備年維修費用系數(shù)，此系數(shù)可能會隨著運營年限的增加而增高。

回收價值（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，賣出可獲得的收益，如式（8）所示。

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

3 政府和電網(wǎng)企業(yè)補償機制

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重要因素，各省目前推出的鼓勵用電企業(yè)開展分布式光伏發(fā)電建設(shè)的優(yōu)惠政策和補償機制也主要圍繞這兩方面展開［9］。

（1）各省市政府對建成分布式光伏發(fā)電設(shè)備的電力用戶給予一次性建設(shè)補貼，補貼金額一般為每瓦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)用戶補貼金額較高；

（2）按光伏設(shè)備發(fā)電量給予補貼，補貼金額一般為0.1～1元／（kW·h），補貼時間大多為自建成并網(wǎng)次月起24～36個月內(nèi)，補貼標(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)電補貼標(biāo)準(zhǔn)相對較高；

（3）銀行對建設(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；同時降低貸款門檻，實現(xiàn)低首付甚至零首付貸款。

4 電力零售套餐設(shè)計

結(jié)合售電公司盈利性和電力用戶電費滿意程度分析，該套餐設(shè)計需以分時套餐為基礎(chǔ)模型［10］，在其中增加光伏自發(fā)電量曲線、免偏差考核和分時盈余發(fā)電量回購，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)計光伏自發(fā)電套餐時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電成本與電力用戶約定分時價格。

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

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，成為套餐主要費用計算的依據(jù)。

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

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

當(dāng)Qcon，t＜Qgen，t時，則會出現(xiàn)盈余發(fā)電電量，回購電價不能按正常市場價執(zhí)行，應(yīng)按照低于當(dāng)前時段平均上網(wǎng)電價的價格進(jìn)行回購。

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

購買電費減電網(wǎng)回購則得到最終的電費結(jié)果，若電力用戶谷時段用電多，該結(jié)果大概率會小于0，也就是不需要支付電費的同時還能獲得一定收益。

5 算例分析

本文以某城市的一家參與電力零售交易市場的建材工廠為研究對象，其特點為屋頂可利用面積大，同時全天用電且谷時段用電量大。此算例將計算電力用戶建設(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、運營年限r(nóng)op為25年、光伏設(shè)備年運營費用系數(shù)γpv＿op為0.5%、光伏設(shè)備年維修費用系數(shù)γpv＿rep為1.5%、光伏設(shè)備回收價值系數(shù)γpv＿rec為8.08%、政府一次性建設(shè)補貼為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)定峰時段購買電價為0.56元／（kW·h），平時段購買電價為0.42元／（kW·h），谷時段購買電價為0.35元／（kW·h），峰時段上網(wǎng)電價為0.52元／（kW·h），平時段上網(wǎng)電價為0.4元／（kW·h），谷時段上網(wǎng)電價為0.26元／（kW·h），收購電價系數(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)電套餐費用可得到該零售用戶每年的成本和收益。其中，電費收益為電力用戶自發(fā)電收益和電網(wǎng)回購補貼收益的合計，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收益。經(jīng)過計算，得出零售用戶6年可收回成本，25年可實現(xiàn)總盈利1000萬，見表3。

表3 零售用戶收益單位：萬元

6 結(jié)束語

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、補貼政策，基于分時零售套餐設(shè)計了一個新型光伏自發(fā)電套餐，以解決零售電力市場在這一領(lǐng)域的空缺，實現(xiàn)售電公司、電力用戶、電網(wǎng)企業(yè)的三贏，具有如下特點：

（1）構(gòu)建的電力用戶光伏建設(shè)成本模型，充分考慮了國內(nèi)光伏市場價格、貸款政策、日常運維費用等，為后續(xù)零售用戶收益分析奠定了基礎(chǔ)；

（2）結(jié)合國內(nèi)外相關(guān)政策和交易機制，提出了優(yōu)化方法，即補貼金額應(yīng)與電力市場價格相關(guān)聯(lián)，為后續(xù)套餐的設(shè)計提供了依據(jù)；

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