基于月消納比率波動較大的光伏電價管理模式

摘 要：為了解決光伏投資過程中企業月用電結構不確定、光伏發電月消納比率不穩定的問題，本文提出了一種基于月消納比率波動較大的分布式光伏EMC電價管理模式。根據投資方內部收益率期望的下限，確定與業主光伏消納比率相關的電價折扣比例，在保證投資方最低投資回報率的同時，最大限度地讓利于工商企業，降低了投資風險，保障雙方利益。根據實例分析，比較本文提出的電價管理模式和傳統電價管理模式，驗證了本文電價管理模式的優越性和可行性。

關鍵詞：分布式光伏；EMC；電價管理；月消納比率

中圖分類號：TM 615 " " " 文獻標志碼：A

當發電企業投資分布式光伏項目時，常遇到月用電結構不穩定的工商企業，例如微電網模式的工業園區或季節性生產的企業，其月用電結構易發生大幅變化，導致光伏發電的月消納比率不穩定[1]。這就造成了這些企業在安裝分布式光伏后，光伏發電的月消納比率是不穩定的。月消納比率的不同直接影響投資方和工商業企業的利益。雙方在簽訂管理能源合同（EMC）時，采用固定電價優惠折扣不合理，可能對雙方都不利。對工商業企業來說，隨著入駐企業增加或產能升級，用電量變化可能導致光伏發電消納比率變動，初期折扣可能不利于其利益。對投資方來說，如果企業用電量大幅減少，那么初期用電量確定的折扣也可能帶來較大投資風險[2]。因此，根據工商業用戶月消納比率變化，每月采取不同電價優惠折扣是最合理的?？梢园凑赵孪{比率的不同，在管理能源合同（EMC）中約定電價折扣比率，保障投資方與工商業用戶的共同利益，降低項目的投資風險。

本文提出的基于月消納比率波動較大的分布式光伏EMC電價管理模式，根據投資方內部收益率下限，確定與業主光伏月消納比率相關的電價折扣比例，保障雙方利益。

1 分布式光伏項目參與者分類

在一個完整的分布式光伏項目投資、建設和運營周期內，其參與者主要可以分為屋頂業主、投資方、建設方和運營方[3]。

屋頂業主是一個分布式光伏項目最重要的參與者，項目的建設基礎便是光照資源、結構基礎以及配套環境良好的屋頂資源，屋頂業主是屋頂資源的提供者，同時也是分布式光伏發電的消納者，因此屋頂業主便在分布式光伏項目中具有較大的話語權。

投資方是任何一個建設項目不可缺少的一部分，在分布式光伏項目中，其即是光伏電站所有權的擁有者，可以是完全的第三方投資機構，也可以由資金充足的屋頂業主、建設方或運營方扮演，甚至合作成立新公司投資。

建設方可以理解為傳統的工程建造商，但區別在于，由于分布式光伏電站的運營維護特點，有一些建設方實際上還承擔分布式光伏電站后期全部或部分的運營方角色，還要根據項目具體運營模式來決定。

運營方就是在分布式光伏項目建成后負責項目后期運營維護工作，一般的分布式光伏項目都是由光伏電站的擁有者（即投資方）來承擔。由于分布式光伏電站的運營維護特點，因此也要根據項目具體運營模式來決定。

2 分布式光伏EMC運營模式

為了提高電網的可靠性和緩解能源的緊缺，需要對配電網進行升級改造，大電網與分布式發電相結合被公認是能夠節省投資、降低能耗、提高電力系統可靠性和靈活性的主要方式。分布式發電主要是配置在配電網或負荷附近的中小型發電設備，與集中式發電相比，其發電容量通常較小，分布式發電是一種靈活且高效的能源供應方式。屋頂式光伏發電技術作為分布式發電技術的一種，其受到了廣泛關注。屋頂式光伏發電利用屋頂的空閑空間，將光伏電池組件安裝在建筑物的屋頂上，通過吸收太陽能并將其轉換為電能，實現了電能的自給自足或余電上網。在美國和日本的一些地區，已經有由屋頂式光伏電池發電設備聯成的PV系統與當地電網相聯。白天發電的盈余倒送電網，晚間用戶從電網取電，在供電企業和用戶間形成一種新型關系。

分布式光伏電站的光伏設備具備直接并網的能力，使太陽能可以就地轉化利用，減少因遠距離大容量輸電而產生的線路損耗和輸電容量占用問題。此外，分布式光伏系統可以大幅降低業主用電成本，具有較高的經濟效益。EMC光伏運營模式即采取合同能源管理的方式，業主提供屋頂，引入第三方進行光伏投資，由建造商進行項目總承包建設，負責落實補貼及并網需求，待項目最終建成后，由引入的第三方與原屋頂業主共同確定光伏項目的后期運營工作，并協商收益分配方式，業主可以根據自身情況，選擇享受優惠協議電價的分配方式或者收取屋頂租金的分配方式[4]。

在合同能源管理模式的框架下，建造商、投資方以及業主等項目參與方在項目中共擔投資、建設、運行及維護的風險，共享節能項目所帶來的收益成果。因此，合同能源管理模式是當前及未來一段時間的分布式光伏電站主要運營模式，EMC模式示意圖如圖1所示。

本文采用的EMC光伏運營模式為業主免費提供屋頂，投資方享有屋頂使用權，建造商進行項目總承包建設。在項目建成后，由投資方與屋頂業主根據工商業用戶的原實際電價和用戶的月消納比率進行測算，共同商定電價折扣率或售電價格。

3 基于月消納比率波動較大的分布式光伏EMC電價管理模式

由于某些業主月用電結構不穩定，如果采用根據高月消納比率簽訂的固定高電價或折扣率，當業主月消納比率較低時，大量未能消納的電量以極低價格上網，會導致售電利潤大幅降低，給投資方帶來極大投資風險，基于此類月用電結構不穩定的業主，本文提出一種根據月消納比率的波動變化而改變光伏電價折扣率的分布式光伏EMC電價管理模式，該模式解決了因月消納比率波動較大的業主用電量不穩定而導致運營商投資風險增加的問題。

3.1 分布式光伏EMC電價計算方式

在本文提出的光伏EMC電價管理模式中，光伏系統裝機容量為αMW，光伏系統效率年均衰減為δ%，首年發電利用小時數為h小時，光伏電站投運時間為n年（光伏板壽命約為25年，n最大值為25），則該光伏系統每年發電量σ的計算過程如公式（1）所示。

σt=h·α·（1-δ%）t-1 " " " "（1）

式中：σt為光伏系統第t年發電量，1≤t≤n。

以江蘇地區為例，光伏發電時間主要集中在08：00～17：00，根據峰谷平時間段加權計算業主在光伏發電時段使用市電的綜合電價為b元/kW·h，光伏上網電價為c元/kW·h，那么光伏月度綜合售電電價β如公式（2）所示。

β=b·γ·ε+c（1-ε） " " " " " （2）

式中：γ為運營商提供給業主的電價折扣比例；ε為業主每月光伏電量消納比率；b為市電的綜合電價；c為光伏上網電價。

通過大數據采集分布式光伏電站發電量，計算每月發電量占年度發電量的權重。從國家電力有限公司營銷管理信息系統的光伏用電信息采集數據可知，其中4—10月為發電高峰月，11—3月發電低谷月[5]，對某光伏電站采集到的發電量數據進行歸納梳理，設4—10月權重約為0.1，11月—次年3月權重約為0.06，根據光伏月度綜合售電電價β加權計算年度光伏平均綜合電價如公式（3）所示。

β'=0.1（β4+...+β10）+0.06（β11+...+β3） " " " " "（3）

式中：β'為年度光伏平均綜合電價；βx為光伏第x月綜合售電電價。

根據公式（1）得出的光伏系統每年發電量和公式（3）得出的年度光伏綜合電價，可以求出光伏系統第t年電費為Ft萬元如公式（4）所示。

（4）

式中：σt為光伏系統第t年發電量；β'為年度光伏平均綜合電價；Ft為光伏系統第t年電費。

內部收益率（IRR）就是該方案在整個計算期內各期資金流入現值總額CI等于資金流出現值總額CO時的折現率，其作為評估指標可以反映項目的經濟效益和盈利能力。而在分布式光伏系統中，由于天氣、日照情況等因素的不確定性，項目的實際收益可能會存在一定的波動，IRR的計算過程如公式（5）所示。

（5）

式中：CI為資金流入現值總額；CO為資金流出現值總額；n為光伏電站投運時間。

資金流出現值總額CO主要為建設投資、經營成本和所得稅，資金流入現值總額CI則主要為銷售收入和補貼收入，通過考慮這些因素，能夠更全面地反映項目的經濟效益和盈利能力。

現假設光伏建造商平均報價為4元/W，年平均光伏運維費用為6萬元/MW，第t年資金流入現值總額CI和第t年的資金流出現值總額CO的計算過程如公式（6）、公式（7）所示。

（6）

CI=Ft " " " " " " " " " " " " " " " （7）

式中：α為光伏系統裝機容量；Ft為光伏系統第t年電費。

將公式（6）和公式（7）代入IRR函數計算公式（5）中，并由此計算運營商內部收益率IRR，如公式（8）所示。

（8）

式中：α為光伏系統裝機容量；n為光伏電站投運時間；Ft為光伏系統第t年電費。

3.2 案例分析

采用本文所提的方法對某業主進行基于月消納比率波動較大的分布式光伏EMC電價管理模式交易分析。該業主安裝的光伏系統裝機容量為10MW，光伏電站投運時間為25a，采用光伏系統效率年均衰減為0.72%，首年發電利用小時為1100h。參考江蘇光照時間[6]和峰谷平時間段市電價格計算市電綜合電價為0.774元/kW·h，光伏上網電價為0.391元/kW·h。

由公式（1）可以得出光伏系統第t年發電量σt，如公式（9）所示。

σt=1100×10×（1-0.72%）t-1 " " " " " " " " （9）

式中：σt為第t年發電量，1≤t≤25。

將公式（9）代入公式（4）可知，光伏系統第t年電費Ft，如公式（10）所示。

Ft=1100×（1-0.72%）t-1β' " " " " （10）

式中：β'為年度光伏平均綜合電價。

將公式（10）代入公式（8）中，可以得出運營商內部收益率IRR與年度光伏平均綜合電價β'之間的關系，如公式（11）所示。

（11）

式中：β'為年度光伏平均綜合電價。

本文采用固定運營商內部收益率IRR下限的方式，由公式（11）計算運營商提供給業主的年度光伏平均綜合電價β'，并由此確定電價折扣比例γ和業主每月光伏電量消納比率ε的關系。以稅前運營商內部收益率IRR始終不低于8%為例，此時年度光伏平均綜合電價β'為0.452元/kW·h。根據市電綜合電價為0.774元/kW·h，光伏上網電價為0.391元/kW·h，由公式（2）可以得到運營商提供給業主的電價折扣比例γ和業主每月光伏電量消納比率ε的關系，如公式（12）所示。

0.452=0.774·γ·ε+0.391（1-ε） （12）

化簡可以得到公式（13）。

（13）

式中：γ為運營商提供給業主的電價折扣比例；ε為業主每月光伏電量消納比率。

以不同月光伏電量消納比率為例，根據公式（13）計算電價折扣比例，運營商提供給業主的電價折扣比例γ和業主每月光伏電量消納比率ε的關系見表1。

由表1可知，當月光伏電量消納比率越低時，運營商提供給業主的電價折扣比例越高，業主單位電價價格越高，此時投資方的稅前內部收益率IRR固定為8%，光伏平均綜合電價固定為0.452元/kW·h。

因此，當確定業主每年光伏電量消納比率ε時，可以確定唯一業主的電價折扣比例γ，本文根據業主每年光伏電量消納比率設定針對業主的不同電價折扣比例，由此保障運營商最低投資回報率。

3.3 基于月消納比率波動較大的分布式光伏EMC電價管理模式收益分析

考慮業主月消納電量受生產需求、節假日等影響，每月消納電量不穩定。對不同月消納能力下的電量進行收益分析，將本文提出的基于月消納比率波動較大的分布式光伏EMC電價管理模式電費總額與傳統分布式光伏EMC電價管理模式電費總額進行比較，計算月消納電量比例為70%、80%以及90%情況下的收益差額，具體數據見表2。

由表2可知，當業主月消納電量分別為70%、80%以及90%時，本文管理模式電費與傳統管理模式電費收益差額分別為2.01萬元、1.34萬元以及0.67萬元，可以得出，當業主月消納電量越低時，本文管理模式電費收益越大。由此可見，比傳統分布式光伏EMC電價管理模式相比，本文提出的基于月消納比率波動較大的分布式光伏EMC電價管理模式的電費收益大幅增加，保障了投資方的最低投資回報率，提高了投資方的光伏投資積極性，降低了光伏項目的投資風險。

4 結語

為了解決光伏投資過程中企業月用電結構不確定、光伏發電月消納比率不穩定的問題，本文提出了一種基于月消納比率波動較大的分布式光伏EMC電價管理模式。根據業主月消納比率變化采取不同的電價優惠折扣，與傳統電價管理模式相比，本文提出的電價管理模式既保障了投資方的最低投資回報率，同時也可以最大讓利于業主，降低了光伏項目的投資風險，提高了雙方的光伏合作積極性。

參考文獻

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[2]舒印彪，張智剛，郭劍波，等.新能源消納關鍵因素分析及解決措施研究[J].中國電機工程學報，2017，37（1）：1-9.

[3]趙云翔.分布式光伏發電項目運營模式分析及經濟分析研究[D].天津：天津大學，2017.

[4]葛鑫.分布式光伏發電建設運營模式研究[D].北京：華北電力大學，2015.

[5]王明睿，王明馨，任佳星.基于數據挖掘技術的沈陽地區分布式光伏實際發電效率研究[J].現代信息科技，2021，5（16）：49-54，58.

[6]徐金玲，張振，鄭雅楠.電價因素對江蘇工業負荷影響的研究[J].低碳世界，2015（35）：6-8.