零售电力用户参与分布式光伏建设的交易策略研究

2024-01-31胡如乐张建中

电气技术与经济 2024年1期

胡如乐郑瑛张建中

（南方电网数字电网研究院有限公司）

0 引言

2020年9月，我国明确提出了“双碳”的发展目标，力争于2030年实现“碳达峰”，2060年实现“碳中和”，自此开启了生态优先、绿色低碳的高质量发展道路［1］。2022年发布的《促进绿色消费实施方案》中提到鼓励用电企业开展分布式光伏发电建设，并实现与储能、微电网的融合发展［2］。

目前，虽然全国各地都在鼓励这一措施来降低生产用电碳排放水平，但市场响应程度没有达到预期，具有自主光伏发电的企业主要参与电力市场批发侧的交易，而零售市场缺少这方面的交易机制，零售市场或零售套餐有待建设完善［3］。

本文分析国外成熟的光伏电力交易政策及机制，总结相关方法和经验；以零售用户为主体建立光伏发电成本模型，实现投入成本测算；从政府和电网企业的角度出发，提出优惠政策和补偿机制，鼓励更多用户建设分布式光伏；考虑售电公司的利润和用电企业电费支出的满意度，设计符合国内电力市场的零售套餐。

1 国外光伏电力交易政策及机制

1.1 澳大利亚太阳能电力套餐

澳大利亚作为全球太阳能发用电占比最高的国家，几乎所有的售电公司都对这类用户推出了太阳能电力套餐［4］。除了售电公司的优惠套餐之外，各地政府也提供最高3000澳元的光伏设备安装补贴，使得绝大多数用户在2年内便可收回成本实现盈利。

1.2 美国加州100%光伏电力计划

美国加州为实现100%光伏电力计划，提出了光伏发电满足自身部分用电量和全部用电量的两种套餐模式［5］。加州能源委员会在2021年表决通过的法令中要求新的商业大楼和高楼层住宅都必须加装太阳能板和储电电池，该法令预计在2023年生效［6］。

1.3 德国EEG复活节套餐

德国政府推出EEG复活节套餐来鼓励市场主体安装光伏系统，利用太阳能发电，从而避免过高的用电成本，具体补贴措施包括低息贷款、安装补贴和提高上网电价。参与EEG复活节套餐的电力用户可将多余的发电量上传到公共电网以获取相应报酬［7］。

2 电力用户光伏建设成本

分布式光伏发电成本主要包括初期建设成本、光伏贷款成本、运营成本、设备维修成本和回收价值［8］，如图1所示。

图1 光伏发电成本模型

初期建设成本（元）是指用电企业不算贷款金额在建设光伏发电设备时所需投入成本，如式（1）所示。

式中，lrate为贷款比例、Cpv＿unit为光伏设备每kW投入成本、ppv＿ca为光伏装机容量（kW）。

光伏贷款成本（元）是指用电企业在建设光伏发电设备时所需偿还本金和利息的总和，采用等额本息方式进行计算，如式（2）～（3）所示。

式中，i为光伏贷款年利率，ηoan为贷款年限。

运营成本（元）是指用电企业对光伏发电设备的日常运营费用，如式（4）～（5）所示。

式中，γpv＿op为光伏设备年运营费用系数，rop为运营年限。

设备维修成本（元）是指用电企业对光伏发电设备的维修费用，如式（6）～（7）所示。

式中，γpv＿rep为光伏设备年维修费用系数，此系数可能会随着运营年限的增加而增高。

回收价值（元）是指当设备达到使用寿命或想更换全新设备时，卖出可获得的收益，如式（8）所示。

式中，γpv＿rec为光伏设备回收价值系数，此系数随着运营年限的增加而减少。

3 政府和电网企业补偿机制

结合电力用户光伏建设成本模型分析，光伏设备每kW 投入成本和光伏贷款年利率是影响最终成本的两个重要因素，各省目前推出的鼓励用电企业开展分布式光伏发电建设的优惠政策和补偿机制也主要围绕这两方面展开［9］。

（1）各省市政府对建成分布式光伏发电设备的电力用户给予一次性建设补贴，补贴金额一般为每瓦0.1～1元，其中农村居民用户和工业园区大型工商业用户补贴金额较高；

（2）按光伏设备发电量给予补贴，补贴金额一般为0.1～1元／（kW·h），补贴时间大多为自建成并网次月起24～36个月内，补贴标准和各省市发用电水平相关，例如用电量大的省份光伏发电补贴标准相对较高；

（3）银行对建设分布式光伏发电设备的电力用户提供光伏贷款产品，其年利率远低于正常商业贷款；同时降低贷款门槛，实现低首付甚至零首付贷款。

4 电力零售套餐设计

结合售电公司盈利性和电力用户电费满意程度分析，该套餐设计需以分时套餐为基础模型［10］，在其中增加光伏自发电量曲线、免偏差考核和分时盈余发电量回购，最终形成完整的零售套餐，如图2所示。

图2 光伏自发电套餐

首先，售电公司在设计光伏自发电套餐时要和电力用户约定初始用电曲线，售电公司基于用电曲线的购电成本与电力用户约定分时价格。

其次，电力用户需结合天气情况、设备容量、运行状态、设备维修计划等多方面因素向售电公司提供光伏自发电量分时曲线。

随后，通过初始用电曲线减光伏自发电量曲线得到一条全新的曲线，成为套餐主要费用计算的依据。

最后，获取电力用户的实际发电曲线和用电曲线进行电费结算，具体计算步骤如式（9）～（11）所示。

式中，Qcon，t为用户t时段的用电量；Qgen，t为用户t时段的发电量；P套餐，t为用户t时段的套餐电价，当Qcon，t－Qgen，t＜0时，Qcon，t－Qgen，t按0处理。

当Qcon，t＜Qgen，t时，则会出现盈余发电电量，回购电价不能按正常市场价执行，应按照低于当前时段平均上网电价的价格进行回购。

式中，P上网，t代表市场t时段平均上网电价，φ代表收购电价系数，一般不大于1，当Qgen，t－Qcon，t＜0时，Qgen，t－Qcon，t按0处理。

购买电费减电网回购则得到最终的电费结果，若电力用户谷时段用电多，该结果大概率会小于0，也就是不需要支付电费的同时还能获得一定收益。

5 算例分析

本文以某城市的一家参与电力零售交易市场的建材工厂为研究对象，其特点为屋顶可利用面积大，同时全天用电且谷时段用电量大。此算例将计算电力用户建设分布式光伏的成本和收益。

5.1 分布式光伏建设成本分析

设定光伏单位容量成本Cpv＿unit为3500元／kW、光伏装机容量Ppv＿ca为1000kW、光伏贷款比例lrate为50%、光伏贷款年利率i为3.3%、贷款年限ηoan为6年、运营年限rop为25年、光伏设备年运营费用系数γpv＿op为0.5%、光伏设备年维修费用系数γpv＿rep为1.5%、光伏设备回收价值系数γpv＿rec为8.08%、政府一次性建设补贴为1000元／kW。

将上述数据代入公式（1）～（8）中可以得到该零售用户建设分布式光伏所需投入总成本为431.37万元，见表1。

表1 建设分布式光伏所需投入总成本

5.2 光伏自发电套餐费用分析

设定该零售用户的春季非节假日的日发电曲线和用电曲线见表2。

表2 零售用户日发电曲线和用电曲线

设定峰时段购买电价为0.56元／（kW·h），平时段购买电价为0.42元／（kW·h），谷时段购买电价为0.35元／（kW·h），峰时段上网电价为0.52元／（kW·h），平时段上网电价为0.4元／（kW·h），谷时段上网电价为0.26元／（kW·h），收购电价系数φ为0.9，将上述数据代入公式（9）～（11）中可以得到该零售用户的光伏自发电套餐日费用为赚取173.04元。