分布式光伏對澳大利亞電力市場(chǎng)有何影響？

澳大利亞是世界上人均屋頂太陽(yáng)能用戶(hù)最多的國家，目前在國家電力市場(chǎng)覆蓋區域有超過(guò)31%的家庭用戶(hù)使用分布式光伏供電，對于電力市場(chǎng)產(chǎn)生了深遠影響。本文在歸納澳大利亞能源監管機構發(fā)布的資料和數據基礎上，初步分析屋頂太陽(yáng)能對電力市場(chǎng)影響，并從負電價(jià)這個(gè)側面凸顯了其影響的深遠程度。

屋頂光伏發(fā)展迅猛

澳大利亞幅員遼闊、人口密度低，即使在大城市絕大多數居民住房都是獨棟別墅，全國大部分地區風(fēng)光資源都極其豐富，是世界上人均屋頂太陽(yáng)能用戶(hù)最多的國家。在州政府激勵措施的支持下，自2015年以來(lái)，家庭和企業(yè)每年都繼續安裝大量屋頂太陽(yáng)能容量(見(jiàn)圖1中的左圖)。從2022年初到2023年6月30日，澳大利亞電力市場(chǎng)區域中的家庭屋頂太陽(yáng)能板容量增加了3.7吉瓦。這不僅是由于更多的用戶(hù)安裝大量屋頂太陽(yáng)板，而且平均每戶(hù)安裝的容量也更大。

截至2023年6月30日，其屋頂光伏總容量超過(guò)18吉瓦，超過(guò)動(dòng)力煤機組的裝機容量16吉瓦，成為按發(fā)電容量計算最大的電源類(lèi)型，占整個(gè)裝機容量的23%。昆士蘭州和新南威爾士州的屋頂光伏裝機容量最多，但南澳大利亞州的人均屋頂光伏裝機容量最高。2022年，電力市場(chǎng)區域中的屋頂太陽(yáng)能發(fā)電量較2021年增長(cháng)15%;自2018年以來(lái)，其發(fā)電量增長(cháng)了一倍以上，占2022年總發(fā)電量的9%(見(jiàn)圖1中的右圖)。2023年2月11日下午1點(diǎn)，屋頂太陽(yáng)能在半小時(shí)內創(chuàng )下了能夠滿(mǎn)足當時(shí)市場(chǎng)總需求38%的新紀錄。

對系統運行影響深遠

在澳大利亞，屋頂光伏發(fā)電不通過(guò)電力市場(chǎng)進(jìn)行交易，用戶(hù)安裝太陽(yáng)能板后的收益主要是通過(guò)直接使用太陽(yáng)能電池板產(chǎn)生的電能而節省電費，特別是能夠節省可觀(guān)的電網(wǎng)費。當然，富余的發(fā)電可以被傳送到電網(wǎng)中，供其他用戶(hù)使用，但是其上網(wǎng)電價(jià)并不是很高。從2021年起，澳大利亞的屋頂光伏用戶(hù)(直接或通過(guò)聚合商)能夠作為發(fā)電主體直接參加電力市場(chǎng)的需求響應交易。雖然屋頂光伏發(fā)電不在電力現貨市場(chǎng)進(jìn)行交易，但其能夠直接影響電力市場(chǎng)運行。

在電力現貨市場(chǎng)出清前，澳大利亞電力市場(chǎng)運營(yíng)機構會(huì )把屋頂光伏發(fā)電從負荷預測中扣除，其降低了的系統負荷才是電力市場(chǎng)對發(fā)電側的需求。屋頂太陽(yáng)能的快速普及不僅減少了系統發(fā)電量，也極大地改變了每日的電力需求曲線(xiàn)的形狀。光伏發(fā)電使得歷史上常發(fā)生在夜間的系統最低負荷，如今已經(jīng)常見(jiàn)于白天午間，徹底反轉了夏天中午通常會(huì )出現需求峰值的情況。如圖2所示。隨著(zhù)近幾年屋頂光伏發(fā)電量的不斷增加，澳大利亞各州系統最低負荷呈持續下降趨勢。

對電力價(jià)格的影響

屋頂光伏發(fā)電對系統負荷的影響會(huì )反映到電力市場(chǎng)價(jià)格上。鑒于驅動(dòng)電力價(jià)格的因素很多，例如燃料價(jià)格，因此，筆者聚焦負電價(jià)來(lái)體現屋頂光伏發(fā)電對電力市場(chǎng)價(jià)格的影響。澳大利亞電力市場(chǎng)的地板價(jià)為-1000澳元/兆瓦時(shí)，約為-5元/千瓦時(shí)。

一般來(lái)說(shuō)電廠(chǎng)在兩種情況下會(huì )主動(dòng)報負電價(jià)，一是火電機組為了維持其開(kāi)機狀態(tài)，二是可再生能源發(fā)電為了獲得綠證收入。如果電力需求非常低，又存在多個(gè)火電機組競爭發(fā)電，那么市場(chǎng)以負價(jià)格出清的可能性就高?？稍偕茉窗l(fā)電的地理分布可以增強這種效果，因為某地區的發(fā)電條件往往會(huì )同時(shí)有利該地區所有場(chǎng)站。負價(jià)格通常發(fā)生在電力需求低且天氣條件對可再生能源發(fā)電有利時(shí)。在歷史上常發(fā)生在夜間，因為在全天負荷最低的夜間風(fēng)電出力往往更好。

可最近幾年，負電價(jià)在白天午間更為常見(jiàn)，在天氣晴朗時(shí)屋頂光伏發(fā)電大幅度減少了中午時(shí)段電力需求，同時(shí)集中式光伏發(fā)電也接近其最大功率，屋頂太陽(yáng)能和集中式光伏雙重加持，極大加強了負電價(jià)形成力度。圖3展示了電力市場(chǎng)區域電價(jià)在每個(gè)季度發(fā)生的折算小時(shí)數。澳大利亞電力市場(chǎng)的出清結算周期為5分鐘，每次發(fā)生負電價(jià)均折算為1/12小時(shí)。2022~2023年是連續第四個(gè)財政年度，負價(jià)格數量創(chuàng )下了新紀錄，與澳大利亞電力市場(chǎng)中可再生能源及屋頂太陽(yáng)能容量的增加趨勢一致。

近3/4的負電價(jià)發(fā)生在南澳州和維多利亞州，因為南澳州和維多利亞州風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電(包括集中式地面光伏電站和屋頂太陽(yáng)能光伏)占總發(fā)電比例更高。當風(fēng)能和太陽(yáng)能大發(fā)時(shí)，出現負現貨價(jià)格的情況最多。從圖中可以看出負電價(jià)多集中發(fā)生在夏季(南半球夏天為12月、1月、2月、3月)。2022年至2023年超過(guò)60%的負價(jià)格發(fā)生在夏季。在2022年10月至12月期間，維多利亞州出現了電力市場(chǎng)有史以來(lái)的首次負的周均價(jià)(Negative Weekly Average Price)。

屋頂光伏發(fā)電與負電價(jià)的高度吻合極大地降低了其電力市場(chǎng)價(jià)值，例如澳大利亞能源市場(chǎng)委員會(huì )的統計數據顯示南澳州和維多利亞州的售電公司所制定的屋頂光伏富余電量的上網(wǎng)電價(jià)還不到輸配電價(jià)的1/10。用戶(hù)安裝屋頂太陽(yáng)能板的最主要考慮還是節省其中包含過(guò)網(wǎng)費的電費。

對電力市場(chǎng)其他方面的影響

家用儲能電池。用戶(hù)越來(lái)越多地將屋頂太陽(yáng)能系統的剩余能源存儲在電池中，以便在需要時(shí)使用，從而減少高峰時(shí)段對電網(wǎng)電力的需求。家用電池系統可能在滿(mǎn)足電網(wǎng)需求峰值方面發(fā)揮重要作用，具體取決于技術(shù)改進(jìn)可以在多大程度上降低安裝成本。

虛擬電廠(chǎng)。屋頂太陽(yáng)能與小型儲能電池安裝相結合可以降低單個(gè)家庭的電費，但將這些技術(shù)聚集到數千個(gè)家庭可以提高電力系統的可靠性和安全性。通過(guò)將家用儲能電池和電動(dòng)汽車(chē)電池連接到能源共享的電網(wǎng)，其中存儲的電力可用于在電力短缺時(shí)補充供應。在需求高峰期間，當電網(wǎng)供應緊張時(shí)，存儲在消費者擁有的電池中的電力可以協(xié)調響應進(jìn)行調度，滿(mǎn)足過(guò)剩的需求并減輕電網(wǎng)供應的壓力。通過(guò)彌補供應短缺期間的缺口，參與虛擬電廠(chǎng)的家庭有助于緩解高現貨價(jià)格，防止潛在停電的風(fēng)險，并根據其節省電費的貢獻獲得電費減免。

配電網(wǎng)運行。傳統上，電網(wǎng)向消費者提供單向傳輸服務(wù)。然而，隨著(zhù)技術(shù)不斷改變電力的生產(chǎn)和使用方式，電網(wǎng)的作用正在不斷發(fā)展。許多小型發(fā)電機，如屋頂太陽(yáng)能系統，現在都嵌入配電網(wǎng)中，導致電能沿著(zhù)電網(wǎng)雙向流動(dòng)。屋頂太陽(yáng)能系統的用戶(hù)可以在需要時(shí)從配電網(wǎng)獲取電力，并在其他時(shí)間出售其產(chǎn)生的剩余電能。使用屋頂太陽(yáng)能系統產(chǎn)生的電能也越來(lái)越多地使用蓄電池系統進(jìn)行存儲。由于電池技術(shù)的多功能性和成本下降，預計未來(lái)幾年屋頂光伏的裝機容量將繼續增長(cháng)。

輸配電價(jià)格改革。澳大利亞能源監管機構正在推動(dòng)電網(wǎng)費用改革(Network tariff reform)，以期鼓勵更有效地利用電網(wǎng)，推遲電網(wǎng)擴建和投資的需要，并更公平地分攤電網(wǎng)成本。起初，改革的重點(diǎn)是需求高峰時(shí)期的信號成本(這在歷史上推動(dòng)了電網(wǎng)投資)。近來(lái)，電網(wǎng)費用改革涉及發(fā)送價(jià)格信號，以有效地將消費者能源資源(如屋頂太陽(yáng)能、儲能電池和電動(dòng)汽車(chē))整合到分布式電網(wǎng)中。

未來(lái)展望

澳大利亞得天獨厚的自然條件促使了分布式屋頂光伏的迅猛發(fā)展。本文中所展示的AER數據截至2023年6月，最近的電力市場(chǎng)數據仍然顯示正文所描述的屋頂光伏發(fā)展趨勢。但是，隨著(zhù)政府對可再生能源鼓勵政策的退坡、電力市場(chǎng)價(jià)格走低，未來(lái)屋頂光伏發(fā)展動(dòng)力很可能來(lái)源于電力市場(chǎng)之外的因素，例如電動(dòng)汽車(chē)的普及、家庭燃料電池的使用。

反過(guò)來(lái)，更大規模的屋頂光伏容量會(huì )進(jìn)一步?jīng)_擊電力市場(chǎng)，例如導致更多的負電價(jià)發(fā)生。在另一方面，澳大利亞在未來(lái)的10~15年期間將迎來(lái)大批火電機組退役，電力系統電源結構將會(huì )發(fā)生根本性改變，所剩存的火電機組寥寥無(wú)幾，屆時(shí)分布式屋頂光伏發(fā)電如何影響電力系統運行將會(huì )是一個(gè)更大的未知數。

對中國電力市場(chǎng)發(fā)展借鑒之處

在新型電力系統建設方面，包含屋頂光伏在內的可再生能源在澳大利亞發(fā)展迅猛，滲透比例高。澳大利亞積累的提高能源利用效率、電力系統的穩定性等方面經(jīng)驗對中國推動(dòng)新型電力系統建設有著(zhù)非常難得的借鑒參考價(jià)值。

在完善市場(chǎng)機制方面，目前中國電力市場(chǎng)正式運行與試點(diǎn)的大多數省份，市場(chǎng)地板價(jià)為零價(jià)，鮮有負電價(jià)者。從激勵用電積極性，提高消納新能源能力角度看，負電價(jià)的效果更好。參考澳大利亞的負電價(jià)市場(chǎng)機制，借鑒其市場(chǎng)運行成熟經(jīng)驗，優(yōu)化電力市場(chǎng)規則，減少政府干預，完善市場(chǎng)化交易和價(jià)格形成機制，可以制定更加有利于新能源發(fā)展的政策和措施來(lái)推動(dòng)電力市場(chǎng)改革。

本文系《中國電力企業(yè)管理》獨家稿件，作者劉東勝系華南理工大學(xué)客座教授，喬錦潤供職于中國長(cháng)江三峽集團有限公司廣東分公司。稿件原標題為《澳大利亞高普及屋頂光伏對電力市場(chǎng)影響分析》