分布式光伏發電定價方法探討

吳興全，李秋鵬，喬 梁，姚天亮，張洪源，張 利

（1.甘肅省電力設計院，蘭州 730050；2.山東大學 電網智能化調度與控制教育部重點實驗室，濟南 250061）

分布式光伏發電定價方法探討

吳興全1，李秋鵬1，喬 梁2，姚天亮1，張洪源1，張 利2

（1.甘肅省電力設計院，蘭州 730050；2.山東大學 電網智能化調度與控制教育部重點實驗室，濟南 250061）

分布式光伏發電在當前新能源發電中占有重要地位。由于分布式光伏用戶的源、荷雙重屬性，使得現行供電成本分攤方法面臨困難。特別在光伏滲透率不斷提高前提下，原有激勵力度較大的定價方式與補貼政策中存在的弊端日益顯現。對此，在介紹分布式光伏發展的基礎上，對國內外分布式光伏發電定價方法進行歸納總結，并分析了各方法的優缺點，進一步分別從用戶與電網角度闡述了當前光伏定價中存在的問題。在綜述上述問題解決方法基礎上，對其提出相應的改進與建議，為分布式光伏的持續健康發展提供支持。

分布式光伏；定價機制；成本分攤

1 分布式光伏的發展概況

面對傳統化石能源無法再生、環境污染加劇、世界能源日益緊張的格局，可再生能源利用成為社會的關注焦點。作為取之不盡、用之不竭的可再生能源，太陽能發電以其充分的清潔性、絕對的安全性、供應的可靠性、資源的充足性、巨大的經濟性以及穩定的使用壽命與免維護性等優點，在長期的能源戰略中具有重要地位。

光伏發電技術利用半導體界面的光生伏特效應而將光能直接轉變為電能，已成為世界上發展最快的新能源發電技術之一。雖然高成本目前仍是制約光伏發電發展的主要障礙［1］，但技術進步帶來成本下降的趨勢較為明顯，光伏發電正在日益普及。

分布式光伏（distributed photovoltaics，PV）通常是指利用太陽能發電，發電功率在幾千瓦至數十兆瓦的小型模塊化、分散式，布置在用戶附近的、就地消納、非外送型的發電單元。國家電網公司發布的《關于做好分布式光伏發電并網服務工作的意見》［2］中定義分布式光伏為位于用戶附近、所發電能就地利用、以10 kV及以下電壓等級接入配電網且單個并網點總裝機容量不超過6 MW的光伏發電項目。根據測算，該范圍能涵蓋所有的屋頂和光電建筑一體化項目。

全球光伏發電項目發展迅速。2011年底全球光伏裝機容量約為70 GW，截至2015年末則達到227 GW，預計2016年全球新增光伏裝機可達48～52 GW；2011—2015年平均年增長率56.1%，預計2016年年增長率為22.0%［3］。根據24個國際能源署光伏技術工作組參加國的統計數據，全球分布式光伏發電裝機量前五的國家分別為德國、日本、美國、意大利、法國。到2010年底，分布式系統的累計裝機容量約有23.4 GW，占光伏累計裝機容量的66.8%。其

中，德國分布式光伏發電系統在光伏系統中的占有率為86.6%，日本為97%，美國為68.2%［4］。預計到2020年全球分布式光伏裝機容量將達到60 GW［5］。

我國是全球光伏發電安裝量增長最快的國家，目前已成為世界上光伏裝機容量最大的國家。《太陽能發電發展“十二五”規劃》［6］指明了我國光伏發展的方向，其中明確提出將分布式光伏作為未來國內光伏市場應用的重要領域。截至2015年，我國光伏裝機容量及分布式光伏占比的發展情況見圖1，可見分布式光伏占比有上升趨勢。配合積極穩定的政策扶持，預計到2020年我國光伏安裝量有望達150 GW，年發電量可達1 700億kWh；分布式光伏裝機達70 GW，約占太陽能發電總裝機量的46%［7］。

圖1 中國光伏裝機容量

2 分布式光伏定價及補貼政策

2.1 定價方法

一般而言，綜合成本法是電價制定的常用方法，它采用以一定規則對未來給定電價計算期內供電總成本進行分攤的方式來定價。例如:美國大部分居民、商業和工業終端用戶的零售電價通常采用三部制進行成本計算與分攤:基本用戶費用（美元/戶）、電量費用（美元/kWh）、容量費用（美元/kW）。其中，基本用戶費用包含測量、計費和其他行政工作的成本，它通常采用每戶每月繳納固定費用的形式；電量費用體現供電企業向發電企業購電的成本，有時也會考慮其他成本，如:輔助服務或者傳輸電能的成本；確定容量費用的基本原則為回收電力系統在發電容量、輸電、配電基礎設施上的投資。這樣的定價方式準確、全面地反映了發電、輸電、配電、用電的成本，并進行了合理的分攤。

邊際成本法是另一種電力市場中常用的定價方法，它是通過生產的微增所產生的成本微增來定價。在競爭的市場中，采用邊際成本法可獲得最大的社會效益，并能正確反映電能的未來價值，給予用戶正確的用電信號。以此為基礎，為引導用戶改變電力消費的固有模式，提高電力系統運行的效率和可靠性，電力市場中常采用峰谷分時電價（TOU）、實時電價（RTP）、階梯電價（LEP）、尖峰電價（CPP）［8］等，激勵用戶參與需求側響應。

上述定價的基本原理在分布式光伏定價中同樣適用。

2.1.1 光伏凈能量計量法

凈能量計量法（net energy metering，NEM）是分布式光伏發電最常見的補償形式。電網以光伏用戶在用電終端節點流入和流出的凈功率為依據給予光伏發電補償。目前美國46個州以及哥倫比亞特區均采取或曾經采用過凈能量計量法。這種“能夠簡單理解和實現”的方法允許具有分布式發電資源的用戶以零售電價被補償［9］。

同時，根據不同地區的具體情況，監管者還提供了電價政策的不同選擇。例如:在凈計量的補償機制下，結合實際情況，制定不同分級模式的平穩階梯電價、分時階梯電價以及實時電價等。

2.1.2 太陽能價值定價

太陽能價值電價（value of solar tariff，VOST）以分布式光伏發電提供給電力公司的實際價值為原則定價。2012年，美國奧斯汀能源成為第一個用太陽能價值電價法替代凈能量計量法的電力公司［10］。2014年，明尼蘇達州第一個實現全州推行VOST政策［11］。奧斯汀和明尼蘇達州都采用了一種25年期的平均成本電價，其中包括環境影響、對電網及社會的影響等價值因素，而不再基于零售電價計算。換句話說，與NEM不同，VOST考慮并評估光伏發電對電力公司的全生命周期經濟價值。

2.2 國外光伏發電補貼政策

各國補貼政策多與本國的具體情況相結合，各有不同特點［13］。

德國的光資源條件較差，光伏發電的年利用小時數不超過900 h，光伏發電還受土地使用、電網結構等各方面的限制，然而通過補貼政策的實施，德國成為全世界光伏發電應用最成功的國家之一。截至2011年底，德國光伏發電總裝機容量達到2 470萬kW，其中分布式光伏發電系統容量占比近80%，主要應用形式為屋頂光伏發電系統，單個發電

系統平均容量僅為20 kW。德國光伏發電補貼政策采用差異性、逐年遞減的固定上網電價。

日本鼓勵小容量的光伏發電系統，而不鼓勵大容量的光伏發電系統。2009年1月重新啟動的住宅光伏補貼政策為7萬日元/kW，預算額達209.5億日元，但同時要求裝機容量需小于10 kW。而且，如果要享受政策必須達到一定的效率水平，需要獲得JET證書和質量保證書，且安裝成本需低于70萬日元/kW。日本將10 kW以上的太陽能發電電價定為42日元/kWh，收購期為20年。

美國的補貼政策主要有2種:一種是稅收抵免政策，還有一種是直接的現金獎勵。居民或企業法人在住宅和商用建筑屋頂安裝光伏系統發電所獲收益，可享受投資稅減免，減免額相當于系統安裝成本的30%。消費者購買或安裝特定光伏發電產品，每戶家庭可獲得最高500美元的抵稅額。而直接現金獎勵則包括部分退款、津貼和系統性能獎勵。

2.3 我國光伏定價方式及補貼政策

我國居民零售電價是考慮綜合成本均攤的一部制電價。對于分布式光伏，倡導就近發電、就近并網、就近轉換、就近使用，因此常采用“自發自用、余量上網”的運營模式。

2.5 Keyes法評價齲損 目前體內牙齒評分均用Keyes評分法〔5〕，在體視顯微鏡下對大鼠磨牙光滑面齲、窩溝面齲進行分類計分，齲損程度分為E、Ds、Dm、Dx四級，依次代表釉質齲，牙本質淺層齲、中層齲、深層齲。

我國的分布式光伏系統以工商業設施和公共設施上的并網系統為主，截至2012年底,我國累計光伏裝機容量為7 GW，其中分布式光伏系統累計裝機容量為2.5 GW，占比36.4%（主要為“金太陽”補貼項目）［14］。在分布式光伏系統補貼政策方面，主要有“金太陽示范工程”和“光伏建筑一體化示范工程”［15］。這2種政策的補貼方式是國家對于分布式光伏項目進行初始投資補貼，這種補貼方式有效的推動了分布式光伏系統的發展，但是這種補貼方式導致了企業為補貼而建設，大量分布式光伏系統質量和發電量均不能達到基本的設計要求。

為引導分布式光伏系統健康發展,國家發展改革委于2013年8月30日出臺了《關于發揮價格杠桿作用促進光伏產業健康發展的通知》（發改價格［2013］1 638號）［16］。通知明確，對分布式光伏發電項目，實行按照發電量進行電價補貼的政策，補貼標準為0.42元/kWh，而分布式光伏的反送電量按照當地脫硫電價收購，價格補貼期限原則上為20年。通過補貼方式的變化，運用價格杠桿來促進分布式光伏發電的健康發展。

3 當前分布式光伏定價中存在的問題

3.1 對分布式光伏用戶的影響

一些研究評估了不同電價機制下安裝太陽能發電設備用戶的經濟效益變化。文獻［17］以加利福尼亞州PG&G和SCE電網公司的實際數據為案例進行評估，在結合零售電價的凈計量政策下，討論用戶分別選擇分時電價與統售電價的總電費節約，這些電費節約包括太陽能發電對同時期電量消費的抵消以及每小時富余光伏發電以零售電價所獲的補償。同時，對其他有潛在補償作用的電價結構的影響也做了分析，包括基于市場電價分時修正的固定電價、小時市場電價、月平均市場電價等。其中，市場電價（Market Price Referent，MPR）采用基于聯合循環燃氣輪機，考慮運行和固定成本的長期市場批發電價。研究顯示，凈計量電價制度下用戶電費節約最大，而3種替代電價制度中月平均市場電價法的用戶收益相對最高，且隨光伏出力占峰荷的比重變化而變化。

文獻［18］在相同案例基礎上計算了針對光伏用戶的強制性分時電價是否會導致其電費變化。該研究表明，在一定定價水平上，強制性的分時電價比統售電價可為光伏用戶節約更多電費，并可能對高消費水平的用戶更為有利。類似地，有研究指出分時的凈計量電價或者實時電價可以提高光伏發電給用戶帶來的價值［19—20］。

從以上研究可以看出，短期內通過多樣的高收益的補貼政策可以帶來用戶的電費節約，在初期為培育分布式光伏市場發展提供有效幫助；而從長遠角度看，分布式光伏用戶的PV規模、用電量等都會影響補貼效果的實現，因此用戶電費節約存在不確定性，這為評估電價機制的實施效果帶來了復雜性，也對光伏電價制定造成不利影響。

3.2 對電網及負荷服務公司的影響

隨著光伏發電在大電網中的滲透率越來越高，當前分布式光伏定價模式的弊端愈加明顯。具體表現為，常用的凈能量計量法是一種將電網發電、輸電、配電成本捆綁到一起的“每千瓦時”電價，而光伏用戶提供電能，但避免了發電、輸電和配電成本，太陽能用戶這種從用電到發電身份的改變，就造成了一定的成本轉移，對電網企業和其他電力用戶造成了不公平的對待，從長遠來看，不利于電力企業的發展和電力能源結構的改良。

以江蘇省電力公司為例的一項測算，發現電網公司在分布式光伏并網接入、系統改造、系統備用、電量銷售等費用方面損失巨大［21］。文獻［22］分析了結合分時電價和尖峰電價的凈計量法作用下分布式光伏對負荷服務公司效益的影響。研究表明，在分布式光伏達年峰荷10%的規模下，負荷服務公司在電量電價部分基本收支相抵，而在容量電價和輸電部分分別有63%和42%的收入損失，從而造成巨大財務困難。

愛迪生電力2013年的一項報告中著重指出了

逐步提升的光伏發電滲透率對企業帶來的破壞性的經濟挑戰，即下滑的收入、不斷增長的成本以及越來越低的盈利［23］。因此，隨著分布式光伏滲透率的不斷提高，原有定價模式中的交叉補貼難以實現，新的定價模式有待重新探討。

4 光伏發電定價方法研究及相關建議

4.1 光伏發電定價方法

為促進光伏發展，維護光伏用戶的利益，可以采用鼓勵用戶主動參與需求側響應的方式，從而減少用戶電費，增加收益。文獻［24］通過魯棒優化技術建模電價的不確定性變化，描述了一個給定用戶以每小時負荷水平響應每小時電價變化的優化模型，從而最小化用戶電費。文獻［25］提出了一項基于馬爾可夫決策理論的優化控制策略來使用戶電費最小化。文獻［26］使用隨機規劃和魯棒優化最小化居民電費。這些方法從用戶角度出發，運用自主的需求側響應策略，均能夠增加光伏用戶的收益。

與此同時，為保證負荷服務公司的利益不受損害，文獻［22］呼吁容量電價不應該僅僅基于用戶每月用電峰值功率，還應該考慮每小時用戶需求與負荷服務公司供電特性的一致性。

在光伏滲透率越來越高的狀況下，分布式光伏定價方式的改變成為必然。2013年，美國亞利桑那州開始執行每月向太陽能用戶增收0.7美元/kW額外費用的政策［27］；在俄克拉荷馬州，《參議院法案1456》允許電力公司通過州委員會的管制制定一種部分解耦的價格，向有分布式發電的用戶收取更高的容量電價，并且指導電力公司創建新的用戶（和電價）分級用于對安裝分布式發電的用戶更好地分配固定費用［28］。明尼蘇達州雖然保持零售價格不變，但允許電力公司實施州內支持的太陽能電價VOST來認可光伏發電生產的價值。在明尼蘇達方法下，用戶以零售電價從電力公司購買他們所有的電力消費，同時以25年保持不變的VOST價格售賣他們所有的光伏發電。這樣可以有效地解耦消費和生產的價格。這種方法的益處在于:如果VOST是基于光伏發電提供給電力公司的實際經濟價值確定的，那么電力公司就不會有供電成本無法回收的危險并且可以中立地向用戶或其他渠道購買光伏發電能源。然而，因為明尼蘇達州VOST是一種均化的價值，在求取這一價值時所做的經濟假設如果不正確，則可能導致錯誤結果。

因此，文獻［9］中提出一種體現分布式光伏發電對電網實際價值的加權太陽能電價（weighted retail rate value of solar tariff,WRR?VOST）。該模型引入反映光伏實際價值的權重系數矩陣，在一定的滲透率下，以對應零售電價中電量、容量、用戶3部分價格的恢復權重矩陣為決策變量，在用戶電費變化幅度限制、政策要求等約束條件下最小化光伏引入后電網的損失，從而得到能夠隨光伏滲透率變化進行調整的太陽能電價。優化后發現，隨著光伏滲透率增大，為保證電網效益不受損失，需要提高太陽能電價中容量部分的比重，進而逐步降低“每千瓦時”的太陽能電價。

該加權的太陽能電價方法能有效緩解光伏滲透率增大給電網帶來的經濟壓力，然而其在確定分布式光伏實際價值權重時，考慮的是固定的全年平均價值權重，而分布式光伏的波動性使得均化的權重指標不能準確反映分布式光伏的實際價值。因此，該方法有待進一步改進。

4.2 改進與建議

加權的太陽能電價在原有電價基礎上引入分布式光伏價值權重。該方法通過優化三部制價格系數改變了現有的成本分攤模式，不失為一種有效解決方法。但由于引入的光伏價值權重系數為固定的年均值，因此較為粗略，可以利用微分等數學方法將系數計算的時間尺度精細化，以更準確地反映光伏發電的實際價值。

分布式光伏對電網運行的影響與電網運行狀況密切相關。為更精確地確定分布式光伏的成本與效益，應對光伏出力與電網負荷的共同作用所造成的電網實時潮流變化予以分析。圖2為光伏發電出力與用電負荷關系。其中，第①部分為光伏發電上網電量，第②部分為用戶的用電量，光伏發電作為電源，第③部分為用戶的用電量，公共配電網作為電源。

圖2 光伏發電出力與用電負荷之間的關系曲線

結合光伏出力與負荷曲線的匹配關系，為了提高整個電網的調度效率，建議采用就地消納的形式，富余上網電量的定價應以光伏發電對電網的實際價值為標準，采用VOST方法，準確的VOST應由分布式光伏給電網、社會、環境帶來的實際價值決定；而以公共配電網作為電源的用電量定價應在零

售電價的基礎上考慮光伏加入后配電網調度成本的變化。

隨著技術的發展，分布式光伏的預測愈加準確，配電側調度和監測交互技術愈加成熟，通過分析電網運行成本的變化，準確確定光伏電價構成的基本要素及其所占比重，使實時定價成為可能，在此基礎上形成公平合理的新定價方式。

目前的需求響應研究主要針對普通用戶，而光伏用戶具有電源和負荷的功率雙向性，對其合理利用可形成更加有效的需求響應策略。創新電價政策、透明化電網信息等，都有助于引導光伏用戶科學地參與需求響應，提高能源利用效率，節約電網運行成本，實現電網與光伏用戶的互利共贏。D

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Discussion on pricing methods of distributed photovoltaics

WU Xing?quan1,LI Qiu?peng1,QIAO Liang2,YAO Tian?liang1,ZHANG Hong?yuan1,ZHANG Li2

（1.Electric Power Design Institute of Gansu Province,Lanzhou 730050,China;2.Key Laboratory of Power System Intelligent Dispatch and Control of Ministry of Education（Shandong University）,Ji′nan 250061,China）

Distributed photovoltaic(PV)plays an important role in the current development of new energy.However,the duel identity of distributed PV users as consumers and producers,has brought difficulties in the current electricity cost allocation.Espe?cially,as the PV penetration continue to increase,the drawbacks of the original pricing mechanisms and subsidies which have relative?ly large incentives become increasingly evident.This paper summa?rizes various pricing methods at home and abroad based on the in?troduction of distributed PV development,analyzing the character?istics of each method,and then describes the current PV pricing problems from the perspective of the users and the utility respective?ly.After summarizing extensive previous studies on solving meth?ods,the paper gives profitable pricing suggestions for it??s healthy and sustainable development of distributed PV.

distributed photovoltaics;pricing mechanism; cost allocation

10.3969/j.issn.1009-1831.2016.05.003

F045.32；TM615

A

2016-04-26；

2016-07-13

吳興全（1970），男，甘肅蘭州人，正高級工程師，研究方向為電力系統繼電保護等；李秋鵬（1984），男，山東泰安人，碩士，高級工程師，研究方向為電力系統規劃、電網穩定分析、新能源并網等；喬梁（1994），女，山東青島人，碩士研究生，研究方向為電力市場；姚天亮（1979），男，甘肅蘭州人，碩士，高級工程師，研究方向為電力系統規劃、電網穩定分析；張利（1967），女，江蘇啟東人，博士，副教授，研究方向為電力系統運行與控制、電力系統經濟運行與電力市場。