新能源光伏對售電市場影響分析

宋惠忠，程　慧，韋安強，盛銀波，江明強

（1.國網浙江海寧市供電有限公司，浙江　海寧　314400；2.國網浙江省電力有限公司嘉興供電公司，浙江　嘉興　314000）

0　引言

海寧市近年來光伏發電呈井噴之勢，對供電公司的售電量和經營影響日漸增大。在國家政策大力引導新能源發展的背景下，光伏發電方式和運營模式的選擇非常重要。此前的相關研究，大多從技術層面研究分析光伏發電對配電網的影響[l-5]，有的已經考慮到大量光伏電源接入后需要優化負荷預測方法[6]、對光伏項目投資機遇進行分析[7]，有的開始關注光伏發電成本與收益的平衡問題[8]。總體而言，尚未見到針對局部區域進行研究，以及發現區域規律并引導相關工作的文獻。在此以海寧地區為例，分析光伏發電發展趨勢，以及其對供電公司售電量和經營的影響，并基于分析結果提出相關工作建議。

1　海寧地區光伏發電現狀

1.1　光伏發電運營方式

海寧市光伏發電近年來發展迅速，無論發電企業還是居民的光伏發電裝機容量、實際發電量，均在國內遙遙領先。截至2017年12月，光伏發電裝機容量為518.99 MW，當年累計發電量為42 828.85萬kWh，其消納方式分為全額自用、全額上網及自發自用余電上網3種模式。

光伏發電運營方式選擇主要與用戶的屋頂面積、內部用電量有關。從海寧實際情況看，企業和居民光伏發電的運營方式，分別見表1[9]和表2。

企業選擇運營方式[10]時，主要從屋頂面積和內部電量兩方面參數考慮。屋頂面積大、內部用電量大，一般選擇自發自用余電上網方式，并采用能源合同管理、租賃屋頂的方式；屋頂面積大、內部用電量小，一般選擇全額上網、租售屋頂方式；面積、電量適中，選擇全額自用方式。企業基于供電安全、可靠性等因素，傾向于10 kV中壓接入，這種上網方式可靠性高，不受制于租售屋頂企業的經營狀況，發電利用小時數1 100 h左右，發電效率與氣溫和光強有關系，一般在3月、9月份發電量最大。

表1　企業屋頂光伏發電模式

表2　家庭光伏發電模式

居民投資，享受國家補貼，通常由企業負責銷售、安裝、售后服務，采用余電上網方式；企業投資，租賃居民屋頂，按年支付居民補貼（300～500元/戶），采用全額上網方式；以村委會為投資主體，居民股份合作，入股分紅，采用全額上網方式。

1.2　不同光伏運營方式效益分析[11]

政府的光伏補貼一般有2種形式：

（1）電價補貼，由國家發展和改革委員會確定電價補貼標準。

（2）建設投資補貼，一般占初期建設投資的一定比例（如金太陽工程為50%），這種補貼方式正在逐步取消，不是供電公司今后關注的重點。

“光伏上網標桿電價”政策是根據光伏發電的當前成本，并考慮合理利潤后制定的電價，光伏項目開發商以這樣的價格將光伏電量出售給電網企業，其中，高出當地脫硫燃煤火電機組上網標桿電價的差額部分，采取“全網分攤”的辦法對電網企業進行回補。“光伏上網標桿電價”政策主要適用于大型光伏電站。

統購統銷的大型光伏電站，其上網發電量對于電網企業來講，相當于新能源發電廠，增大電網企業的供電量，其影響作用不在供電公司控制范圍之內。

為了準確分析不同光伏運營方式的效益[12]，國網海寧市供電公司結合不同層面當前的光伏補貼價格（見表3），設定如下計算條件：

（1）光伏設備壽命周期按25年考慮，光伏設備運維率為3%。

（2）供電可靠率為99.898 4%，線損率為4%。

（3）貸款比例為80%，折舊期15年，附加稅率8%，所得稅率20%。

表3　不同層面的光伏補貼價格

經過多次反復測算[13]（詳細測算數據此處從略），主要得到以下4點結論：

（1）從設備全壽命周期來看，在電價補貼方式下，光伏發電在3種運營方式下都能夠盈利，表明海寧地區光伏快速發展的背后確實存在經濟效益驅動。

（2）在電價補貼方式下，企業租賃屋頂光伏發電的方式，優于居民光伏發電的形式。在電量消納方式中，自發自用的方式，優于上網方式。

（3）電量消納方式對實際收益率的影響，大于并網電壓等級對實際收益率的影響。若要提高分布式光伏項目的收益率，應優先采用光伏電量就地消納的方式，并盡量采用低壓并網。

（4）年等效利用小時數，對分析計算結果影響較大。

2　光伏發電預測模型及典型場景設置

2.1　2種預測模型

2.1.1灰色理論預測模型

海寧地區光伏從2014年3月開始并網發電，新能源裝機規模和上網電量的歷史數據較少。基于樣本數據特征，考慮運用灰色模型進行新能源發電總量的預測。灰色系統理論可以較好地解決小樣本、信息不完全和經驗缺乏的不確定性問題，并且模型較為簡單、計算方便、易于檢驗，在很多領域都得到了廣泛的應用[14]。

灰色模型GM（1，1）是電力負荷、電量預測中最常用的一種灰色模型。GM（1，1）模型的基本原理是當一時間序列無明顯趨勢時，采用累加的方法可生成趨勢明顯的時間序列。如時間序列X（0）={32，38， 36， 35， 40， 42}的趨勢并不明顯，但將其進行累加所生成的時間序列X（1）={32，70，106，141，181，223}則是一趨勢明顯的數列，按該數列的增長趨勢可建立預測模型并考慮灰色因子的影響進行預測，然后采用“累減”的方法進行逆運算，恢復原時間序列，得到預測結果。

2.1.2RBF（徑向基函數神經網絡）預測模型

除應用灰色理論預測模型之外，國網海寧市供電公司借助RBF對其預測結果進行輔助校核。RBF[15]是借鑒生物局部調節和交疊接受區域知識的基礎上提出的一種采用局部接受域來執行函數映射的人工神經網絡。它是具有單隱層的3層前饋網絡。輸入層由一些源點（感知單元）組成，他們將網絡與外界連接起來。第2層為網絡中僅有的1個隱藏層，它的作用是進行從輸入空間到隱藏層空間的非線性變換。隱藏層節點的作用是當輸入信號靠近基函數的中央范圍時，隱藏層節點將產生較大的輸出，這種神經網絡具有局部逼近能力。

2.2　典型場景及比例設置

大量分布式光伏發電項目并網運行，將直接減少供電公司的售電收入和利潤。考慮到工商業用戶與居民用戶用電價格不同，在進行售電收入和利潤影響測算分析時，國網海寧市供電公司將分布式光伏發電項目分成3種不同應用場景。即工業用戶、商業用戶、居民用戶，并根據浙江省“百萬屋頂”光伏發電工程各地市分解表與實施時序表。對3種典型場景設置不同比例，以分析不同應用場景下，分布式光伏項目對公司收入和利潤的影響程度，具體比例見表4。

國網海寧市供電公司設置3種典型場景比例主要基于以下3點考慮：

（1）目前，中國光伏發電總體上還帶有很重的政府主導色彩，短期內工業、商業和居民用戶的比例不會出現重大變化，盡管居民用戶光伏發電由于政府導向會有明顯的快速發展，但不會改變以工商業為主要光伏用戶的大格局。

表4　光伏發電3種典型場景及比例設置%

（2）國外主要光伏發電國家，如德國、美國、日本等，均有“百萬屋頂計劃”或“千瓦屋頂計劃”之類的激勵舉措。在中國國家能源局《太陽能發電發展“十二五”規劃》、國務院《關于促進光伏產業健康發展的若干意見》以及國家電網公司《關于做好分布式光伏發電并網服務的意見》等綱領性文件的指引下，加之浙江省要建設為清潔能源示范省的戰略部署，必將拉動浙江全省分布式光伏發電特別是普通居民分布式光伏發電的發展，因此，海寧居民用戶的比例在今后幾年將繼續呈現上升趨勢。

（3）中國東部地區經濟發展進入了轉型階段，即從工業逐漸向第三產業轉移，這種轉變隨著西部大開發的興起將逐漸明顯。因此，海寧工業比例將逐步降低，而商業比例將穩步提升。

3　光伏發電對供電企業的影響

3.1　光伏發電對供電企業售電量的影響

海寧市近3年售電量年增長率持續走低，全社會用電量年均增長率已由“十一五”期間的13.34%，下降到“十二五”期間的6.68%，且全社會用電量與供電公司售電量之間的差距有所增大，其中光伏發電量有一定影響。

海寧光伏月發電量具有較大的波動性。總體而言，每年3～6月為發電量的第1個高峰，7～10月為第2個高峰。當月上網電量和當月發電量有一定的相關性，同樣呈現出2個高峰，但是上網電量最高出現在7～10月份。

基于2013—2016年的相關數據，運用灰色理論和RBF神經網絡法2種方法,對光伏發電上網電量等數據進行預測，相關預測結果分別見表5和表6。表中的光伏飽和年大約在2023年前后。

通過以上2種方法，可以看出光伏發電量在國網海寧市供電公司售電量中的百分比逐步走高的趨勢，最終大約在2023年前后達到約12%的平衡點。從圖1可見，2種預測方法得出的結論基本相同，以下影響分析引用灰色理論預測結果。

表5　灰色理論預測結果

表6　RBF神經網絡法預測結果

圖1　光伏發電量占公司售電量的比例及變化趨勢

3.2　光伏發電對供電企業售電收入的影響

根據事先確定的模型及算法（典型場景設置），國網海寧市供電公司對光伏發電導致的售電收入進行了大量測算，因篇幅原因這里僅以灰色理論預測結果為例展示場景2相對保守的預測結果，見表7。

表7　場景2保守預測的售電收入影響結果

3.3　光伏發電對供電企業利潤的影響

根據海寧市供電公司掌握的相關數據，工商業用電平均售電價格為0.75元/kWh、居民用電平均售電價格為0.43元/kWh；而供電公司平均購電價為0.53元/kWh。因此，對供電公司而言，在分布式光伏發電項目并網運行后，工商業用戶每用光伏發電1 kWh，供電公司利潤就減少0.22元；居民用戶每用光伏發電1 kWh，供電公司就少虧損0.1元。此處同樣僅展示場景2保守預測的利潤影響，見表8。

表8　場景2保守預測的利潤影響結果

4　結論

光伏發電在3種運營模式下均能盈利，海寧地區的光伏發電將維持繼續快速發展的態勢，將在2023年前后達到飽和狀態。光伏發電與傳統的火力發電相比，對供電公司在售電收入和利潤等核心指標方面將有一定的影響，不可忽視。對此，供電公司需要積極謀劃相應對策，建議采取以下2個方面措施：

（1）供電公司對新能源發電宜在電力系統的最優狀態下接納，實現各個影響因素的均衡，具體可從中央與地方的新能源電源規劃，以及新能源電源規劃與區域電網規劃2個方面進行統籌協調，通過積極引導有效預防光伏發電短期一哄而上，保障本地區新能源光伏的可持續發展。

（2）抓住國家大力推進“電能替代”的戰略發展政策，切實做好建筑、工業、交通、農業、家居生活等5個重點行業“以電代煤”、“以電代油”的策劃與實施，以此來抵消光伏發電對供電公司售電市場的影響。