分布式光伏、儲能應用價值及商業模式研究

戴 安，岳萌萌，吳凱檳

(1.國網電力科學研究院武漢能效測評有限公司，湖北 武漢 430074；2.國網電力科學研究院有限公司，江蘇 南京 210000)

近年來，國家高度重視分布式能源和微電網的發展，其中光伏系統、儲能的應用已成為提高供電可靠性、促進新能源消納和減少環境污染的重要手段。目前光伏和儲能受到了廣泛關注，眾多學者從發展前景[1-3]、應用價值[4-7]、系統性能[8-9]等多維度進行了詳細研究。深入研究分析光伏、儲能的應用價值和商業模式是十分重要的，對于提升項目規劃的科學性，提高項目建設的經濟性，推動光伏及儲能產業的高質量發展具有戰略意義。

1 產業發展現狀

1.1 分布式光伏

光伏產業作為新興能源產業，其市場規模在全球快速增長，光伏建設投資及運維成本持續下降。截至2020年6月底，全球光伏累計并網裝機容量超6.5億kW。我國光伏累計并網裝機容量達2.158億kW，占全球裝機33%。其中，我國分布式光伏裝機容量達7 302萬kW，工商業分布式光伏裝機容量約4 995萬kW。投資成本方面，2019年我國工商業分布式光伏系統建設投資成本與運維成本分別為3.84元/W、0.055元/W·年-1，預計2025年將下降至3.24元/W、0.05元/W·年-1。

光伏發電符合全球能源開發與發展趨勢，各國政府在政策上給予大力支持，未來光伏還將持續快速增長。根據中國光伏行業協會預測，至2025年分布式光伏累計裝機將達到1.75億kW。

1.2 儲 能

在持續開放的電力市場環境下，儲能裝機規模增長迅速。截至2019年底，全球已投運儲能項目累計裝機規模為1.846億kW,中國裝機容量為3 240萬kW,占全球的17.6%。2019年全球新增電化學儲能裝機規模為289.51萬kW，其中用戶側(工商業)儲能裝機規模達132.15萬kW，占比最高，高達45.6%。

預計到2025年中國電化學儲能裝機規模將超過1 500萬kW，其中用戶側累計裝機規模有望達到300萬kW，儲能系統成本有望下降至1 000元/(kW·h)、綜合度電成本有望降至0.20元/(kW·h)，投資回收期為5～10年，具備全面替代抽水蓄能電站的條件；當新能源加儲能的度電成本之和與燃煤標桿上網電價相當時，將具備整體平價上網的條件；到2030年，綜合度電成本有望降至0.1元/(kW·h)以下，具備在電力系統各個環節全面部署儲能的條件。

2 應用價值分析

2.1 分布式光伏

2.1.1 經濟價值

1)節約電費

根據光伏行業協會預測，2025年光伏年新增裝機8 000萬kW，分布式光伏占比35%，國家電網經營區域內占比80%，工商業分布式光伏占分布式總裝機60%。經測算，2025年國家電網經營區范圍內工商業分布式光伏累計裝機容量9 572萬kW，年平均有效發電時長1 200 h，發電量為1 150億kW·h、自發自用電量為860億kW·h(自發自用率按75%計算)。隨工商業分布式光伏裝機規模的擴大，以及“自發自用”模式的推廣，用戶從大電網購買電量的比例將有所下降。工商業平均銷售電價按0.75元/(kW·h)測算，將減少電費約645億元。

2)電網投資

分布式光伏不具備調節能力，工商企業仍需電網公司提供全容量備用。分布式光伏接入引起的并網成本主要包括接網成本(即實現接入電網和運行需求的一次設備、二次設備和通信設備的成本)和電網改造成本。根據接入系統設計方案下的單個并網點測算接網成本，據統計目前接網成本約為26～38元/kW。分布式光伏滲透率在50%以內時，對電網改造成本影響不大。

2.1.2 社會價值

對于高峰突出的地區，在晴熱天氣下安裝大量分布式光伏具有削峰作用，降低用戶負荷對電網的沖擊。

2.1.3 管理價值

分布式能源未來將實現網內、網外的能源互聯互通。一方面，分布式智能微電網互聯可實現內部的隔墻售電，另一方面，分布式電站的集中運維及大電網的集中互聯也將促使單一的分布式售電平臺轉型為全面的售電平臺。將分布式光伏與配電、售電進行結合，可降低用戶電價，有效解決光伏高上網電價的問題。但目前分布式光伏項目要取得關鍵性突破，還有賴于售電側改革的推進、能源價格的市場化改革和法律保障的加強。

2.2 儲 能

2.2.1 經濟價值

1)節約電費

用戶側儲能可與分布式電源、智能微網等形成自循環，帶動更多新型電力消費和交易模式的發展，降低分時電價。通過用戶側儲能供電，每度電可使用戶節約0.1元。

2)電網投資

建設客戶側儲能可在一定程度上緩解用電緊張局面，延緩配電網升級改造的緊迫性，同時滿足電網負荷側的需求，在一定程度上推遲電網基礎設施投資。

2.2.2 社會價值

儲能的接入可以減小負荷波動給電網調峰帶來的壓力，有效改善配電網經濟性及電壓穩定性，對于用電高峰可起到較好的削峰效果。

2.2.3 管理價值

應用于分布式發電或電網的儲能，可通過售電側受益。用戶側儲能技術具有削峰填谷、備用電源，調頻調壓等作用，能夠存儲分布式能源多余的發電量。隨著規則的不斷完善，儲能可促進輔助服務市場的發展，助力形成有效競爭的市場結構和市場體系，促進能源資源優化配置，提高能源利用效率和清潔能源消納水平，提高供電安全可靠性。

3 商業模式研究

3.1 分布式光伏

3.1.1 商業模式及效益分析

工商業分布式光伏的并網方式主要采用“自發自用、余電上網”與“全額上網”兩種。投資收益包括補貼與上網電費。

3.1.2 實際案例研究

針對三類資源區分別選取典型省份區域，設計典型建設樣本(10 kV電壓等級以下一般工商業項目)，按近年行業統計平均裝機1 MW開展投資收益測算，具體建設樣本與邊界條件如表1～表2所示。

表1 典型建設樣本基礎信息

表2 測算邊界條件

按照“自發自用，余電上網”(自發自用比例80%)與“全額上網”兩種并網方式，測算各樣本的收益情況，具體如表3～表5和圖1所示。

表3 投資收益測算

表4 自發自用、余電上網建站投資收益

表5 全額上網建站投資收益

圖1 投資收益對比

通過測算可知，應選取光伏資源好、脫硫燃煤標桿上網電價和一般工商業用電電價較高的地區建設分布式光伏。“自發自用、余電上網”與“全額上網”兩種方式對比發現，“自發自用、余電上網”具備建設投資條件，其回收期為8年左右，投資收益良好(12%)；“全額上網”方式投資回收期為13年左右，投資財務內部收益率(7%)低于行業投資收益最低指標(8%)，投資收益較差，不滿足建設投資條件。

3.2 儲 能

3.2.1 商業模式及效益分析

根據不同用戶類型與用戶需求，用戶側儲能商業模式主要有以下幾類：

(1)實施峰谷運行和需量管理。通過“谷充峰放”，利用峰谷價差套利降低電費；通過削減用電尖峰，降低需量電費。此類模式適用于峰谷價差較大的區域，是目前我國用戶側儲能占比最大的商業化應用。經測算，峰谷價差在0.7元/(kW·h)為盈虧平衡點，1元/(kW·h)以上收益率可達10%～15%。

(2)參與需求響應和輔助服務市場。參與需求響應和輔助服務，有利于提高儲能投資經濟性。根據儲能功率、容量、參與次數等不同，一般利潤率為1%～3%。

(3)作為企業應急自備電源。部分工商企業按規定需配置一定容量的應急自備電源，以保障其重要負荷的供電可靠性，一般收益率為1%～3%。

(4)參與現貨交易。通過以較低的價格購入棄風、棄光電量，在電價高峰時段售出獲取收益，一般收益率為1%～5%。

3.2.2 實際案例研究

目前大部分省份按需量計費的基本電價在30～40元/kVA·月-1。以鋰離子電池為例(投資建設成本2 000元/(kW·h)、循環次數6 000次、系統轉換效率90%、自有資金比例20%、貸款利率4.9%/年限9年、每天滿充滿放2次、持續時間2 h、年度運維成本為初投資成本的3%)進行初步測算，峰谷價差大于0.7元/(kW·h)才能實現盈虧平衡。我國工業峰谷價差在0.7元/(kW·h)以上的上海、江蘇等地，用戶側儲能項目利潤約為6%～8%；工商業峰谷價差在1元/(kW·h)以上的北京地區，用戶側儲能項目利潤約為10%～15%。

3.3 分布式光伏+儲能

3.3.1 商業模式及效益分析

“分布式光伏+儲能”項目的主要獲利來自峰谷電價差、降低容量電費、參與需求響應和參與電力輔助服務等。目前通過峰谷電價差和合理時段自發自用實現電費節約是項目的主要盈利點。

3.3.2 實際案例研究

以某直流光儲充一體化電站為例進行具體分析。

1)項目情況

項目一期1.4 MW光伏、4 MW/25 MW·h儲能、24×150 kW直流充電樁已建設完成，項目二期設計規模為6 MW光伏、4 MW/32 MW·h儲能和94×150 kW直流充電樁。

2)投資收益

本項目資金由企業自籌，投資總額達1億元，其中包括6 MW屋頂光伏系統投資2 400萬元，32 MW·h儲能電池含BMS系統投資4 800萬元，4 MW儲能PCS系統投資300萬元。項目執行北京市一般工商業電價，光儲充系統綜合效率>85%，預計平均年收益1 800萬元，靜態投資回收期5.5年，動態投資回收期7年。

4 結 論

在國際、國內能源戰略和政策推動下，分布式光伏和儲能持續快速發展，逐漸成為能源互聯網的重要組成部分，并在能源生產、消費中占據重要地位。本文分析了分布式光伏、儲能的產業發展現狀、應用價值及商業模式，結果表明，一是同一省區相同邊界條件下，經濟效益排序為光伏>光伏+儲能>儲能，此排序也為項目建設優先開展順序。北京、上海、江蘇、浙江等峰谷價差較大的省份可因地制宜地開展儲能業務；二是需充分研判行業發展趨勢及區域特點，穩步開展分布式光伏、儲能業務規劃。從區域上來看，優先發展華東、華中等電價水平較高、消納能力強的區域，逐步延伸到其他地區。從發展類型看，以體量較大的工商業屋頂分布式光伏、儲能為切入點，同時充分探索光儲充一體化項目模式，試點先行，逐步培育增長新動能。