零售電力用戶參與分布式光伏建設的交易策略研究

胡如樂 鄭 瑛 張建中

（南方電網數字電網研究院有限公司）

0 引言

2020年9月，我國明確提出了“雙碳”的發展目標，力爭于2030年實現“碳達峰”，2060年實現“碳中和”，自此開啟了生態優先、綠色低碳的高質量發展道路［1］。2022年發布的《促進綠色消費實施方案》中提到鼓勵用電企業開展分布式光伏發電建設，并實現與儲能、微電網的融合發展［2］。

目前，雖然全國各地都在鼓勵這一措施來降低生產用電碳排放水平，但市場響應程度沒有達到預期，具有自主光伏發電的企業主要參與電力市場批發側的交易，而零售市場缺少這方面的交易機制，零售市場或零售套餐有待建設完善［3］。

本文分析國外成熟的光伏電力交易政策及機制，總結相關方法和經驗；以零售用戶為主體建立光伏發電成本模型，實現投入成本測算；從政府和電網企業的角度出發，提出優惠政策和補償機制，鼓勵更多用戶建設分布式光伏；考慮售電公司的利潤和用電企業電費支出的滿意度，設計符合國內電力市場的零售套餐。

1 國外光伏電力交易政策及機制

1.1 澳大利亞太陽能電力套餐

澳大利亞作為全球太陽能發用電占比最高的國家，幾乎所有的售電公司都對這類用戶推出了太陽能電力套餐［4］。除了售電公司的優惠套餐之外，各地政府也提供最高3000澳元的光伏設備安裝補貼，使得絕大多數用戶在2年內便可收回成本實現盈利。

1.2 美國加州100%光伏電力計劃

美國加州為實現100%光伏電力計劃，提出了光伏發電滿足自身部分用電量和全部用電量的兩種套餐模式［5］。加州能源委員會在2021年表決通過的法令中要求新的商業大樓和高樓層住宅都必須加裝太陽能板和儲電電池，該法令預計在2023年生效［6］。

1.3 德國EEG復活節套餐

德國政府推出EEG復活節套餐來鼓勵市場主體安裝光伏系統，利用太陽能發電，從而避免過高的用電成本，具體補貼措施包括低息貸款、安裝補貼和提高上網電價。參與EEG復活節套餐的電力用戶可將多余的發電量上傳到公共電網以獲取相應報酬［7］。

2 電力用戶光伏建設成本

分布式光伏發電成本主要包括初期建設成本、光伏貸款成本、運營成本、設備維修成本和回收價值［8］，如圖1所示。

圖1 光伏發電成本模型

初期建設成本（元）是指用電企業不算貸款金額在建設光伏發電設備時所需投入成本，如式（1）所示。

式中，lrate為貸款比例、Cpv＿unit為光伏設備每kW投入成本、ppv＿ca為光伏裝機容量（kW）。

光伏貸款成本（元）是指用電企業在建設光伏發電設備時所需償還本金和利息的總和，采用等額本息方式進行計算，如式（2） ～（3）所示。

式中，i為光伏貸款年利率，ηoan為貸款年限。

運營成本（元）是指用電企業對光伏發電設備的日常運營費用，如式（4） ～（5）所示。

式中，γpv＿op為光伏設備年運營費用系數，rop為運營年限。

設備維修成本（元）是指用電企業對光伏發電設備的維修費用，如式（6） ～（7）所示。

式中，γpv＿rep為光伏設備年維修費用系數，此系數可能會隨著運營年限的增加而增高。

回收價值（元）是指當設備達到使用壽命或想更換全新設備時，賣出可獲得的收益，如式（8）所示。

式中，γpv＿rec為光伏設備回收價值系數，此系數隨著運營年限的增加而減少。

3 政府和電網企業補償機制

結合電力用戶光伏建設成本模型分析，光伏設備每kW 投入成本和光伏貸款年利率是影響最終成本的兩個重要因素，各省目前推出的鼓勵用電企業開展分布式光伏發電建設的優惠政策和補償機制也主要圍繞這兩方面展開［9］。

（1）各省市政府對建成分布式光伏發電設備的電力用戶給予一次性建設補貼，補貼金額一般為每瓦0.1～1元，其中農村居民用戶和工業園區大型工商業用戶補貼金額較高；

（2）按光伏設備發電量給予補貼，補貼金額一般為0.1～1元／（kW·h），補貼時間大多為自建成并網次月起24～36個月內，補貼標準和各省市發用電水平相關，例如用電量大的省份光伏發電補貼標準相對較高；

（3）銀行對建設分布式光伏發電設備的電力用戶提供光伏貸款產品，其年利率遠低于正常商業貸款；同時降低貸款門檻，實現低首付甚至零首付貸款。

4 電力零售套餐設計

結合售電公司盈利性和電力用戶電費滿意程度分析，該套餐設計需以分時套餐為基礎模型［10］，在其中增加光伏自發電量曲線、免偏差考核和分時盈余發電量回購，最終形成完整的零售套餐，如圖2所示。

圖2 光伏自發電套餐

首先，售電公司在設計光伏自發電套餐時要和電力用戶約定初始用電曲線，售電公司基于用電曲線的購電成本與電力用戶約定分時價格。

其次，電力用戶需結合天氣情況、設備容量、運行狀態、設備維修計劃等多方面因素向售電公司提供光伏自發電量分時曲線。

隨后，通過初始用電曲線減光伏自發電量曲線得到一條全新的曲線，成為套餐主要費用計算的依據。

最后，獲取電力用戶的實際發電曲線和用電曲線進行電費結算，具體計算步驟如式（9） ～（11）所示。

式中，Qcon，t為用戶t時段的用電量；Qgen，t為用戶t時段的發電量；P套餐，t為用戶t時段的套餐電價，當Qcon，t－Qgen，t＜0時，Qcon，t－Qgen，t按0處理。

當Qcon，t＜Qgen，t時，則會出現盈余發電電量，回購電價不能按正常市場價執行，應按照低于當前時段平均上網電價的價格進行回購。

式中，P上網，t代表市場t時段平均上網電價，φ代表收購電價系數，一般不大于1，當Qgen，t－Qcon，t＜0時，Qgen，t－Qcon，t按0處理。

購買電費減電網回購則得到最終的電費結果，若電力用戶谷時段用電多，該結果大概率會小于0，也就是不需要支付電費的同時還能獲得一定收益。

5 算例分析

本文以某城市的一家參與電力零售交易市場的建材工廠為研究對象，其特點為屋頂可利用面積大，同時全天用電且谷時段用電量大。此算例將計算電力用戶建設分布式光伏的成本和收益。

5.1 分布式光伏建設成本分析

設定光伏單位容量成本Cpv＿unit為3500元／kW、光伏裝機容量Ppv＿ca為1000kW、光伏貸款比例lrate為50%、光伏貸款年利率i為3.3%、貸款年限ηoan為6年、運營年限rop為25年、光伏設備年運營費用系數γpv＿op為0.5%、光伏設備年維修費用系數γpv＿rep為1.5%、光伏設備回收價值系數γpv＿rec為8.08%、政府一次性建設補貼為1000元／kW。

將上述數據代入公式（1） ～（8）中可以得到該零售用戶建設分布式光伏所需投入總成本為431.37萬元，見表1。

表1 建設分布式光伏所需投入總成本

5.2 光伏自發電套餐費用分析

設定該零售用戶的春季非節假日的日發電曲線和用電曲線見表2。

表2 零售用戶日發電曲線和用電曲線

設定峰時段購買電價為0.56元／（kW·h），平時段購買電價為0.42元／（kW·h），谷時段購買電價為0.35元／（kW·h），峰時段上網電價為0.52元／（kW·h），平時段上網電價為0.4元／（kW·h），谷時段上網電價為0.26元／（kW·h），收購電價系數φ為0.9，將上述數據代入公式（9）～（11）中可以得到該零售用戶的光伏自發電套餐日費用為賺取173.04元。

5.3 零售用戶收益分析

結合分布式光伏建設成本和光伏自發電套餐費用可得到該零售用戶每年的成本和收益。其中，電費收益為電力用戶自發電收益和電網回購補貼收益的合計，通過季節性日照規律將春季非節假日的單日收益擬合得到最終的年電費收益。經過計算，得出零售用戶6年可收回成本，25年可實現總盈利1000萬，見表3。

表3 零售用戶收益單位：萬元

6 結束語

本文以電力用戶收益最大化為目標，考慮了光伏建設成本、補貼政策，基于分時零售套餐設計了一個新型光伏自發電套餐，以解決零售電力市場在這一領域的空缺，實現售電公司、電力用戶、電網企業的三贏，具有如下特點：

（1）構建的電力用戶光伏建設成本模型，充分考慮了國內光伏市場價格、貸款政策、日常運維費用等，為后續零售用戶收益分析奠定了基礎；

（2）結合國內外相關政策和交易機制，提出了優化方法，即補貼金額應與電力市場價格相關聯，為后續套餐的設計提供了依據；

（3）設計的光伏自發電套餐能夠在不影響售電公司利潤的前提下給予零售用戶最大程度的優惠，并通過算例驗證其合理性。