中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：
01 研究背景
近年來(lái)，隨著分布式光伏補(bǔ)貼的逐漸下降和儲(chǔ)能技術(shù)的日益成熟，分布式光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)已逐漸成為能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)之一。然而，不同于傳統(tǒng)集中式優(yōu)化規(guī)劃框架，在分散決策模式下，大規(guī)模分布式光伏儲(chǔ)能用戶的自利性行為對(duì)整體系統(tǒng)運(yùn)行效率的影響及其外部性價(jià)值評(píng)估方法仍有待進(jìn)一步研究。
02 研究?jī)?nèi)容
2.1 分布式光伏儲(chǔ)能外部性價(jià)值
本文構(gòu)建了如圖1所示的分布式光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)外部性價(jià)值評(píng)估框架。
圖1 分布式光伏儲(chǔ)能外部性價(jià)值評(píng)估框架
在本文中，分布式光伏儲(chǔ)能的“外部性價(jià)值”具體指的是在用戶投資分布式光伏儲(chǔ)能后自身的凈負(fù)荷曲線變化對(duì)系統(tǒng)整體運(yùn)行效率及其余市場(chǎng)主體所產(chǎn)生的影響。具體而言，市場(chǎng)成員投資分布式光伏儲(chǔ)能的本質(zhì)影響在于其改變了用戶的負(fù)荷曲線，降低了用戶對(duì)上級(jí)電網(wǎng)的依賴性，進(jìn)而會(huì)改變?cè)邢到y(tǒng)的調(diào)度運(yùn)行方式。系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行方式的改變一方面會(huì)影響運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和低碳性，即會(huì)改變?cè)械南到y(tǒng)運(yùn)行成本和碳排放強(qiáng)度；另一方面，對(duì)上級(jí)電網(wǎng)依賴性的降低會(huì)減少系統(tǒng)輸配電成本和延緩部分線路投資。具體而言，外部性價(jià)值主要體現(xiàn)在運(yùn)行價(jià)值、環(huán)境價(jià)值和非線路性替代價(jià)值3個(gè)方面，其中非線路性替代價(jià)值表現(xiàn)為分布式光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的投資有助于用戶降低對(duì)電網(wǎng)的依賴性，進(jìn)而降低線路占用率。
2.2 分布式光伏儲(chǔ)能外部性價(jià)值評(píng)估模型
本文通過(guò)構(gòu)建計(jì)及分布式光伏儲(chǔ)能投資決策的雙層模型來(lái)捕捉需求側(cè)市場(chǎng)主體分散決策行為與系統(tǒng)整體運(yùn)行情況的關(guān)系，以實(shí)現(xiàn)分布式光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的外部性價(jià)值的精準(zhǔn)測(cè)算。
上層模型以各市場(chǎng)成員用電成本最小為目標(biāo)，根據(jù)所擁有的分布式光伏的預(yù)期出力、價(jià)格機(jī)制和自身電力供需確定需要配置的最優(yōu)分布式儲(chǔ)能容量。
下層為市場(chǎng)出清模型，以系統(tǒng)總成本最小為目標(biāo)，其中，系統(tǒng)運(yùn)行成本包括傳統(tǒng)機(jī)組發(fā)電成本以及碳排放成本，決策變量為系統(tǒng)中各機(jī)組分時(shí)段出清功率。
總體來(lái)看，該雙層模型上層包含多個(gè)需求側(cè)市場(chǎng)成員，分別根據(jù)自身用電需求、屋頂光伏可用面積及光照強(qiáng)度以及下層形成的市場(chǎng)價(jià)格確定分布式光伏和儲(chǔ)能的投資決策，該投資決策將會(huì)改變其在下層市場(chǎng)出清模型中的凈負(fù)荷曲線；下層模型為市場(chǎng)出清模型，根據(jù)上層模型形成的凈負(fù)荷曲線確定系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行策略，形成市場(chǎng)出清電價(jià)傳遞給上層。
2.3 市場(chǎng)運(yùn)行評(píng)價(jià)指標(biāo)
為揭示分布式光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)一般性的外部性價(jià)值規(guī)律，厘清其在不同地區(qū)的外部性價(jià)值異質(zhì)性，本文考慮系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和低碳性，從個(gè)體行為層和系統(tǒng)運(yùn)行層兩個(gè)維度定義了下述市場(chǎng)運(yùn)行評(píng)價(jià)指標(biāo)：
1）個(gè)體行為層
（1）用電側(cè)平均碳排放強(qiáng)度 (average carbon emission intensity of demand-side, ACED)
（2）電網(wǎng)的依賴性 (reliance on the utility, ROU)
（3）電網(wǎng)公司凈收益 (net profits of the utility, NPU)
2）系統(tǒng)運(yùn)行層
（1）無(wú)秩序代價(jià) (price of anarchy, POA)
（2）邊際碳排放強(qiáng)度 (marginal emission intensity, MEI)
（3）峰值負(fù)荷需求 (peak load demand, PLD)
03 算例分析
本文基于中國(guó)河南省某地區(qū)用戶負(fù)荷曲線和分布式光伏容量因子數(shù)據(jù)，構(gòu)造如表1所示對(duì)比場(chǎng)景，分別從規(guī)劃和運(yùn)行兩個(gè)維度突出上述雙層模型中需求側(cè)市場(chǎng)主體分散決策性所帶來(lái)的影響。
表1 各場(chǎng)景不同階段決策方式差異性
對(duì)比M3和M4場(chǎng)景系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果，得到某典型日各時(shí)段分布式光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的外部性價(jià)值如圖2所示，可見(jiàn)分布式光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)不同維度的外部性價(jià)值存在明顯的時(shí)段差異性，但整體趨勢(shì)較為一致。
圖2 典型日不同時(shí)段分布式光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)外部性價(jià)值
M1至M4場(chǎng)景下反映投資和調(diào)度決策兩個(gè)不同階段分散決策對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行效率影響的3個(gè)指標(biāo)值如圖3所示。
圖3 不同階段分散決策對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行效率的影響
M1至M4場(chǎng)景下的POA指標(biāo)呈現(xiàn)遞減狀態(tài)；從PLD和ROU指標(biāo)來(lái)看，相比于M1場(chǎng)景，M2場(chǎng)景所對(duì)應(yīng)的指標(biāo)值反而相對(duì)較好。為從環(huán)境價(jià)值的角度分析分布式光伏儲(chǔ)能對(duì)系統(tǒng)低碳運(yùn)行的影響，在原有M3場(chǎng)景的基礎(chǔ)上，額外設(shè)置了M3*場(chǎng)景，該場(chǎng)景下將移除各市場(chǎng)成員所投資的儲(chǔ)能，多余的分布式光伏將直接被上級(jí)電網(wǎng)回收。圖4給出了M3和M3*場(chǎng)景下部分市場(chǎng)主體的ACED指標(biāo)和系統(tǒng)層面的MEI指標(biāo)。
圖4 M3和M3*場(chǎng)景下部分市場(chǎng)主體平均碳排放強(qiáng)度和系統(tǒng)的MEI
從圖4中散點(diǎn)變化趨勢(shì)可以看出，市場(chǎng)主體的用電平均碳排放強(qiáng)度與儲(chǔ)能投資容量沒(méi)有明顯關(guān)聯(lián)性。系統(tǒng)層面M3*場(chǎng)景下平均MEI反而略低于M3場(chǎng)景，在個(gè)體層面M3場(chǎng)景下系統(tǒng)中其余未配置分布式光伏儲(chǔ)能的剛性負(fù)荷ACED高于M3*場(chǎng)景。圖5給出了不同價(jià)格系數(shù)下分布式光伏投資比例和電網(wǎng)公司收益的變化。
圖5 不同價(jià)格系數(shù)下分布式光伏投資比例和電網(wǎng)公司收益
電網(wǎng)公司凈收益隨著價(jià)格系數(shù)和分布式光伏投資容量的增加呈現(xiàn)略微上升而后下降的趨勢(shì)。后一階段的下降的趨勢(shì)容易理解，過(guò)高的分布式光伏回收價(jià)格顯然容易導(dǎo)致電網(wǎng)公司凈收益的下降；前一階段的電網(wǎng)公司凈收益略微上升，其原因主要在于分布式光伏儲(chǔ)能投資比例提高后，系統(tǒng)整體凈負(fù)荷需求相應(yīng)下降，較低的凈負(fù)荷需求導(dǎo)致了較低的批發(fā)市場(chǎng)出清電價(jià)，進(jìn)而降低了電網(wǎng)公司購(gòu)電成本。
04 結(jié)語(yǔ)
本文通過(guò)構(gòu)造雙層模型模擬需求側(cè)市場(chǎng)成員與系統(tǒng)運(yùn)行的交互關(guān)系，從而準(zhǔn)確測(cè)算不同邊界條件下分布式光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)外部性價(jià)值。本文結(jié)果表明，分散決策在分布式光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)投資和調(diào)度決策階段均可能導(dǎo)致不同程度的效率損失，個(gè)體層面的自利性分散決策將可能導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)新的負(fù)荷需求高峰。從低碳運(yùn)行的角度來(lái)看，當(dāng)系統(tǒng)有足夠的分布式能源消納能力時(shí)，市場(chǎng)主體對(duì)分布式光伏儲(chǔ)能的分散決策行為在促進(jìn)個(gè)體層面分布式光伏出力與自身用電曲線擬合的同時(shí)也將導(dǎo)致清潔能源的“浪費(fèi)”，反而可能引起系統(tǒng)碳排放量提高。此外，電網(wǎng)公司凈收益并沒(méi)有單純隨著價(jià)格系數(shù)和分布式光伏投資容量的增加而降低，而整體呈現(xiàn)略微上升而后下降的趨勢(shì)。
