中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：澳大利亞是世界上人均屋頂太陽能用戶最多的國家，目前在國家電力市場(chǎng)覆蓋區(qū)域有超過31%的家庭用戶使用分布式光伏供電，對(duì)于電力市場(chǎng)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。本文在歸納澳大利亞能源監(jiān)管機(jī)構(gòu)發(fā)布的資料和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，初步分析屋頂太陽能對(duì)電力市場(chǎng)影響，并從負(fù)電價(jià)這個(gè)側(cè)面凸顯了其影響的深遠(yuǎn)程度。
屋頂光伏發(fā)展迅猛
澳大利亞幅員遼闊、人口密度低，即使在大城市絕大多數(shù)居民住房都是獨(dú)棟別墅，全國大部分地區(qū)風(fēng)光資源都極其豐富，是世界上人均屋頂太陽能用戶最多的國家。在州政府激勵(lì)措施的支持下，自2015年以來，家庭和企業(yè)每年都繼續(xù)安裝大量屋頂太陽能容量（見圖1中的左圖）。從2022年初到2023年6月30日，澳大利亞電力市場(chǎng)區(qū)域中的家庭屋頂太陽能板容量增加了3.7吉瓦。這不僅是由于更多的用戶安裝大量屋頂太陽板，而且平均每戶安裝的容量也更大。
截至 2023 年 6 月 30 日，其屋頂光伏總?cè)萘砍^ 18 吉瓦，超過動(dòng)力煤機(jī)組的裝機(jī)容量16吉瓦，成為按發(fā)電容量計(jì)算最大的電源類型，占整個(gè)裝機(jī)容量的23%。昆士蘭州和新南威爾士州的屋頂光伏裝機(jī)容量最多，但南澳大利亞州的人均屋頂光伏裝機(jī)容量最高。2022年，電力市場(chǎng)區(qū)域中的屋頂太陽能發(fā)電量較 2021 年增長 15%；自2018年以來，其發(fā)電量增長了一倍以上，占2022年總發(fā)電量的9%（見圖1中的右圖）。2023年2月11日下午1點(diǎn)，屋頂太陽能在半小時(shí)內(nèi)創(chuàng)下了能夠滿足當(dāng)時(shí)市場(chǎng)總需求38%的新紀(jì)錄。
系統(tǒng)運(yùn)行影響深遠(yuǎn)
在澳大利亞，屋頂光伏發(fā)電不通過電力市場(chǎng)進(jìn)行交易，用戶安裝太陽能板后的收益主要是通過直接使用太陽能電池板產(chǎn)生的電能而節(jié)省電費(fèi)，特別是能夠節(jié)省可觀的電網(wǎng)費(fèi)。當(dāng)然，富余的發(fā)電可以被傳送到電網(wǎng)中，供其他用戶使用，但是其上網(wǎng)電價(jià)并不是很高。從2021年起，澳大利亞的屋頂光伏用戶(直接或通過聚合商)能夠作為發(fā)電主體直接參加電力市場(chǎng)的需求響應(yīng)交易。雖然屋頂光伏發(fā)電不在電力現(xiàn)貨市場(chǎng)進(jìn)行交易，但其能夠直接影響電力市場(chǎng)運(yùn)行。
在電力現(xiàn)貨市場(chǎng)出清前，澳大利亞電力市場(chǎng)運(yùn)營機(jī)構(gòu)會(huì)把屋頂光伏發(fā)電從負(fù)荷預(yù)測(cè)中扣除，其降低了的系統(tǒng)負(fù)荷才是電力市場(chǎng)對(duì)發(fā)電側(cè)的需求。屋頂太陽能的快速普及不僅減少了系統(tǒng)發(fā)電量，也極大地改變了每日的電力需求曲線的形狀。光伏發(fā)電使得歷史上常發(fā)生在夜間的系統(tǒng)最低負(fù)荷，如今已經(jīng)常見于白天午間，徹底反轉(zhuǎn)了夏天中午通常會(huì)出現(xiàn)需求峰值的情況。如圖2所示。隨著近幾年屋頂光伏發(fā)電量的不斷增加，澳大利亞各州系統(tǒng)最低負(fù)荷呈持續(xù)下降趨勢(shì)。
對(duì)電力價(jià)格的影響
屋頂光伏發(fā)電對(duì)系統(tǒng)負(fù)荷的影響會(huì)反映到電力市場(chǎng)價(jià)格上。鑒于驅(qū)動(dòng)電力價(jià)格的因素很多，例如燃料價(jià)格，因此，筆者聚焦負(fù)電價(jià)來體現(xiàn)屋頂光伏發(fā)電對(duì)電力市場(chǎng)價(jià)格的影響。澳大利亞電力市場(chǎng)的地板價(jià)為-1000澳元/兆瓦時(shí)，約為-5元/千瓦時(shí)。
一般來說電廠在兩種情況下會(huì)主動(dòng)報(bào)負(fù)電價(jià)，一是火電機(jī)組為了維持其開機(jī)狀態(tài)，二是可再生能源發(fā)電為了獲得綠證收入。如果電力需求非常低，又存在多個(gè)火電機(jī)組競(jìng)爭(zhēng)發(fā)電，那么市場(chǎng)以負(fù)價(jià)格出清的可能性就高?？稍偕茉窗l(fā)電的地理分布可以增強(qiáng)這種效果，因?yàn)槟车貐^(qū)的發(fā)電條件往往會(huì)同時(shí)有利該地區(qū)所有場(chǎng)站。負(fù)價(jià)格通常發(fā)生在電力需求低且天氣條件對(duì)可再生能源發(fā)電有利時(shí)。在歷史上常發(fā)生在夜間，因?yàn)樵谌熵?fù)荷最低的夜間風(fēng)電出力往往更好。
可最近幾年，負(fù)電價(jià)在白天午間更為常見，在天氣晴朗時(shí)屋頂光伏發(fā)電大幅度減少了中午時(shí)段電力需求，同時(shí)集中式光伏發(fā)電也接近其最大功率，屋頂太陽能和集中式光伏雙重加持，極大加強(qiáng)了負(fù)電價(jià)形成力度。圖3展示了電力市場(chǎng)區(qū)域電價(jià)在每個(gè)季度發(fā)生的折算小時(shí)數(shù)。澳大利亞電力市場(chǎng)的出清結(jié)算周期為5分鐘，每次發(fā)生負(fù)電價(jià)均折算為1/12小時(shí)。2022~2023年是連續(xù)第四個(gè)財(cái)政年度，負(fù)價(jià)格數(shù)量創(chuàng)下了新紀(jì)錄，與澳大利亞電力市場(chǎng)中可再生能源及屋頂太陽能容量的增加趨勢(shì)一致。
近3/4的負(fù)電價(jià)發(fā)生在南澳州和維多利亞州，因?yàn)槟习闹莺途S多利亞州風(fēng)電和太陽能發(fā)電（包括集中式地面光伏電站和屋頂太陽能光伏）占總發(fā)電比例更高。當(dāng)風(fēng)能和太陽能大發(fā)時(shí)，出現(xiàn)負(fù)現(xiàn)貨價(jià)格的情況最多。從圖中可以看出負(fù)電價(jià)多集中發(fā)生在夏季（南半球夏天為12月、1月、2月、3月）。2022年至2023年超過60%的負(fù)價(jià)格發(fā)生在夏季。在2022年10月至12月期間，維多利亞州出現(xiàn)了電力市場(chǎng)有史以來的首次負(fù)的周均價(jià)（Negative Weekly Average Price）。
屋頂光伏發(fā)電與負(fù)電價(jià)的高度吻合極大地降低了其電力市場(chǎng)價(jià)值，例如澳大利亞能源市場(chǎng)委員會(huì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示南澳州和維多利亞州的售電公司所制定的屋頂光伏富余電量的上網(wǎng)電價(jià)還不到輸配電價(jià)的1/10。用戶安裝屋頂太陽能板的最主要考慮還是節(jié)省其中包含過網(wǎng)費(fèi)的電費(fèi)。
對(duì)電力市場(chǎng)其他方面的影響
家用儲(chǔ)能電池。用戶越來越多地將屋頂太陽能系統(tǒng)的剩余能源存儲(chǔ)在電池中，以便在需要時(shí)使用，從而減少高峰時(shí)段對(duì)電網(wǎng)電力的需求。家用電池系統(tǒng)可能在滿足電網(wǎng)需求峰值方面發(fā)揮重要作用，具體取決于技術(shù)改進(jìn)可以在多大程度上降低安裝成本。
虛擬電廠。屋頂太陽能與小型儲(chǔ)能電池安裝相結(jié)合可以降低單個(gè)家庭的電費(fèi)，但將這些技術(shù)聚集到數(shù)千個(gè)家庭可以提高電力系統(tǒng)的可靠性和安全性。通過將家用儲(chǔ)能電池和電動(dòng)汽車電池連接到能源共享的電網(wǎng)，其中存儲(chǔ)的電力可用于在電力短缺時(shí)補(bǔ)充供應(yīng)。在需求高峰期間，當(dāng)電網(wǎng)供應(yīng)緊張時(shí)，存儲(chǔ)在消費(fèi)者擁有的電池中的電力可以協(xié)調(diào)響應(yīng)進(jìn)行調(diào)度，滿足過剩的需求并減輕電網(wǎng)供應(yīng)的壓力。通過彌補(bǔ)供應(yīng)短缺期間的缺口，參與虛擬電廠的家庭有助于緩解高現(xiàn)貨價(jià)格，防止?jié)撛谕ｋ姷娘L(fēng)險(xiǎn)，并根據(jù)其節(jié)省電費(fèi)的貢獻(xiàn)獲得電費(fèi)減免。
配電網(wǎng)運(yùn)行。傳統(tǒng)上，電網(wǎng)向消費(fèi)者提供單向傳輸服務(wù)。然而，隨著技術(shù)不斷改變電力的生產(chǎn)和使用方式，電網(wǎng)的作用正在不斷發(fā)展。許多小型發(fā)電機(jī)，如屋頂太陽能系統(tǒng)，現(xiàn)在都嵌入配電網(wǎng)中，導(dǎo)致電能沿著電網(wǎng)雙向流動(dòng)。屋頂太陽能系統(tǒng)的用戶可以在需要時(shí)從配電網(wǎng)獲取電力，并在其他時(shí)間出售其產(chǎn)生的剩余電能。使用屋頂太陽能系統(tǒng)產(chǎn)生的電能也越來越多地使用蓄電池系統(tǒng)進(jìn)行存儲(chǔ)。由于電池技術(shù)的多功能性和成本下降，預(yù)計(jì)未來幾年屋頂光伏的裝機(jī)容量將繼續(xù)增長。
輸配電價(jià)格改革。澳大利亞能源監(jiān)管機(jī)構(gòu)正在推動(dòng)電網(wǎng)費(fèi)用改革（Network tariff reform），以期鼓勵(lì)更有效地利用電網(wǎng)，推遲電網(wǎng)擴(kuò)建和投資的需要，并更公平地分?jǐn)傠娋W(wǎng)成本。起初，改革的重點(diǎn)是需求高峰時(shí)期的信號(hào)成本（這在歷史上推動(dòng)了電網(wǎng)投資）。近來，電網(wǎng)費(fèi)用改革涉及發(fā)送價(jià)格信號(hào)，以有效地將消費(fèi)者能源資源(如屋頂太陽能、儲(chǔ)能電池和電動(dòng)汽車)整合到分布式電網(wǎng)中。
未來展望
澳大利亞得天獨(dú)厚的自然條件促使了分布式屋頂光伏的迅猛發(fā)展。本文中所展示的AER數(shù)據(jù)截至2023年6月，最近的電力市場(chǎng)數(shù)據(jù)仍然顯示正文所描述的屋頂光伏發(fā)展趨勢(shì)。但是，隨著政府對(duì)可再生能源鼓勵(lì)政策的退坡、電力市場(chǎng)價(jià)格走低，未來屋頂光伏發(fā)展動(dòng)力很可能來源于電力市場(chǎng)之外的因素，例如電動(dòng)汽車的普及、家庭燃料電池的使用。
反過來，更大規(guī)模的屋頂光伏容量會(huì)進(jìn)一步?jīng)_擊電力市場(chǎng)，例如導(dǎo)致更多的負(fù)電價(jià)發(fā)生。在另一方面，澳大利亞在未來的10~15年期間將迎來大批火電機(jī)組退役，電力系統(tǒng)電源結(jié)構(gòu)將會(huì)發(fā)生根本性改變，所剩存的火電機(jī)組寥寥無幾，屆時(shí)分布式屋頂光伏發(fā)電如何影響電力系統(tǒng)運(yùn)行將會(huì)是一個(gè)更大的未知數(shù)。
對(duì)中國電力市場(chǎng)發(fā)展借鑒之處
在新型電力系統(tǒng)建設(shè)方面，包含屋頂光伏在內(nèi)的可再生能源在澳大利亞發(fā)展迅猛，滲透比例高。澳大利亞積累的提高能源利用效率、電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性等方面經(jīng)驗(yàn)對(duì)中國推動(dòng)新型電力系統(tǒng)建設(shè)有著非常難得的借鑒參考價(jià)值。
在完善市場(chǎng)機(jī)制方面，目前中國電力市場(chǎng)正式運(yùn)行與試點(diǎn)的大多數(shù)省份，市場(chǎng)地板價(jià)為零價(jià)，鮮有負(fù)電價(jià)者。從激勵(lì)用電積極性，提高消納新能源能力角度看，負(fù)電價(jià)的效果更好。參考澳大利亞的負(fù)電價(jià)市場(chǎng)機(jī)制，借鑒其市場(chǎng)運(yùn)行成熟經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化電力市場(chǎng)規(guī)則，減少政府干預(yù)，完善市場(chǎng)化交易和價(jià)格形成機(jī)制，可以制定更加有利于新能源發(fā)展的政策和措施來推動(dòng)電力市場(chǎng)改革。
