基于月消納比率波動(dòng)較大的光伏電價(jià)管理模式

摘 要：為了解決光伏投資過程中企業(yè)月用電結(jié)構(gòu)不確定、光伏發(fā)電月消納比率不穩(wěn)定的問題，本文提出了一種基于月消納比率波動(dòng)較大的分布式光伏EMC電價(jià)管理模式。根據(jù)投資方內(nèi)部收益率期望的下限，確定與業(yè)主光伏消納比率相關(guān)的電價(jià)折扣比例，在保證投資方最低投資回報(bào)率的同時(shí)，最大限度地讓利于工商企業(yè)，降低了投資風(fēng)險(xiǎn)，保障雙方利益。根據(jù)實(shí)例分析，比較本文提出的電價(jià)管理模式和傳統(tǒng)電價(jià)管理模式，驗(yàn)證了本文電價(jià)管理模式的優(yōu)越性和可行性。

關(guān)鍵詞：分布式光伏；EMC；電價(jià)管理；月消納比率

中圖分類號(hào)：TM 615 " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

當(dāng)發(fā)電企業(yè)投資分布式光伏項(xiàng)目時(shí)，常遇到月用電結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的工商企業(yè)，例如微電網(wǎng)模式的工業(yè)園區(qū)或季節(jié)性生產(chǎn)的企業(yè)，其月用電結(jié)構(gòu)易發(fā)生大幅變化，導(dǎo)致光伏發(fā)電的月消納比率不穩(wěn)定[1]。這就造成了這些企業(yè)在安裝分布式光伏后，光伏發(fā)電的月消納比率是不穩(wěn)定的。月消納比率的不同直接影響投資方和工商業(yè)企業(yè)的利益。雙方在簽訂管理能源合同（EMC）時(shí)，采用固定電價(jià)優(yōu)惠折扣不合理，可能對(duì)雙方都不利。對(duì)工商業(yè)企業(yè)來說，隨著入駐企業(yè)增加或產(chǎn)能升級(jí)，用電量變化可能導(dǎo)致光伏發(fā)電消納比率變動(dòng)，初期折扣可能不利于其利益。對(duì)投資方來說，如果企業(yè)用電量大幅減少，那么初期用電量確定的折扣也可能帶來較大投資風(fēng)險(xiǎn)[2]。因此，根據(jù)工商業(yè)用戶月消納比率變化，每月采取不同電價(jià)優(yōu)惠折扣是最合理的。可以按照月消納比率的不同，在管理能源合同（EMC）中約定電價(jià)折扣比率，保障投資方與工商業(yè)用戶的共同利益，降低項(xiàng)目的投資風(fēng)險(xiǎn)。

本文提出的基于月消納比率波動(dòng)較大的分布式光伏EMC電價(jià)管理模式，根據(jù)投資方內(nèi)部收益率下限，確定與業(yè)主光伏月消納比率相關(guān)的電價(jià)折扣比例，保障雙方利益。

1 分布式光伏項(xiàng)目參與者分類

在一個(gè)完整的分布式光伏項(xiàng)目投資、建設(shè)和運(yùn)營(yíng)周期內(nèi)，其參與者主要可以分為屋頂業(yè)主、投資方、建設(shè)方和運(yùn)營(yíng)方[3]。

屋頂業(yè)主是一個(gè)分布式光伏項(xiàng)目最重要的參與者，項(xiàng)目的建設(shè)基礎(chǔ)便是光照資源、結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)以及配套環(huán)境良好的屋頂資源，屋頂業(yè)主是屋頂資源的提供者，同時(shí)也是分布式光伏發(fā)電的消納者，因此屋頂業(yè)主便在分布式光伏項(xiàng)目中具有較大的話語權(quán)。

投資方是任何一個(gè)建設(shè)項(xiàng)目不可缺少的一部分，在分布式光伏項(xiàng)目中，其即是光伏電站所有權(quán)的擁有者，可以是完全的第三方投資機(jī)構(gòu)，也可以由資金充足的屋頂業(yè)主、建設(shè)方或運(yùn)營(yíng)方扮演，甚至合作成立新公司投資。

建設(shè)方可以理解為傳統(tǒng)的工程建造商，但區(qū)別在于，由于分布式光伏電站的運(yùn)營(yíng)維護(hù)特點(diǎn)，有一些建設(shè)方實(shí)際上還承擔(dān)分布式光伏電站后期全部或部分的運(yùn)營(yíng)方角色，還要根據(jù)項(xiàng)目具體運(yùn)營(yíng)模式來決定。

運(yùn)營(yíng)方就是在分布式光伏項(xiàng)目建成后負(fù)責(zé)項(xiàng)目后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)工作，一般的分布式光伏項(xiàng)目都是由光伏電站的擁有者（即投資方）來承擔(dān)。由于分布式光伏電站的運(yùn)營(yíng)維護(hù)特點(diǎn)，因此也要根據(jù)項(xiàng)目具體運(yùn)營(yíng)模式來決定。

2 分布式光伏EMC運(yùn)營(yíng)模式

為了提高電網(wǎng)的可靠性和緩解能源的緊缺，需要對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行升級(jí)改造，大電網(wǎng)與分布式發(fā)電相結(jié)合被公認(rèn)是能夠節(jié)省投資、降低能耗、提高電力系統(tǒng)可靠性和靈活性的主要方式。分布式發(fā)電主要是配置在配電網(wǎng)或負(fù)荷附近的中小型發(fā)電設(shè)備，與集中式發(fā)電相比，其發(fā)電容量通常較小，分布式發(fā)電是一種靈活且高效的能源供應(yīng)方式。屋頂式光伏發(fā)電技術(shù)作為分布式發(fā)電技術(shù)的一種，其受到了廣泛關(guān)注。屋頂式光伏發(fā)電利用屋頂?shù)目臻e空間，將光伏電池組件安裝在建筑物的屋頂上，通過吸收太陽能并將其轉(zhuǎn)換為電能，實(shí)現(xiàn)了電能的自給自足或余電上網(wǎng)。在美國(guó)和日本的一些地區(qū)，已經(jīng)有由屋頂式光伏電池發(fā)電設(shè)備聯(lián)成的PV系統(tǒng)與當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)相聯(lián)。白天發(fā)電的盈余倒送電網(wǎng)，晚間用戶從電網(wǎng)取電，在供電企業(yè)和用戶間形成一種新型關(guān)系。

分布式光伏電站的光伏設(shè)備具備直接并網(wǎng)的能力，使太陽能可以就地轉(zhuǎn)化利用，減少因遠(yuǎn)距離大容量輸電而產(chǎn)生的線路損耗和輸電容量占用問題。此外，分布式光伏系統(tǒng)可以大幅降低業(yè)主用電成本，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。EMC光伏運(yùn)營(yíng)模式即采取合同能源管理的方式，業(yè)主提供屋頂，引入第三方進(jìn)行光伏投資，由建造商進(jìn)行項(xiàng)目總承包建設(shè)，負(fù)責(zé)落實(shí)補(bǔ)貼及并網(wǎng)需求，待項(xiàng)目最終建成后，由引入的第三方與原屋頂業(yè)主共同確定光伏項(xiàng)目的后期運(yùn)營(yíng)工作，并協(xié)商收益分配方式，業(yè)主可以根據(jù)自身情況，選擇享受優(yōu)惠協(xié)議電價(jià)的分配方式或者收取屋頂租金的分配方式[4]。

在合同能源管理模式的框架下，建造商、投資方以及業(yè)主等項(xiàng)目參與方在項(xiàng)目中共擔(dān)投資、建設(shè)、運(yùn)行及維護(hù)的風(fēng)險(xiǎn)，共享節(jié)能項(xiàng)目所帶來的收益成果。因此，合同能源管理模式是當(dāng)前及未來一段時(shí)間的分布式光伏電站主要運(yùn)營(yíng)模式，EMC模式示意圖如圖1所示。

本文采用的EMC光伏運(yùn)營(yíng)模式為業(yè)主免費(fèi)提供屋頂，投資方享有屋頂使用權(quán)，建造商進(jìn)行項(xiàng)目總承包建設(shè)。在項(xiàng)目建成后，由投資方與屋頂業(yè)主根據(jù)工商業(yè)用戶的原實(shí)際電價(jià)和用戶的月消納比率進(jìn)行測(cè)算，共同商定電價(jià)折扣率或售電價(jià)格。

3 基于月消納比率波動(dòng)較大的分布式光伏EMC電價(jià)管理模式

由于某些業(yè)主月用電結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，如果采用根據(jù)高月消納比率簽訂的固定高電價(jià)或折扣率，當(dāng)業(yè)主月消納比率較低時(shí)，大量未能消納的電量以極低價(jià)格上網(wǎng)，會(huì)導(dǎo)致售電利潤(rùn)大幅降低，給投資方帶來極大投資風(fēng)險(xiǎn)，基于此類月用電結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的業(yè)主，本文提出一種根據(jù)月消納比率的波動(dòng)變化而改變光伏電價(jià)折扣率的分布式光伏EMC電價(jià)管理模式，該模式解決了因月消納比率波動(dòng)較大的業(yè)主用電量不穩(wěn)定而導(dǎo)致運(yùn)營(yíng)商投資風(fēng)險(xiǎn)增加的問題。

3.1 分布式光伏EMC電價(jià)計(jì)算方式

在本文提出的光伏EMC電價(jià)管理模式中，光伏系統(tǒng)裝機(jī)容量為αMW，光伏系統(tǒng)效率年均衰減為δ%，首年發(fā)電利用小時(shí)數(shù)為h小時(shí)，光伏電站投運(yùn)時(shí)間為n年（光伏板壽命約為25年，n最大值為25），則該光伏系統(tǒng)每年發(fā)電量σ的計(jì)算過程如公式（1）所示。

σt=h·α·（1-δ%）t-1 " " " "（1）

式中：σt為光伏系統(tǒng)第t年發(fā)電量，1≤t≤n。

以江蘇地區(qū)為例，光伏發(fā)電時(shí)間主要集中在08：00～17：00，根據(jù)峰谷平時(shí)間段加權(quán)計(jì)算業(yè)主在光伏發(fā)電時(shí)段使用市電的綜合電價(jià)為b元/kW·h，光伏上網(wǎng)電價(jià)為c元/kW·h，那么光伏月度綜合售電電價(jià)β如公式（2）所示。

β=b·γ·ε+c（1-ε） " " " " " （2）

式中：γ為運(yùn)營(yíng)商提供給業(yè)主的電價(jià)折扣比例；ε為業(yè)主每月光伏電量消納比率；b為市電的綜合電價(jià)；c為光伏上網(wǎng)電價(jià)。

通過大數(shù)據(jù)采集分布式光伏電站發(fā)電量，計(jì)算每月發(fā)電量占年度發(fā)電量的權(quán)重。從國(guó)家電力有限公司營(yíng)銷管理信息系統(tǒng)的光伏用電信息采集數(shù)據(jù)可知，其中4—10月為發(fā)電高峰月，11—3月發(fā)電低谷月[5]，對(duì)某光伏電站采集到的發(fā)電量數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納梳理，設(shè)4—10月權(quán)重約為0.1，11月—次年3月權(quán)重約為0.06，根據(jù)光伏月度綜合售電電價(jià)β加權(quán)計(jì)算年度光伏平均綜合電價(jià)如公式（3）所示。

β'=0.1（β4+...+β10）+0.06（β11+...+β3） " " " " "（3）

式中：β'為年度光伏平均綜合電價(jià)；βx為光伏第x月綜合售電電價(jià)。

根據(jù)公式（1）得出的光伏系統(tǒng)每年發(fā)電量和公式（3）得出的年度光伏綜合電價(jià)，可以求出光伏系統(tǒng)第t年電費(fèi)為Ft萬元如公式（4）所示。

（4）

式中：σt為光伏系統(tǒng)第t年發(fā)電量；β'為年度光伏平均綜合電價(jià)；Ft為光伏系統(tǒng)第t年電費(fèi)。

內(nèi)部收益率（IRR）就是該方案在整個(gè)計(jì)算期內(nèi)各期資金流入現(xiàn)值總額CI等于資金流出現(xiàn)值總額CO時(shí)的折現(xiàn)率，其作為評(píng)估指標(biāo)可以反映項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益和盈利能力。而在分布式光伏系統(tǒng)中，由于天氣、日照情況等因素的不確定性，項(xiàng)目的實(shí)際收益可能會(huì)存在一定的波動(dòng)，IRR的計(jì)算過程如公式（5）所示。

（5）

式中：CI為資金流入現(xiàn)值總額；CO為資金流出現(xiàn)值總額；n為光伏電站投運(yùn)時(shí)間。

資金流出現(xiàn)值總額CO主要為建設(shè)投資、經(jīng)營(yíng)成本和所得稅，資金流入現(xiàn)值總額CI則主要為銷售收入和補(bǔ)貼收入，通過考慮這些因素，能夠更全面地反映項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益和盈利能力。

現(xiàn)假設(shè)光伏建造商平均報(bào)價(jià)為4元/W，年平均光伏運(yùn)維費(fèi)用為6萬元/MW，第t年資金流入現(xiàn)值總額CI和第t年的資金流出現(xiàn)值總額CO的計(jì)算過程如公式（6）、公式（7）所示。

（6）

CI=Ft " " " " " " " " " " " " " " " （7）

式中：α為光伏系統(tǒng)裝機(jī)容量；Ft為光伏系統(tǒng)第t年電費(fèi)。

將公式（6）和公式（7）代入IRR函數(shù)計(jì)算公式（5）中，并由此計(jì)算運(yùn)營(yíng)商內(nèi)部收益率IRR，如公式（8）所示。

（8）

式中：α為光伏系統(tǒng)裝機(jī)容量；n為光伏電站投運(yùn)時(shí)間；Ft為光伏系統(tǒng)第t年電費(fèi)。

3.2 案例分析

采用本文所提的方法對(duì)某業(yè)主進(jìn)行基于月消納比率波動(dòng)較大的分布式光伏EMC電價(jià)管理模式交易分析。該業(yè)主安裝的光伏系統(tǒng)裝機(jī)容量為10MW，光伏電站投運(yùn)時(shí)間為25a，采用光伏系統(tǒng)效率年均衰減為0.72%，首年發(fā)電利用小時(shí)為1100h。參考江蘇光照時(shí)間[6]和峰谷平時(shí)間段市電價(jià)格計(jì)算市電綜合電價(jià)為0.774元/kW·h，光伏上網(wǎng)電價(jià)為0.391元/kW·h。

由公式（1）可以得出光伏系統(tǒng)第t年發(fā)電量σt，如公式（9）所示。

σt=1100×10×（1-0.72%）t-1 " " " " " " " " （9）

式中：σt為第t年發(fā)電量，1≤t≤25。

將公式（9）代入公式（4）可知，光伏系統(tǒng)第t年電費(fèi)Ft，如公式（10）所示。

Ft=1100×（1-0.72%）t-1β' " " " " （10）

式中：β'為年度光伏平均綜合電價(jià)。

將公式（10）代入公式（8）中，可以得出運(yùn)營(yíng)商內(nèi)部收益率IRR與年度光伏平均綜合電價(jià)β'之間的關(guān)系，如公式（11）所示。

（11）

式中：β'為年度光伏平均綜合電價(jià)。

本文采用固定運(yùn)營(yíng)商內(nèi)部收益率IRR下限的方式，由公式（11）計(jì)算運(yùn)營(yíng)商提供給業(yè)主的年度光伏平均綜合電價(jià)β'，并由此確定電價(jià)折扣比例γ和業(yè)主每月光伏電量消納比率ε的關(guān)系。以稅前運(yùn)營(yíng)商內(nèi)部收益率IRR始終不低于8%為例，此時(shí)年度光伏平均綜合電價(jià)β'為0.452元/kW·h。根據(jù)市電綜合電價(jià)為0.774元/kW·h，光伏上網(wǎng)電價(jià)為0.391元/kW·h，由公式（2）可以得到運(yùn)營(yíng)商提供給業(yè)主的電價(jià)折扣比例γ和業(yè)主每月光伏電量消納比率ε的關(guān)系，如公式（12）所示。

0.452=0.774·γ·ε+0.391（1-ε） （12）

化簡(jiǎn)可以得到公式（13）。

（13）

式中：γ為運(yùn)營(yíng)商提供給業(yè)主的電價(jià)折扣比例；ε為業(yè)主每月光伏電量消納比率。

以不同月光伏電量消納比率為例，根據(jù)公式（13）計(jì)算電價(jià)折扣比例，運(yùn)營(yíng)商提供給業(yè)主的電價(jià)折扣比例γ和業(yè)主每月光伏電量消納比率ε的關(guān)系見表1。

由表1可知，當(dāng)月光伏電量消納比率越低時(shí)，運(yùn)營(yíng)商提供給業(yè)主的電價(jià)折扣比例越高，業(yè)主單位電價(jià)價(jià)格越高，此時(shí)投資方的稅前內(nèi)部收益率IRR固定為8%，光伏平均綜合電價(jià)固定為0.452元/kW·h。

因此，當(dāng)確定業(yè)主每年光伏電量消納比率ε時(shí)，可以確定唯一業(yè)主的電價(jià)折扣比例γ，本文根據(jù)業(yè)主每年光伏電量消納比率設(shè)定針對(duì)業(yè)主的不同電價(jià)折扣比例，由此保障運(yùn)營(yíng)商最低投資回報(bào)率。

3.3 基于月消納比率波動(dòng)較大的分布式光伏EMC電價(jià)管理模式收益分析

考慮業(yè)主月消納電量受生產(chǎn)需求、節(jié)假日等影響，每月消納電量不穩(wěn)定。對(duì)不同月消納能力下的電量進(jìn)行收益分析，將本文提出的基于月消納比率波動(dòng)較大的分布式光伏EMC電價(jià)管理模式電費(fèi)總額與傳統(tǒng)分布式光伏EMC電價(jià)管理模式電費(fèi)總額進(jìn)行比較，計(jì)算月消納電量比例為70%、80%以及90%情況下的收益差額，具體數(shù)據(jù)見表2。

由表2可知，當(dāng)業(yè)主月消納電量分別為70%、80%以及90%時(shí)，本文管理模式電費(fèi)與傳統(tǒng)管理模式電費(fèi)收益差額分別為2.01萬元、1.34萬元以及0.67萬元，可以得出，當(dāng)業(yè)主月消納電量越低時(shí)，本文管理模式電費(fèi)收益越大。由此可見，比傳統(tǒng)分布式光伏EMC電價(jià)管理模式相比，本文提出的基于月消納比率波動(dòng)較大的分布式光伏EMC電價(jià)管理模式的電費(fèi)收益大幅增加，保障了投資方的最低投資回報(bào)率，提高了投資方的光伏投資積極性，降低了光伏項(xiàng)目的投資風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)語

為了解決光伏投資過程中企業(yè)月用電結(jié)構(gòu)不確定、光伏發(fā)電月消納比率不穩(wěn)定的問題，本文提出了一種基于月消納比率波動(dòng)較大的分布式光伏EMC電價(jià)管理模式。根據(jù)業(yè)主月消納比率變化采取不同的電價(jià)優(yōu)惠折扣，與傳統(tǒng)電價(jià)管理模式相比，本文提出的電價(jià)管理模式既保障了投資方的最低投資回報(bào)率，同時(shí)也可以最大讓利于業(yè)主，降低了光伏項(xiàng)目的投資風(fēng)險(xiǎn)，提高了雙方的光伏合作積極性。

參考文獻(xiàn)

[1]貢曉旭，蘇新永，苗春雨，等.基于饋線分布的分布式光伏消納能力分析模型及方法[J].供用電，2022，39（7）：78-83.

[2]舒印彪，張智剛，郭劍波，等.新能源消納關(guān)鍵因素分析及解決措施研究[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2017，37（1）：1-9.

[3]趙云翔.分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)模式分析及經(jīng)濟(jì)分析研究[D].天津：天津大學(xué)，2017.

[4]葛鑫.分布式光伏發(fā)電建設(shè)運(yùn)營(yíng)模式研究[D].北京：華北電力大學(xué)，2015.

[5]王明睿，王明馨，任佳星.基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的沈陽地區(qū)分布式光伏實(shí)際發(fā)電效率研究[J].現(xiàn)代信息科技，2021，5（16）：49-54，58.

[6]徐金玲，張振，鄭雅楠.電價(jià)因素對(duì)江蘇工業(yè)負(fù)荷影響的研究[J].低碳世界，2015（35）：6-8.