2.2 分布式光伏发电

分布式发电系统是在用电负荷侧安装的发电系统。分布式光伏在我国可以表现为如下三种类型：①在单位内网接入的光伏发电系统（从电网角度看，一个单位的内网，就是一个单位“负荷”），电压等级可以是低压电网（220V/380V），也可以是中压内网电网（10kV/35kV）；②在低压电网（220V/380V）用户用电电表负荷侧接入的光伏发电系统，属于“自发自用，余电上网”项目；③在用户用电电表低压公共配电网侧接入的光伏发电系统，属于“全额上网”项目。

分布式光伏不同于集中式光伏电站，它的调整、控制权在分布式发电系统本身。分布式光伏可以有“全额上网”、“全部自用”和“自发自用，余电上网”三种运行方式，以及“净电量计量”和“双向计量，双向结算” 2种收费方式，而集中式光伏电站只有全额上网，单向售电一种模式；分布式光伏在高渗透率情况下会发生“逆功率流”现象，还有主动和被动“孤岛”运行，而光伏电站没有；对于“自发自用”的光伏项目，为了保证收益，必须进行光伏发电的日分布曲线与负荷曲线匹配特性的评估，而光伏电站不必做这样的评估。总之，在分析分布式光伏的收益情况、渗透率和消纳问题时，要比分析集中式光伏电站更为复杂。

分析分布式光伏的消纳问题，必须弄清楚2件事：第一，进入平价时代后，分布式光伏的盈利点在哪里？是否具备规模化发展的商业基础？第二，在规模化发展具备条件的前提下，配电网能够接受多高的光伏渗透率？高比例分布式光伏是否会对配电网的安全稳定运行构成威胁？

2.2.1 分布式光伏市场潜力巨大

2.2.1.1分布式光伏具备商业竞争优势

根据能源局的文件，2021年开始，无论是集中式光伏电站还是分布式光伏都不再有政府补贴，进入平价市场。分布式光伏在平价时代是否能够持续扩大应用，取决于光伏发电的成本。对于以全额上网的分布式光伏，其成本必须要低于0.3元/kWh，才能有盈利空间，因为电网的收购电价大约0.3-0.4元/kWh；而对于“自发自用”光伏电量，成本只要低于0.5元就已经可以赢利了，因为自发自用电量的参考电价是电网的销售电价，而销售电价最低也要0.5元/kWh以上。也就是说，一旦光伏电价低于0.5元/kWh，则对于所有用电户，用光伏的电都比买电网的电便宜。我国的电网销售电价列表如下：

中国光伏行业协会的路线图显示，2021年分布式光伏在年利用小时数为1000时，成本0.39元/kWh，1200小时的成本为0.33元/kWh，说明，没有补贴情况下，分布式光伏在中国东部（三类资源区）具备商业竞争优势。在未来10年内，分布式光伏在三类资源区的电价还可以进一步下降到0.2元/kWh以下，这是完全有把握的预期。因此，“十四五”期间，分布式光伏的主要发展形式是“自发自用”项目，而5年之后，分布式光伏的全额上网项目也将迎来巨大的市场。总之，在2021年以后的平价时代，光伏发电在成本上很有竞争力，完全具备规模化发展的商业潜力。目前，美国、欧洲各国和日本最大的商业化光伏市场也都是“自发自用”（Self-Consumption）的分布式光伏。

3.2.1.2 净电量计量（Net Metering）

净电量计量是“自发自用，余电上网”分布式光伏的一种计量和结算方式，被美国、欧洲和日本普遍采用。在“净电量计量”方式下运行，所有的光伏电量（包括余电上网电量）的价值将等同于电网的销售电价（目前国内政策对于光伏余电上网电量，只以脱硫电价结算），这将大大提高的分布式光伏项目的收益。另外，“净电量计量”模式下，也不用考虑光伏发电是否与负荷匹配的问题。“净电量计量”模式对于电网企业也有好处，只需要一年查看一下用户电表，按照“净电量”结算即可，大大减轻了工作量，简单易行。但目前国内并不允许按照“净电量计量”方式运行。建议2021年开始（平价时代）对户用光伏项目实施净电量计量和结算。这样一方面大大减轻了电网企业的管理负担，另一方面则提高了户用光伏的收益，有利于进一步扩大户用光伏市场。

2.2.1.3日本的“净零能耗”建筑（net Zero Energy Building）

2016年曾经实地考察过日本的净零能耗建筑（光伏专委会组团），印象深刻。2014年4月日本政府根据能源政策法制定的《第四次能源基本计划》，明确了日本实现零能耗建筑的目标和方针，到2020年新建公共建筑和标准居住建筑实现净零能耗，到2030年所有新建建筑平均实现净零能耗。在这个计划的推动下，日本户用光伏快速发展，连续3年装机接近或超过10GW。

这些建筑是否达到了“净零能耗”我并不清楚，但所看到的建筑的确是达到了“净零电耗”甚至“负电耗”（净输出）， 即实现了电力供应的自给自足。日本的净零能耗建筑采用双向计量、双向结算方式，通过智能化管理（类似于德国的“智能家居”），做到用户收益最大化。净零能耗建筑基本可以做到零电费支付，甚至做到“负电费”，即全年算下来电量净输出，还可以赚钱。因为“净零能耗”建筑必须与建筑节能相结合，实施起来比较复杂，建议在国内先开展“净零电耗”建筑示范。

2.2.1.4 光伏微电网

光伏微电网属于典型的“自发自用，余电上网”的分布式光伏，是实现光伏高渗透率和电网友好的重要途径。光伏微电网由光伏组件、逆变装置、储能系统、负荷、监控和保护装置等汇集而成的小型发配电系统，与外电网只有一个交互电量的连接点，是一个能够实现自我控制和管理的自治系统。按照功能不同光伏微电网可以有如下几种：

自用型微电网：由单位或个人投资兴建，自建自用，光伏渗透率100%，可以联网运行，也可以主动式“孤岛”运行，双向计量，双向结算，联网运行时能够根据电网要求和实时电价与电网互动，自动控制从电网购电或向电网卖电，在为电网削峰填谷的同时，实现收益最大化。当电网发生故障时，微电网能够自动转为“孤岛运行”，可以做到“黑启动”和“无缝切换”。自用型光伏微电网的效益明显，是吸引投资，扩大光伏应用的主要形式。

服务型微电网：由配电网运营商投资建设，为一个区域内的多用户供电，由微电网运营商管理和经营，可以联网运行，也可以孤岛运行，双向计量，双向结算，实现收益最大化。孤岛运营时可以保证微网内全部用电户或主要用电户的供电，光伏渗透率50%-100%。服务型光伏微电网能够助力电力体制改革，打破传统垄断经营，是实现配电网经营权开放的最好抓手。

互动型微电网：由电网或配电网企业投资建设，主要目的不是自用电，而是与电网互动，满足电网要求，为电网提供辅助服务，是未来虚拟电网的重要组成。联网运行，光伏渗透率300%-500%，双向计量，双向结算，系统能够实现“恒功率输出”和“削峰填谷”，依靠光伏超低成本和响应实时电价，实现盈利。丹麦技术大学（DTU）的微电网和韩国电力公司（KEPCO）实施的智能电网（Smart Grid）项目均属此类

2.2.2 储能在分布式光伏市场的潜力

潜力巨大。一方面是因为分布式光伏的成本大大低于电网的零售电价，价差足以支持安装储能，这与德国和日本的情况类似。另一方面，安装储能之后，分布式光伏系统就具备了调节能力，在电力交易市场和实时电价系统建立起来之后，能够根据电价与电网互动，实现了分布式光伏项目的收益最大化。因此，储能在分布式光伏领域的潜在市场十分巨大。

2.2.3 高渗透率不会构成对配电网的威胁

2.2.3.1 不应设置分布式光伏的渗透率上限

同一供电平台到底能够安装多大比例的光伏，目前尚没有定论，可以肯定的是，高渗透率分布式光伏会带来“逆功率流”问题，此时供电平台的具体表现就是网压升高。针对这个问题，分布式光伏有多种方法抑制网压升高，如减功率运行，增加储能，接入备用负荷，以及无功补偿（逆变器有此功能，无须额外增添无功补偿设备）[15]等。对于分布式光伏并网的要求，已经有国家标准[16]（GB/T 29319-2012），该标准对于并网特性、电能质量以及调节能力都有明确的规定，且分布式光伏系统并网前都需要通过电网企业的检测。尽管电网企业并不对分布式光伏进行调度或控制，然而分布式光伏系统本身完全具备在电网出现异常情况下自行调整的能力。因此，没有必要为分布式光伏限定渗透率，电网企更不能以“消纳能力有限”为由拒绝分布式光伏项目的备案。

2.2.3.2 “鸭子曲线”及其消除办法

尽管每一个单独的分布式光伏系统都能通过自身调节来满足并网特性，使所接入的配电网安全、稳定运行。但如果在一个居民区内（工商业用户没有负荷晚高峰）安装了大量“自发自用”的光伏项目，当白天阳光充足时，从电网管理的角度看，表现为负荷大大下降，但在傍晚太阳落山后，所有光伏系统停止发电，电力需求却急剧上升。这种负荷曲线就像是一只鸭子，因此被称为“鸭子曲线”。这种现象对电网的保障供电能力造成巨大压力。

下图是美国加州近几年来“鸭子曲线”的演变，随着光伏装机容量的逐年迅速上升，鸭子曲线将越来越明显。

解决供电区域“鸭子曲线”问题是电网企业的职责范围，但电网企业又无法直接对分布式光伏进行调度控制。“鸭子曲线”问题的解决可以通过实时电价调整来实现。白天阳光充足时，交易电价很低，分布式光伏的储能系统处于充电状态；当傍晚负荷高峰时，交易电价很高，分布式光伏的储能系统则处于放电状态，实现了错峰运行，消除了“鸭子曲线”，分布式光伏也实现了收益最大化，两全其美。由此还得出一个结论，就是随着分布式光伏的规模化发展，分布式储能市场也会随之兴起。

2.2.4 存在问题

1)分布式光伏具备商业化竞争优势，但国家尚未对分布式光伏项目的建设规模全面放开；

2)自发自用的分布式光伏直接影响到电网企业的效益和业绩，自发自用多了，电网卖电自然就少了，而且分布式光伏项目分散、规模小，且发电商多而杂，电网企业管理负担加重，又没有任何补偿，因此电网企业对于分布式光伏项目的开展没有任何积极性，2019年更是出现了以“消纳能力有限”而不予立项的情况发生；

3)中国还不允许采用分布式光伏项目采用“净电量计量”模式运行，中国也还没有像日本“净零能耗建筑”和德国“智能家居”那样类似的政府计划；

4)电力体制改革进展缓慢，配电网经营权尚未开放，电力交易市场和实时电价体系尚未建立，不利于光伏微电网项目的开展，也不利于分布式储能市场的启动。

2.2.5 小结

分布式光伏进入平价时代后，具有商业化竞争优势，市场潜力巨大。分布式光伏自身具备的调解能力完全可以保障高渗透率情况下配电网的安全稳定运行，不存在消纳受限的问题。高比例分布式光伏的发展和分布式储能市场的启动有赖于电力交易市场和实时电价体系的建立。