報(bào)告執(zhí)行摘要
在Greentech Media 12月份發(fā)布的最新清潔技術(shù)2014年度時(shí)髦用語清單上，“脫離大電網(wǎng)” 一詞被列入其中。我們機(jī)構(gòu)于2014年2月份發(fā)表的《脫離大電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益》報(bào)告就是這一名詞來源的核心文章。我們發(fā)現(xiàn)，在未來的幾年或幾十年里，而且肯定是在傳統(tǒng)發(fā)電領(lǐng)域新的投資項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)壽命期內(nèi)，大量的居民用戶和商業(yè)用戶會(huì)發(fā)現(xiàn)脫離他們所依賴的電力公司和電網(wǎng)，使用太陽能發(fā)電+電池儲(chǔ)能系統(tǒng)為自己供電具有經(jīng)濟(jì)效益。這一分析結(jié)果預(yù)示著未來用戶將面臨兩種選擇：一種為可以采用脫離大電網(wǎng)的、具有成本效益的自發(fā)電模式；一種為可以選擇用電完全來自電網(wǎng)的傳統(tǒng)模式。
盡管新型的用戶模式具有重大的意義，但實(shí)際選擇脫離大電網(wǎng)的用戶數(shù)量可能會(huì)很少。更有可能發(fā)生的情景是用戶投資建立太陽能發(fā)電+電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，但仍與電網(wǎng)保持聯(lián)通。由于此系統(tǒng)仍將獲得電網(wǎng)設(shè)施的支持，因而可以更好地優(yōu)化規(guī)模，使該系統(tǒng)的規(guī)模更小，價(jià)格更低，會(huì)更早地給更多的用戶帶來經(jīng)濟(jì)效益，而且會(huì)被更快地采用。本報(bào)告關(guān)注的更為具體的問題是，隨著時(shí)間推移，系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)效益會(huì)如何發(fā)展，以及系統(tǒng)用戶、負(fù)荷以及收入的大小。
具體分析
在這份研究報(bào)告中，我們尤其想回答如下兩個(gè)核心問題：
1. 最低成本的經(jīng)濟(jì)效益：當(dāng)聯(lián)網(wǎng)的用戶有權(quán)在a) 完全依賴電網(wǎng)；b) 完全依賴太陽能發(fā)電+電池儲(chǔ)能系統(tǒng)；和c) 部分用電來自電網(wǎng)，部分來自太陽能發(fā)電和電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，這三種模式中做出選擇，在為用戶帶來最低成本的經(jīng)濟(jì)效益的前提下，這一配置將隨著時(shí)間推移有哪些變化？隨著時(shí)間推移，為了滿足用戶的負(fù)荷需求，電網(wǎng)和自供電力的相對(duì)比重應(yīng)當(dāng)發(fā)生怎樣的變化？
2. 影響：對(duì)電力公司、第三方太陽能發(fā)電設(shè)施和電池供應(yīng)商、融資方/投資方、用戶以及其它電力系統(tǒng)利益相關(guān)方有哪些影響？另外，聯(lián)網(wǎng)的太陽能發(fā)電+電池儲(chǔ)能系統(tǒng)還會(huì)帶來哪些機(jī)會(huì)？我們?cè)谀艽聿煌娏r(jià)格水平和太陽能資源強(qiáng)度的五個(gè)城市里，對(duì)中等消費(fèi)水平的商業(yè)和居民用戶直至2050年的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了分析。我們對(duì)僅有電網(wǎng)、電網(wǎng)+太陽能發(fā)電、電網(wǎng)+太陽能發(fā)電+電池儲(chǔ)能系統(tǒng)三種配置情景做了模型分析并預(yù)測(cè)，確定隨著時(shí)間推移最具成本效益的選項(xiàng)（基于等效能源的系統(tǒng)平準(zhǔn)化度電成本）。我們也研究了在最優(yōu)成本效益的選項(xiàng)下，電網(wǎng)供電和自供電模式占比將會(huì)有怎樣的變化。對(duì)于太陽能發(fā)電設(shè)施及太陽能發(fā)電+電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的配置，我們的模型分析是以自我消費(fèi)為主，無電量輸出補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)（即在電表后端進(jìn)行優(yōu)化）。盡管在多數(shù)地區(qū)已有通過電費(fèi)積分或直接支付（例如，凈電量計(jì)量、上網(wǎng)電價(jià)補(bǔ)貼、可避免的燃料成本補(bǔ)償?shù)刃问剑?duì)電量輸出進(jìn)行補(bǔ)償，而且會(huì)提高本文所述的經(jīng)濟(jì)效益，然而為了理解在最極端情況下的經(jīng)濟(jì)影響，我們對(duì)輸出電量做了保守假設(shè)，即沒有電費(fèi)積分或直接補(bǔ)償。
分析結(jié)果
我們的分析有幾項(xiàng)重大發(fā)現(xiàn)：太陽能發(fā)電+電池儲(chǔ)能系統(tǒng)能快速地實(shí)現(xiàn)成本效益。從用戶的角度看，經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)的系統(tǒng)配置將隨著時(shí)間推移而產(chǎn)生變化，短期來看是僅依賴電網(wǎng)的模式，逐漸會(huì)發(fā)展成為電網(wǎng)+太陽能發(fā)電的模式，長期來看最優(yōu)的系統(tǒng)將是電網(wǎng)+太陽能發(fā)電+電池儲(chǔ)能系統(tǒng)模式。與我們?cè)凇睹撾x大電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益》報(bào)告中利用模型分析的無電網(wǎng)太陽能發(fā)電+電池儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性平價(jià)的日期相比，本報(bào)告中的聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的時(shí)間會(huì)提前很多，而且電力公司將在其主要資產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)年限及成本回收期之內(nèi)，損失大量用電負(fù)荷。僅依賴太陽能發(fā)電設(shè)施的系統(tǒng)容量較小，今天已經(jīng)在我們分析的五個(gè)地區(qū)中的三個(gè)地區(qū)實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益，十年之內(nèi)會(huì)在所有地區(qū)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益。新用戶將發(fā)現(xiàn)，太陽能發(fā)電+電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的配置在未來10至15年內(nèi)會(huì)在上述五個(gè)地區(qū)中的三個(gè)地區(qū)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益。
太陽能光伏發(fā)電設(shè)施替代電網(wǎng)為用戶供應(yīng)大部分電力
隨著時(shí)間推移，電網(wǎng)、太陽能發(fā)電及太陽能發(fā)電+電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的供電相對(duì)比重會(huì)有所變化。最初，用戶的電力需求中絕大多數(shù)由電網(wǎng)提供。但隨著時(shí)間的推移，隨著電網(wǎng)的零售電力價(jià)格上漲，太陽能發(fā)電和電池的成本下降，用戶理智地減少他們從電網(wǎng)購買的電量，直至電網(wǎng)成為備用選擇。與此同時(shí)，太陽能發(fā)電+電池儲(chǔ)能系統(tǒng)最終為用戶提供絕大部分電力。例如，在紐約州韋斯切斯特，我們的分析結(jié)果表明，電網(wǎng)對(duì)商業(yè)用戶的貢獻(xiàn)率將從今天的100%降至2030年左右的25%，并在2050年降至低于5%。反過來，太陽能光伏發(fā)電設(shè)施的貢獻(xiàn)則顯著增長，以彌補(bǔ)供電缺口。
在現(xiàn)有的費(fèi)率結(jié)構(gòu)和商業(yè)模式下，可能發(fā)生的大規(guī)模負(fù)荷脫網(wǎng)將影響電網(wǎng)投資的收入
2010年至2030年間，電網(wǎng)將需要金額高達(dá)2萬億美元的投資，或者說每年投資金額達(dá)1000億美元 。 目前，這些投資將通過銷售電量獲得的收入收回。如果支持該投資的銷售電量收入中的一小部分流失掉的話，系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益都會(huì)受到很大的影響 。值得注意的是，我們的分析顯示，聯(lián)網(wǎng)的太陽能發(fā)電+電池儲(chǔ)能系統(tǒng)將給大量用戶帶來經(jīng)濟(jì)效益，而且這一系統(tǒng)將會(huì)向越來越多的用戶供應(yīng)電力。假設(shè)用戶根據(jù)最佳經(jīng)濟(jì)性而選擇電力供應(yīng)方式，則可能發(fā)生大規(guī)模的用戶負(fù)荷脫網(wǎng)。例如，在美國東北部，到15年之后的2030年，對(duì)電量銷售的最大侵蝕可能是：
凈電能計(jì)量（NEM）這項(xiàng)政策頗受爭議，但也在市場上普遍實(shí)施。這一政策在美國成功地推動(dòng)了分布式太陽能光伏發(fā)電的發(fā)展。有些人認(rèn)為它加快了電網(wǎng)的負(fù)荷流失（太陽能發(fā)電凈計(jì)量用戶快速而有效地將電網(wǎng)的凈電量購買量降為零），而且他們認(rèn)為取消凈計(jì)量能保留電網(wǎng)負(fù)荷。根據(jù)分析結(jié)果，我們認(rèn)為取消凈電能計(jì)量僅能延緩負(fù)荷流失的速度，但仍無法避免最終大量流失的結(jié)果。即使沒有凈電能計(jì)量，聯(lián)網(wǎng)的太陽能發(fā)電+電池儲(chǔ)能“解決”問題。與我們的“有”和“沒有”凈電能計(jì)量的情景類似，居民用戶固定收費(fèi)可能會(huì)改變（例如，延緩）聯(lián)網(wǎng)的太陽能發(fā)電設(shè)施和太陽能發(fā)電+電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益，但是不會(huì)改變最終負(fù)荷脫網(wǎng)的結(jié)果。相反，用戶可能會(huì)等待至經(jīng)濟(jì)效益和其它因素達(dá)到一定臨界點(diǎn)，然后直接從依賴電網(wǎng)“躍升”至脫離電網(wǎng)的太陽能發(fā)電+電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，從而獲得經(jīng)濟(jì)效益的電力服務(wù)。
用戶通過投資聯(lián)網(wǎng)的太陽能發(fā)電設(shè)施和太陽能發(fā)電+電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，可以獲得最低成本的電力服務(wù)，從而有效地控制用電成本。無論今后零售電力價(jià)格多高，聯(lián)網(wǎng)的太陽能發(fā)電設(shè)施和太陽能發(fā)電+電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的平準(zhǔn)化成本都將保持穩(wěn)定，從而使得用戶的電費(fèi)保持在或低于“尖峰電價(jià)”水平，在有些情況下，將大幅節(jié)省他們每個(gè)月的電費(fèi)。在我們分析的幾個(gè)地區(qū)里，無論今后電網(wǎng)提供的零售電力價(jià)格有多高，商業(yè)用戶的尖峰電價(jià)將穩(wěn)定在每千瓦時(shí)0.10至0.30美元，居民用戶穩(wěn)定在0.20至0.35美元。例如，根據(jù)預(yù)測(cè)，紐約州韋斯切斯特縣中等消費(fèi)水平的居民用戶2030年使用大電網(wǎng)的平均月度電費(fèi)將達(dá)357美元，而通過安裝太陽能發(fā)電+電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，月度尖峰電費(fèi)則為268美元。 （由于輸電、配電維護(hù)和集中式發(fā)電而產(chǎn)生的電網(wǎng)成本，以及無法或未投資太陽能發(fā)電+電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的電網(wǎng)用戶所承擔(dān)的成本，都是重要的相關(guān)問題，但不在本報(bào)告的分析范圍內(nèi)。）
影響
盡管我們的分析結(jié)果表明，聯(lián)網(wǎng)的太陽能發(fā)電+電池儲(chǔ)能系統(tǒng)給電力公司的銷售電量帶來很大損失，然而這些用戶仍然給電力公司提供了一些機(jī)會(huì)。與我們?cè)凇睹撾x大電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益》報(bào)告中分析的完全脫離電網(wǎng)的系統(tǒng)不同的是，本分析中的用戶仍然保持與電網(wǎng)聯(lián)通，這一情景的假設(shè)前提是固定收費(fèi)和其它零售電力價(jià)格費(fèi)率結(jié)構(gòu)的變化還沒有過于繁瑣。這意味著，盡管聯(lián)網(wǎng)的太陽能發(fā)電+電池儲(chǔ)能系統(tǒng)可能導(dǎo)致大量負(fù)荷流失，但該系統(tǒng)仍然可能會(huì)向電網(wǎng)提供諸多益處、服務(wù)和價(jià)值，尤其如果這類價(jià)值流因新的費(fèi)率結(jié)構(gòu)、商業(yè)模式以及監(jiān)管框架而能夠貨幣化，將更能體現(xiàn)這一系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)的益處。
這對(duì)不同電力系統(tǒng)市場參與者和其它利益相關(guān)方的影響將是巨大的，以下幾點(diǎn)需要注意：
對(duì)投資太陽能發(fā)電+電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的用戶而言，有選擇權(quán)是件好事。我們的分析結(jié)果表明，投資智能太陽能發(fā)電+電池儲(chǔ)能系統(tǒng)可以有助于用戶保持在穩(wěn)定的尖峰電價(jià)水平，從而不會(huì)因?yàn)殡娋W(wǎng)供應(yīng)的電力價(jià)格上漲而受影響。與此同時(shí)，傳統(tǒng)的電網(wǎng)用戶和完全脫離電網(wǎng)的用戶分別會(huì)由于零售電價(jià)上漲和獨(dú)立太陽能發(fā)電+電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的高成本而面臨更高的電價(jià)水平 。
對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)營方（例如僅有配電線的電力公司）而言，分布式太陽能發(fā)電設(shè)施和電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的出現(xiàn)是個(gè)利好消息：擁有太陽能發(fā)電+電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的用戶能夠向配電網(wǎng)提供諸多價(jià)值，包括延緩配電系統(tǒng)升級(jí)、緩解配電系統(tǒng)堵塞，以及提供輔助服務(wù)。然而想要從這些機(jī)會(huì)中獲利，需要引入新的定價(jià)、監(jiān)管和商業(yè)模式，并發(fā)展成熟。
對(duì)集中式發(fā)電和輸電設(shè)備的業(yè)主和運(yùn)營方（如獨(dú)立電力生產(chǎn)商和商業(yè)電廠）而言，我們的分析結(jié)果可能是壞消息。根據(jù)我們的預(yù)測(cè)，太陽能發(fā)電+電池儲(chǔ)能系統(tǒng)將加快集中式發(fā)電電量銷售的衰減，降低電力市場用電高峰時(shí)期的電價(jià)峰值，而且還會(huì)侵蝕輔助服務(wù)市場，這些因素的直接影響可能是擱淺資產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。仍處于經(jīng)濟(jì)壽命和成本回收期內(nèi)的現(xiàn)存資產(chǎn)所能服務(wù)的負(fù)荷將越來越小，這將要求電價(jià)上漲到能夠收回成本和提供回報(bào)的程度。與此同時(shí)，處于規(guī)劃中的資產(chǎn)將沒有足夠的未來電量需求與預(yù)計(jì)的裝機(jī)量及發(fā)電量相匹配 。
對(duì)垂直一體化的電力公司而言，這些系統(tǒng)將改變其現(xiàn)有的商業(yè)模式，所以必須做出相應(yīng)調(diào)整以便從太陽能發(fā)電設(shè)施和電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的擴(kuò)張中獲利。售電收入和銷售電量成正比的配電公司（例如還未進(jìn)行輸配電價(jià)改革的公司）將可能面臨類似挑戰(zhàn)。
電力系統(tǒng)正處于發(fā)展道路上的一個(gè)交叉路口。一條路徑是有利于無電量輸出的太陽能發(fā)電設(shè)施以及太陽能發(fā)電+電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的定價(jià)結(jié)構(gòu)、商業(yè)模式和監(jiān)管環(huán)境。當(dāng)經(jīng)濟(jì)條件和其它條件達(dá)到臨界點(diǎn)時(shí)，這一軌跡的結(jié)果將會(huì)是大量用戶脫離大電網(wǎng)。與此同時(shí)，隨著擱置電網(wǎng)資產(chǎn)服務(wù)的負(fù)荷將越來越少，電網(wǎng)供應(yīng)電價(jià)將面臨螺旋式上升，這會(huì)使得太陽能+儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)用戶更具吸引力，從而導(dǎo)致剩余的聯(lián)網(wǎng)用戶的電價(jià)水平不可避免的進(jìn)一步升高，形成惡性循環(huán)。這些聯(lián)網(wǎng)用戶包括低收入和固定收入的用戶，他們將承擔(dān)因零售電力定價(jià)上漲而帶來的比例失調(diào)的負(fù)擔(dān)。在這一情景下，電網(wǎng)和用戶側(cè)資源都面臨過度建造但利用程度過低的問題，使得電表兩端的資金過剩。另一條路徑則會(huì)建立相應(yīng)的定價(jià)結(jié)構(gòu)、商業(yè)模式和監(jiān)管環(huán)境，使得太陽能發(fā)電設(shè)施和電池儲(chǔ)能系統(tǒng)等分布式能源，（及其內(nèi)在收益和成本）都被恰當(dāng)?shù)匾暈檎虾蟮碾娋W(wǎng)的有機(jī)組成部分。太陽能發(fā)電設(shè)施和電池儲(chǔ)能系統(tǒng)能潛在地降低整個(gè)系統(tǒng)的成本，同時(shí)對(duì)未來建立可靠的、彈性的、支付得起的低碳電網(wǎng)做出貢獻(xiàn)，在這個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)里，用戶有權(quán)選擇。在這一情景下，電網(wǎng)和用戶側(cè)資源作為整合的電網(wǎng)的有機(jī)組成部分相輔相成，資金和實(shí)體資產(chǎn)的運(yùn)用效率更高。
這兩條路徑并非一成不變，其邊界之內(nèi)有調(diào)整的空間。但是我們今天的決策，就將引領(lǐng)我們進(jìn)入某一個(gè)軌道，隨后再想做大方向的改變將會(huì)面臨更多困難。這樣的決定影響將會(huì)十分深遠(yuǎn)，但留給我們做決定的時(shí)間已并不多，且有些地區(qū)比其它地區(qū)時(shí)間更加緊迫。
政策窗口時(shí)間框架的三個(gè)市場階段：
階段一：實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)
在第一階段，電網(wǎng)向用戶提供電力服務(wù)的最低價(jià)選項(xiàng)。太陽能發(fā)電+電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的成本相對(duì)較高， 因此先期用戶和技術(shù)提供方將會(huì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，主要旨在獲取系統(tǒng)的附加價(jià)值（如可靠性）。這個(gè)階段使得電力公司和監(jiān)管方有時(shí)間去考慮如何最佳地捕捉到聯(lián)網(wǎng)太陽能發(fā)電+電池儲(chǔ)能系統(tǒng)提供的機(jī)會(huì)。
第二階段：整合的機(jī)會(huì)
在第二階段，與電網(wǎng)供電相比，太陽能發(fā)電+電池儲(chǔ)能系統(tǒng)更具經(jīng)濟(jì)效益。用戶采用的容量越大，則經(jīng)濟(jì)效益越高，對(duì)系統(tǒng)來說，這是創(chuàng)造并在個(gè)體用戶與電網(wǎng)之間分享價(jià)值的理想時(shí)間。
第三階段：協(xié)調(diào)的機(jī)會(huì)
在第三階段，零售電力定價(jià)大幅上升，而太陽能發(fā)電+電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的費(fèi)用大幅下降，后者可以時(shí)間經(jīng)濟(jì)有效地為用戶的所有需求負(fù)荷提供服務(wù)，因此脫離大電網(wǎng)開始成為可行的選擇。這些經(jīng)濟(jì)效益現(xiàn)狀將促使電力公司和監(jiān)管方加快適應(yīng)這一新的市場環(huán)境。電力行業(yè)需在下列三個(gè)方面盡快行動(dòng)：
優(yōu)化定價(jià)和費(fèi)率結(jié)構(gòu)：今天的費(fèi)率結(jié)構(gòu)對(duì)于二十一世紀(jì)的電網(wǎng)需求來說過于簡單。廣義上講，定價(jià)需要沿著以下三條關(guān)鍵路徑發(fā)展：
1.分地點(diǎn)， 允許在電網(wǎng)擁堵時(shí)將電價(jià)提高一些，或?qū)@一時(shí)期不用電的用戶給予一些獎(jiǎng)勵(lì)。
2.分時(shí)間， 允許分時(shí)電價(jià)和實(shí)時(shí)定價(jià)的政策持續(xù)發(fā)展
3.依據(jù)屬性劃分，將電量、容量、輔助服務(wù)和其它服務(wù)組成部分分開
新的商業(yè)模式：目前的商業(yè)模式需要從舊的集中式發(fā)電和單向電網(wǎng)利用（即從發(fā)電機(jī)組至用戶的單向電子流動(dòng)）的模式發(fā)展成新興的更具經(jīng)濟(jì)效益的分布式能源資源模式，如太陽能發(fā)電設(shè)施和電池儲(chǔ)能系統(tǒng)（即聯(lián)網(wǎng)的用戶，加上電表后端的分布式能源資源，以及一條電表計(jì)量的電子、服務(wù)及價(jià)值的雙向流動(dòng)）?？紤]太陽能發(fā)電設(shè)施和電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，以及范圍更廣的分布式能源資源技術(shù)在近期和當(dāng)前帶來的機(jī)會(huì)，創(chuàng)建一個(gè)可持續(xù)的、長期的分布式能源資源市場，需要協(xié)調(diào)電力公司、分布式能源資源公司、技術(shù)提供方和用戶之間的利益。而協(xié)調(diào)各方利益就要求電表兩端方認(rèn)可并分享分布式能源資源的價(jià)值。
新的監(jiān)管模式：監(jiān)管改革將對(duì)電力系統(tǒng)有效地吸納新的用戶端技術(shù)，如太陽能發(fā)電設(shè)施+電池儲(chǔ)能系統(tǒng)作為資源融入電網(wǎng)至關(guān)重要。為了有效地引導(dǎo)太陽能發(fā)電+電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用以及廣泛意義上采用分布式能源資源，改革需要保證以下三項(xiàng)關(guān)鍵成果：1）保持和提高用戶公平、平等地利用分布式能源資源；2）認(rèn)可、量化以及恰當(dāng)?shù)厥狗植际侥茉促Y源，如太陽能發(fā)電設(shè)施和電池儲(chǔ)能系統(tǒng)創(chuàng)造的利益和產(chǎn)生的費(fèi)用貨幣化；3）堅(jiān)持公平地對(duì)待所有用戶，包括那些未投資分布式能源資源，仍然依賴傳統(tǒng)電網(wǎng)的用戶。
