澳大利亚是世界上人均屋顶太阳能用户最多的国家，目前在国家电力市场覆盖区域有超过31%的家庭用户使用分布式光伏供电，对于电力市场产生了深远影响。本文在归纳澳大利亚能源监管机构发布的资料和数据基础上，初步分析屋顶太阳能对电力市场影响，并从负电价这个侧面凸显了其影响的深远程度。
（来源：电联新媒 作者：刘东胜 乔锦润）
屋顶光伏发展迅猛
澳大利亚幅员辽阔、人口密度低，即使在大城市绝大多数居民住房都是独栋别墅，全国大部分地区风光资源都极其丰富，是世界上人均屋顶太阳能用户最多的国家。在州政府激励措施的支持下，自2015年以来，家庭和企业每年都继续安装大量屋顶太阳能容量（见图1中的左图）。从2022年初到2023年6月30日，澳大利亚电力市场区域中的家庭屋顶太阳能板容量增加了3.7吉瓦。这不仅是由于更多的用户安装大量屋顶太阳板，而且平均每户安装的容量也更大。
截至2023年6月30日，其屋顶光伏总容量超过18吉瓦，超过动力煤机组的装机容量16吉瓦，成为按发电容量计算最大的电源类型，占整个装机容量的23%。昆士兰州和新南威尔士州的屋顶光伏装机容量最多，但南澳大利亚州的人均屋顶光伏装机容量最高。2022年，电力市场区域中的屋顶太阳能发电量较2021年增长15%；自2018年以来，其发电量增长了一倍以上，占2022年总发电量的9%（见图1中的右图）。2023年2月11日下午1点，屋顶太阳能在半小时内创下了能够满足当时市场总需求38%的新纪录。
对系统运行影响深远
在澳大利亚，屋顶光伏发电不通过电力市场进行交易，用户安装太阳能板后的收益主要是通过直接使用太阳能电池板产生的电能而节省电费，特别是能够节省可观的电网费。当然，富余的发电可以被传送到电网中，供其他用户使用，但是其上网电价并不是很高。从2021年起，澳大利亚的屋顶光伏用户(直接或通过聚合商)能够作为发电主体直接参加电力市场的需求响应交易。虽然屋顶光伏发电不在电力现货市场进行交易，但其能够直接影响电力市场运行。
在电力现货市场出清前，澳大利亚电力市场运营机构会把屋顶光伏发电从负荷预测中扣除，其降低了的系统负荷才是电力市场对发电侧的需求。屋顶太阳能的快速普及不仅减少了系统发电量，也极大地改变了每日的电力需求曲线的形状。光伏发电使得历史上常发生在夜间的系统最低负荷，如今已经常见于白天午间，彻底反转了夏天中午通常会出现需求峰值的情况。如图2所示。随着近几年屋顶光伏发电量的不断增加，澳大利亚各州系统最低负荷呈持续下降趋势。
对电力价格的影响
屋顶光伏发电对系统负荷的影响会反映到电力市场价格上。鉴于驱动电力价格的因素很多，例如燃料价格，因此，笔者聚焦负电价来体现屋顶光伏发电对电力市场价格的影响。澳大利亚电力市场的地板价为-1000澳元/兆瓦时，约为-5元/千瓦时。
一般来说电厂在两种情况下会主动报负电价，一是火电机组为了维持其开机状态，二是可再生能源发电为了获得绿证收入。如果电力需求非常低，又存在多个火电机组竞争发电，那么市场以负价格出清的可能性就高。可再生能源发电的地理分布可以增强这种效果，因为某地区的发电条件往往会同时有利该地区所有场站。负价格通常发生在电力需求低且天气条件对可再生能源发电有利时。在历史上常发生在夜间，因为在全天负荷最低的夜间风电出力往往更好。
可最近几年，负电价在白天午间更为常见，在天气晴朗时屋顶光伏发电大幅度减少了中午时段电力需求，同时集中式光伏发电也接近其最大功率，屋顶太阳能和集中式光伏双重加持，极大加强了负电价形成力度。图3展示了电力市场区域电价在每个季度发生的折算小时数。澳大利亚电力市场的出清结算周期为5分钟，每次发生负电价均折算为1/12小时。2022~2023年是连续第四个财政年度，负价格数量创下了新纪录，与澳大利亚电力市场中可再生能源及屋顶太阳能容量的增加趋势一致。
近3/4的负电价发生在南澳州和维多利亚州，因为南澳州和维多利亚州风电和太阳能发电（包括集中式地面光伏电站和屋顶太阳能光伏）占总发电比例更高。当风能和太阳能大发时，出现负现货价格的情况最多。从图中可以看出负电价多集中发生在夏季（南半球夏天为12月、1月、2月、3月）。2022年至2023年超过60%的负价格发生在夏季。在2022年10月至12月期间，维多利亚州出现了电力市场有史以来的首次负的周均价（Negative Weekly Average Price）。
屋顶光伏发电与负电价的高度吻合极大地降低了其电力市场价值，例如澳大利亚能源市场委员会的统计数据显示南澳州和维多利亚州的售电公司所制定的屋顶光伏富余电量的上网电价还不到输配电价的1/10。用户安装屋顶太阳能板的最主要考虑还是节省其中包含过网费的电费。
对电力市场其他方面的影响
家用储能电池。用户越来越多地将屋顶太阳能系统的剩余能源存储在电池中，以便在需要时使用，从而减少高峰时段对电网电力的需求。家用电池系统可能在满足电网需求峰值方面发挥重要作用，具体取决于技术改进可以在多大程度上降低安装成本。
虚拟电厂。屋顶太阳能与小型储能电池安装相结合可以降低单个家庭的电费，但将这些技术聚集到数千个家庭可以提高电力系统的可靠性和安全性。通过将家用储能电池和电动汽车电池连接到能源共享的电网，其中存储的电力可用于在电力短缺时补充供应。在需求高峰期间，当电网供应紧张时，存储在消费者拥有的电池中的电力可以协调响应进行调度，满足过剩的需求并减轻电网供应的压力。通过弥补供应短缺期间的缺口，参与虚拟电厂的家庭有助于缓解高现货价格，防止潜在停电的风险，并根据其节省电费的贡献获得电费减免。
配电网运行。传统上，电网向消费者提供单向传输服务。然而，随着技术不断改变电力的生产和使用方式，电网的作用正在不断发展。许多小型发电机，如屋顶太阳能系统，现在都嵌入配电网中，导致电能沿着电网双向流动。屋顶太阳能系统的用户可以在需要时从配电网获取电力，并在其他时间出售其产生的剩余电能。使用屋顶太阳能系统产生的电能也越来越多地使用蓄电池系统进行存储。由于电池技术的多功能性和成本下降，预计未来几年屋顶光伏的装机容量将继续增长。
输配电价格改革。澳大利亚能源监管机构正在推动电网费用改革（Network tariff reform），以期鼓励更有效地利用电网，推迟电网扩建和投资的需要，并更公平地分摊电网成本。起初，改革的重点是需求高峰时期的信号成本（这在历史上推动了电网投资）。近来，电网费用改革涉及发送价格信号，以有效地将消费者能源资源(如屋顶太阳能、储能电池和电动汽车)整合到分布式电网中。
未来展望
澳大利亚得天独厚的自然条件促使了分布式屋顶光伏的迅猛发展。本文中所展示的AER数据截至2023年6月，最近的电力市场数据仍然显示正文所描述的屋顶光伏发展趋势。但是，随着政府对可再生能源鼓励政策的退坡、电力市场价格走低，未来屋顶光伏发展动力很可能来源于电力市场之外的因素，例如电动汽车的普及、家庭燃料电池的使用。
反过来，更大规模的屋顶光伏容量会进一步冲击电力市场，例如导致更多的负电价发生。在另一方面，澳大利亚在未来的10~15年期间将迎来大批火电机组退役，电力系统电源结构将会发生根本性改变，所剩存的火电机组寥寥无几，届时分布式屋顶光伏发电如何影响电力系统运行将会是一个更大的未知数。
对中国电力市场发展借鉴之处
在新型电力系统建设方面，包含屋顶光伏在内的可再生能源在澳大利亚发展迅猛，渗透比例高。澳大利亚积累的提高能源利用效率、电力系统的稳定性等方面经验对中国推动新型电力系统建设有着非常难得的借鉴参考价值。
在完善市场机制方面，目前中国电力市场正式运行与试点的大多数省份，市场地板价为零价，鲜有负电价者。从激励用电积极性，提高消纳新能源能力角度看，负电价的效果更好。参考澳大利亚的负电价市场机制，借鉴其市场运行成熟经验，优化电力市场规则，减少政府干预，完善市场化交易和价格形成机制，可以制定更加有利于新能源发展的政策和措施来推动电力市场改革。
本文系《中国电力企业管理》独家稿件，作者刘东胜系华南理工大学客座教授，乔锦润供职于中国长江三峡集团有限公司广东分公司。稿件原标题为《澳大利亚高普及屋顶光伏对电力市场影响分析》
