小题大做：来自家庭的过渡性压力

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英文标题：
《Molehills into mountains: Transitional pressures from household
  PV-battery adoption under flat retail and feed-in tariffs》
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作者：
Kelvin Say, Michele John
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最新提交年份：
2020
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分类信息：

一级分类：Economics        经济学
二级分类：General Economics        一般经济学
分类描述：General methodological, applied, and empirical contributions to economics.
对经济学的一般方法、应用和经验贡献。
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一级分类：Quantitative Finance        数量金融学
二级分类：Economics        经济学
分类描述：q-fin.EC is an alias for econ.GN. Economics, including micro and macro economics, international economics, theory of the firm, labor economics, and other economic topics outside finance
q-fin.ec是econ.gn的别名。经济学，包括微观和宏观经济学、国际经济学、企业理论、劳动经济学和其他金融以外的经济专题
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英文摘要：
  With Australia\'s significant capacity of household PV, decreasing battery costs may lead to widespread use of household PV-battery systems. As the adoption of these systems are heavily influenced by retail tariffs, this paper analyses the effects of flat retail tariffs with households free to invest in PV battery systems. Using Perth, Australia for context, an open-source model is used to simulate household PV battery investments over a 20-year period. We find that flat usage and feed-in tariffs lead to distinct residual demand patterns as households\' transition from PV-only to PV-battery systems. Analysing these patterns qualitatively from the bottom-up, we identify tipping point transitions that may challenge future electricity system management, market participation and energy policy. The continued use of flat tariffs incentivises PV-battery households to maximise self-consumption, which reduces annual grid-imports, increases annual grid-exports, and shifts residual demand towards winter. Diurnal and seasonal demand patterns continue to change as PV-battery households eventually become net-generators. Unmanaged, these bottom-up changes may complicate energy decarbonisation efforts within centralised electricity markets and suggests that policymakers should prepare for PV-battery households to play a more active role in the energy system.
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PDF下载：
--> Molehills_into_mountains:_Transitional_pressures_from_household_PV-battery_adopt.pdf (4.65 MB)

2022-4-24 18:26:07 上传

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关键词：小题大做 Quantitative Contribution transitional Electricity

摩洛哥山：过渡家庭压力下的家庭PVB采用扁平零售和饲料在塔里夫斯凯尔文萨亚，B*，米歇尔约翰鲍威尔过渡中心，墨尔本大学，格拉顿街，帕克维尔3010，澳大利亚可持续工程集团，科廷大学，肯特街，宾利6102，澳大利亚*对应作者：欧凯文。say@unimelb.edu.au（比如）亮点  统一的零售电价和配合会影响光伏电池投资，重塑电网利用率  年度电网进口大幅减少，电网出口继续增加  剩余的家庭需求越来越占主导地位  剩余的家庭需求推动了清晨日间峰值需求的出现  随着光伏电池家庭的出口量开始超过消费量，零售商的角色发生了变化。鉴于澳大利亚家庭光伏的巨大容量，降低电池成本可能导致家庭光伏电池系统的广泛使用。由于这些系统的采用受到零售电价的严重影响，本文分析了零售电价不变对家庭自由投资光伏电池系统的影响。以澳大利亚珀斯为背景，使用开源模型来模拟20年内的家用光伏电池投资。我们发现，随着家庭从纯光伏系统过渡到光伏电池系统，固定的使用量和上网电价会导致不同的剩余需求模式。从自下而上定性分析这些模式，我们确定了可能挑战未来电力系统管理、市场参与和能源政策的转折点转变。持续使用统一关税激励光伏电池家庭最大限度地实现自我消费，从而减少年度电网进口，增加年度电网出口，并将剩余需求转移到冬季。

随着光伏电池家庭最终成为净发电商，日需求和季节需求模式将继续发生变化。如果不加以管理，这些自下而上的变化可能会使中央电力市场内的能源脱碳工作复杂化，并建议政策制定者应为光伏电池家庭在能源系统中发挥更积极的作用做好准备。关键词：  光电  电池储能  分布式能源  Prosumage  开源建模  能源系统转换1。正如《巴黎协定》所规定的那样，电力部门的脱碳对于减轻全球变暖的影响是必要的。公用事业规模可再生能源技术的增长和整合，改变了传统上不受电力部门管理和规划约束的经济和运营动态。光伏技术成本的降低也使家庭受益，因为降低了客户自行发电的成本壁垒，并减少了未来的电费。在过去的十年中，澳大利亚家庭光伏发电的迅速和广泛崛起（澳大利亚光伏研究所，APVI，2019a，2019b）显著影响了整个系统运行和批发电力市场动态（澳大利亚能源市场运营商，AEMO，2019b）。随着锂离子电池储能成本的降低（Schmidt等人，2017年），公用事业规模的电力行业（国际可再生能源机构，IRENA，2019年）的使用量增加，家庭规模的采用率也提高（Grahamet al.，2019年；Porteous et al.2018年；SunWiz，2020年）。

由于广泛采用家用光伏电池有可能进一步侵蚀集中供电市场（Agnew和Dargusch，2015），因此有必要更好地了解这些变化对电力行业的影响程度。本文的目的是评估维持统一的零售使用费和上网电价（FiTs）如何影响家庭对光伏和电池系统的投资，如何影响剩余需求，以及如何影响传统自由化电力市场的互联层，包括配电网、市场调度和电力零售。通过识别家用光伏电池采用的转换模式及其对powersector的定性影响，系统经理和决策者可以更好地理解（并为）他们的广泛选择做好准备。在本文中，我们分析了韦斯特瑙斯特拉利州珀斯岛电力系统和能源市场自由化背景下家庭电网总利用率的变化，并评估了家庭光伏电池应用增长带来的电力行业挑战和机遇。累计家庭光伏发电能力（2019年底为1 GWPat）大大超过了公用事业光伏发电能力和风能发电能力（分别为10兆瓦和478兆瓦）（澳大利亚能源市场组织，2019d）。在峰值需求为4GW的系统中，家庭有巨大的能力影响该系统内的运营层和市场层。我们使用了一个开源的PVbattery投资模型（Say等人，2019年），该模型适用于261个真实家庭的潜在需求和解决方案。总电网利用率变化（以半小时分辨率）用于在一系列比例拟合（以零售使用费的固定百分比进行估值）中建立一种昼夜和季节转换模式。

这项研究的重点是零售条件一成不变、零售关税保持不变并不断提高、光伏和电池系统成本降低以及5 kWPFiT资格限制的家庭部门。由于统一关税不重视消费和出口的时机，电网充电和电池的电网放电未进行评估。为了反映一切照旧，在20年的时间里模拟了家庭部门的零售市场状况，以分析由于持续使用统一零售电价而出现的电力部门紧张局势。这一分析也可能更广泛地适用于其他零售电价持平、家用光伏电池部署不断增加的地区。开放源代码模型的提供也为后续研究提供了透明性和可复制性，从而为文献做出了贡献。总之，本文回顾了家用光伏电池的采用可能对西澳大利亚电力市场产生的关键影响。扁平零售塔里夫森家庭光伏电池投资的影响，以及在朝着清晨日间峰值需求和向冬季主导剩余需求的转变方面迫使发电商转型。这种转变导致西澳大利亚能源市场发生了许多重大变化。首先，光伏电池家庭成为净发电机。第二，公用事业规模发电的日定时和爬坡变化。第三，公用事业提供商利用光伏电池房未充分利用的灵活性的潜力。

然而，这种转变也导致当前电网运营商达到了某些临界点，导致零售商收入下降，从而增加了家庭用户通过更大的能源市场参与度提供灵活发电和负荷的机会。本文的结构如下：第二部分是背景和文献综述。第3节描述了建模和分析方法。第4节将建模结果划分为不同的电网运行阶段，并确定整体过渡行为。第5节讨论了从总住房水平到更广泛的电力行业效应的过渡模式，以及局限性和前景。第6节总结了主要发现和政策含义。2.背景和文献综述2。1.澳大利亚家庭光伏发电量的增长在过去十年中，西澳大利亚州西南互联系统（SWIS）的27%独立家庭（澳大利亚光伏研究所，APVI，2019a）的电表后安装了超过1 GWPof的累计光伏发电容量，在用电方式上发生了根本性变化。累计而言，家庭光伏（或屋顶光伏）容量已成为网络上最大的发电商，超过了商业和工业客户现场光伏容量（APVI，2019b），并记录提供了超过45%的SWIS瞬时网络需求（AEMO，2019b）。在未来十年（2019年至2028年），屋顶光伏发电量预计将增加一倍以上，分别从1657 GWh增加到3432 GWh（澳大利亚能源管理局，2019d）。

目前，屋顶光伏仅占SWI总能源需求的不到10%，但新的最低网络需求记录正在被超过，因此系统稳定性已成为一个越来越令人担忧的问题（AEMO，2019a），并且正在考虑可以远程减少家庭发电的机制（AEMO，2020b）或鼓励使用表前储能系统（Mercer，2019a）。作为一个中小型岛屿电力系统，SWIS缺乏输送过剩发电量的能力，这使得它与大型互联电力系统相比，对电网利用率的变化更加敏感。这就需要更好地了解未来使用光伏电池系统的客户可能会如何与电网互动，同时为将来可能遇到的更大系统提供背景。屋顶光伏的高渗透性并非西澳大利亚州独有，适用于澳大利亚大多数州和地区。这是由安装系统成本的持续降低（Solar Choice，2019a）、丰富的太阳能资源（世界银行集团，2019年）、相对较高的零售电价（澳大利亚能源市场委员会，澳大利亚能源市场委员会，2018a）和较低的消费者信任度（澳大利亚能源市场委员会，2018b）以及社区对温室气体的日益关注推动的。SWIS的峰值网络需求为4.4GW。网络上最大的公用事业规模发电机是穆贾科阿尔发电站，其铭牌容量为854 MW（澳大利亚能源管理局，2019d）。这是一个超过30分钟的交易间隔，发生在2019年9月29日。安装了屋顶光伏系统的200多万户家庭（占所有独立家庭的20%）（APVI，2019a，2019b）。截至2018年底，10千瓦以下的屋顶光伏系统占全国累计光伏装机容量的一半以上（APVI，2019b）。

2018年，平均系统容量继续上升，超过7 kWPin（AEC，2019年）。缓解。由于表后分布式能源（DER）不受监控且不受控制（澳大利亚能源市场运营商，澳大利亚能源市场运营商，2019a，2018），系统运行仍然高度被动，对家庭电网利用率的总体变化非常敏感。电池成本的下降（Schmidt等人，2017年）可能会导致家用光伏电池系统的广泛采用（Parkinson，2018年），从而进一步改变家庭利用电网和与电网互动的方式。对于家用纯光伏系统，所有通过电网的电能表后面的发电同时使用相同的太阳能资源，这将调整其时间效应，并导致可观察的系统级模式，如鸭子曲线（Denholm等人，2015年；Maticka，2019年）。对于光伏电池系统，电池容量的选择提供了额外的自由度。这一选择还取决于影响自生发电和储能装机水平的金融因素（如零售税结构和上网电价）和技术因素（如潜在的家庭需求），以及自生发电和储能的分配方式。这些依赖性使得光伏电池应用对电网利用率的预期变化不那么确定（例如，零售电价激励可能会影响现有的纯光伏家庭安装具有额外光伏容量的大容量电池，或安装较小容量的电池，并维持现有光伏容量）。

由于每种选择都会导致不同的家庭电网利用情况，了解零售电价如何影响这一过程（从而影响电力行业的底层）对于零售能源政策的设计和合适的市场设计至关重要。尽管电力系统仍然是区域性的，但类似的过程支撑着自由化的电力市场，即从边际成本较低的发电商、受监管的输电和配电网络垄断企业和零售商竞争性地调度电力的批发能源市场，以对冲批发价格，向客户提供更简单的电价。这些相似性使得SWI的定性分析能够更广泛地应用于具有相似结构设计的其他市场。2.2.  文献综述随着越来越多的可再生能源发电被纳入自由化的电力市场，运行模式开始从系统和市场层之间的相互作用中浮现，例如零边际成本发电机的优序效应（Sensfuss等人，2008年），以及增长光伏发电的鸭曲线（Denholm等人，2015年）。虽然每个电性系统都是独特的，但相似的技术和经济基础意味着，多阶效应和duck曲线已被广泛推广。通过将家庭视为影响电力系统各个层面的理性投资者，我们能够利用可再生能源技术的金融投资建模的大量文献，以及用于分析能源转换的分析框架。2.2.1.  家用光伏电池投资模型考虑到澳大利亚目前在采用电表光伏方面的领先地位（澳大利亚能源委员会，AEC，2016；APVI，2019a），以及光伏电池采用的早期阶段，事后分析的信息仍然不足。

然而，事前金融投资观点为未来投资决策提供了技术经济基础，这可能有助于评估潜在的期货（Wu StHand和MeijeTi，2012）。在家庭规模上，金融投资视角允许一系列可能的光伏电池系统容量，以降低批发电价，而批发电价是随着电力市场内近零的短期边际成本发电（即风能和太阳能光伏）容量的增加而发生的，这是由于价值顺序和调度价格的确定。duck曲线描述了太阳能光伏发电能力增加对电网运营的影响。在操作上，最低需求会在一天中移动，并逐渐下降，从而产生趋同风险。此外，由于下午晚些时候的峰值持续存在，为满足所有剩余发电机的峰值增长，需要进行爬坡。根据预期的电力成本节约和前期成本，将其设定为一组相互竞争的投资机会。使用贴现现金流的财务指标，如净现值（NPV）、内部收益率（IRR）和贴现回收期（DPP），通常用于评估每个投资机会的价值。具有最高财务价值的光伏电池配置提供了家庭未来可能选择安装的系统的指示，以及实现这一目标所需的成本。Schram等人（2018年）使用了荷兰默斯福德79户纯光伏家庭的实际公用事业网电表数据，并确定了一系列电池容量的潜在电费节约。利用电池模拟模型（最大化光伏自耗），在零售和上网电价不变的情况下，通过NPV分析计算每个家庭的成本最优电池容量。