太阳能发电的发展：电价设计、容量投资和

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英文标题：
《Prosumage of solar electricity: tariff design, capacity investments, and
  power system effects》
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作者：
Claudia G\\\"unther and Wolf-Peter Schill and Alexander Zerrahn
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最新提交年份：
2019
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英文摘要：
  We analyze how tariff design incentivizes households to invest in residential photovoltaic and battery systems, and explore selected power sector effects. To this end, we apply an open-source power system model featuring prosumage agents to German 2030 scenarios. Results show that lower feed-in tariffs substantially reduce investments in photovoltaics, yet optimal battery sizing and self-generation are relatively robust. With increasing fixed parts of retail tariffs, optimal battery capacities and self-generation are smaller, and households contribute more to non-energy power sector costs. When choosing tariff designs, policy makers should not aim to (dis-)incentivize prosumage as such, but balance effects on renewable capacity expansion and system cost contribution.
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中文摘要：
我们分析了电价设计如何激励家庭投资住宅光伏和电池系统，并探讨了选定的电力部门效应。为此，我们将以prosumage代理为特色的开源电力系统模型应用于德国2030年情景。结果表明，较低的上网电价大大减少了对光伏的投资，但最佳电池尺寸和自我发电相对稳健。随着零售电价固定部分的增加，最佳电池容量和自我发电量越来越小，家庭对非能源电力部门成本的贡献也越来越大。在选择电价设计时，政策制定者不应旨在（取消）激励prosumage，而是平衡可再生能源产能扩张和系统成本贡献的影响。
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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：Physics        物理学
二级分类：Physics and Society        物理学与社会
分类描述：Structure, dynamics and collective behavior of societies and groups (human or otherwise). Quantitative analysis of social networks and other complex networks. Physics and engineering of infrastructure and systems of broad societal impact (e.g., energy grids, transportation networks).
社会和团体（人类或其他）的结构、动态和集体行为。社会网络和其他复杂网络的定量分析。具有广泛社会影响的基础设施和系统（如能源网、运输网络）的物理和工程。
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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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PDF下载：
--> Prosumage_of_solar_electricity:_tariff_design,_capacity_investments,_and_power_s.pdf (3.79 MB)

2022-6-24 10:45:49 上传

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关键词：太阳能发电 太阳能 Contribution Quantitative investments

太阳能发电的发展：塔里夫设计、容量投资和电力系统影响克劳迪亚·甘瑟、沃尔夫·彼得·席尔、亚历山大·泽拉、德国经济研究所（DIW Berlin）、莫伦斯特尔。58，10117柏林，德国摘要：我们分析tari ffe design如何激励家庭投资住宅光伏和电池系统，并探索选定的电力行业影响。为此，我们将以prosumage代理为特色的开源电力系统模型应用于德国2030年的情景。结果表明，较低的进料比大大减少了对光伏的投资，但优化电池尺寸和自我发电相对稳健。随着零售电价固定部分的增加，最佳电池容量和自我发电量越来越小，家庭对非能源电力部门成本的贡献也越来越大。在选择塔效设计时，决策者不应旨在（dis）激励prosumage，而是平衡可再生能源产能扩张和系统成本贡献的影响。*通讯作者，azerrahn@diw.deWe感谢2019年5月10日在DIW Berlin举行的Strommarkttrefen研讨会的与会者对早期草案的宝贵反馈。这项工作是在START项目中进行的，得到了联邦教育和研究部（BMBF）的研究资助（资助号03EK3046E）。1简介脱碳能源供应将导致电力行业的重大变革。在许多国家，小型分布式太阳能光伏（PV）发电厂所产生的可再生电力份额不断增加（IEA，2018年）。在监管和专项支持计划的推动下，私人家庭在光伏设施中占了很大份额。特别是，光伏部分自供电变得更具吸引力。随着光伏+电池系统的出现，家庭的自发电份额可以进一步增加。

电池最近经历了成本的大幅下降；这一趋势预计将在未来持续（Schmidt等人，2017年）。在这方面，prosumage一词的出现是为了描述一个家庭的活动，该家庭在仍与电网相连的情况下，通过电池存储来产生自己的光伏电（von Hirschhausen，2017）。我们调查了零售和上网电价（FIT）的设计如何影响家庭投资PVA和电池存储系统的决策。我们还探讨了可再生能源容量、峰值光伏并网以及家庭对非能源电力系统成本的贡献（即可再生能源支持计划或电网基础设施的成本）对电力部门的影响。为此，我们首先介绍了家庭激励是如何通过零售关税、上网电价以及光伏和电池各自的投资成本形成的。第二步，我们在计算均衡模型中对这些激励及其影响进行了数值探索，该模型应用于德国2030年的环境。在这样做的过程中，我们将家庭决策与批发电力市场之间的相互作用考虑在内。中心结果表明，较低的进料塔里夫显著减少了光伏投资。然而，对电池容量和光伏自发电的影响并不明显。零售tari ffs中的固定部件越多，体积组件越小，最佳电池容量和自我发电能力越低。反过来，家庭对非能源系统成本的贡献更大。我们进一步发现，在不严重扭曲家庭激励的情况下，可以限制峰值喂入，从而缓解分配RIDS。虽然之前的研究针对特定控股公司的prosumage的经济可行性进行了大量分析，但只有少数贡献考虑了prosumage对电力部门的反馈。

然而，这些在很大程度上对家庭行为和监管环境的影响保持沉默。结合家庭、电力部门和监管政策视角，本文旨在填补文献中的空白。它推动了关于零售塔里夫设计的学术和政策辩论，增加了分散式光伏和存储系统的部署，以及对非能源电力部门成本的贡献。本文的其余部分结构如下。第二节回顾了prosumage的相关文献。第3节介绍了一个概念框架，并提供了一些直觉。在此基础上，我们在第四节建立了形式均衡模型。第5节给出了数值结果；第6节讨论了我们方法的局限性，并概述了未来研究的途径。第7节结束。2文献综述这篇论文有助于研究prosumage经济学的三个重叠的文献：家庭视角、电力部门视角和政策视角。首先，关于家庭视角，一系列出版物分析了预成像系统的经济可行性。对于拥有良好市场条件的德国来说，Hoppmann等人（2014年）率先提出电池成本下降将刺激prosumage细分市场。Kaschubet al.（2016）得出了类似的结论：根据他们的分析，即使在没有补贴的情况下，在自我消费的推动下，短期内，prosumage将是家庭的经济利益。电动汽车使用自产电将支持这一趋势。Dietrich和Weber（2018）还总结了光伏+电池系统在不久的将来的可行性，并强调规模经济可以激励更大的安装。德国和爱尔兰的比较研究得出了类似的结果（Bertsch等人，2017年）。

澳大利亚（Muenzel et al.，2015；Say et al.，2018）、巴西（Vilaca Gomeset al.，2018）、法国（Yu，2018）、意大利（Cucchiella et al.，2016）、西班牙（Prol and Steininger，2017；Solanoet al.，2018）、英国（Green and Staffell，2017）等其他国家的电力市场也存在关于住宅prosumage可行性的研究，美国（Khalilpour and Vassallo，2015；Say等人，2018；Tervo等人，2018）。其次，从电力部门的角度来看，prosumage与传统的供需侧划分形成了对比。住宅光伏加电池系统的广泛采用影响到prosumage家庭和其他电力消费者以及发电机。正如Agnew和Dargusch（2015）、Schillet al.（2017）和Schill et al.（2019）所讨论的，这可能会产生广泛的技术、社会经济和政治影响。更具体地说，住宅光伏加电池系统提供低碳能源，从而有助于实现气候目标。然而，根据prosumagers的价格信号和目标，可能会产生经济效率。这些与长期的次优投资有关，例如冗余存储基础设施，短期的次优调度，例如对系统调峰或山谷填充的贡献不大（Green and Staffell，2017；Schillet al.，2017）。除投资和调度外，Marwitz和Elsland（2018）、Mosh"ovel et al.（2015）和Neetzowet al.（2019）讨论了prosumage是否以及在何种监管环境下可能需要扩建配电网基础设施。相反，Young等人。

（2019年）得出的结论是，澳大利亚地区电网峰值需求减少带来的好处可能超过网络运营商自耗带来的损失。第三，从监管政策的角度来看，越来越多的研究探讨了如何为消费者的消费和发电定价的问题。拟议的政策大致可分为零售费率结构、分散发电的薪酬计划和其他政策措施。在德国背景下，Ossenbrink（2017）研究了无电池住宅光伏系统的馈入和零售塔里夫方案的影响。根据光伏的平准化电费（LCOE）与上网电价和零售电价的比率，他得出了家庭作为纯消费者或从事生产活动的条件。但是，存储被排除在分析之外。最近，Thomsen和Weber（2019）评估了tari fff设计如何影响德国小型光伏+电池系统的性能和运行，但假设固定的prosumage光伏和电池容量，而不是分析投资激励。塔里夫设计扩大了范围，在prosumage的背景下引发了再分配效应。通常，体积能源费用会导致负担从普通家庭转移到纯消费者（Roulot and Raineri，2018）。

由于prosumage家庭的电网能耗较低（负荷缺陷），尽管他们仍然享受所有的电网服务，但他们支付的网络费和其他费用较少（Simhauser，2016）。不断增长的prosumage细分市场可能会引发消费者层面的分配公正问题和公用事业运营商的成本回收问题（Hinz等人，2018；Kubli，2018；Roulot和Raineri，2018；Schittekatteet等人，2018），在最极端的情况下，会导致所谓的死亡螺旋（Costello和Hemphill，2014；Laws等人，2017）：越来越少的客户必须支付越来越高的电网费用，这反过来又会刺激进一步的负荷流失。然而，考虑到这将需要大量采用家用低压电加电池系统，这种情况在许多发达国家的电力部门中不太可能发生（Darghouth等人，2016年；Laws等人，2017年）。综上所述，文献中的个别分析提供了对特定控股公司的深入处理，但大多没有考虑发电商和电力部门之间的相互作用。电力部门的研究大多既没有纳入prosumage家庭的激励措施，也没有纳入tari ff设计。监管研究通常缺乏数字基础。我们的目标是从这三个方面做出贡献，并对prosumage的塔里夫设计进行分析，其中还包括光伏和家庭存储投资激励。虽然我们关注德国的情况，但其他市场也对结果感兴趣，在这些市场中，饲料塔里夫和高容量零售塔里夫推动了太阳能的发展。3住宅prosumage：定义和直觉3.1定义我们将住宅prosumager定义为一个带有光伏板和电池的并网家庭（Schillet al.，2017）。图1显示了一个样式化的表示。

家庭发电（GP V），有时消耗（Gpro2pro），有时接入电网（Gpro2m），可能会削减（CUpro），或储存电池（ST Oin，pro）以供未来消耗（ST Oout，pro）。尽管如此，家庭可以在任何时候使用电网（即市场）的电力（Em2pro）。为清楚起见，我们假设电池只能用于延迟自我消耗。有两个标准指标描述了prosumage家庭对电网供电的依赖性：自耗率和自给自足率（Luthander等人，2015；Weniger等人，2014）。自耗率SC是现场发电量中直接消耗或储存在电池中供未来自耗的部分。SC：=Gpro2pro+ST Oin，proGP V（1a）自耗率SC越低，向电网输送能源产生的收入越高。例如，40%的自用电率意味着60%的发电量得到了补偿，例如上网电价。这就解释了为什么仅仅依靠平准化电力成本（LCOE）来确定光伏加电池系统对单个家庭的适用性是不够的。一场相关的辩论讨论了住宅光伏（加电池）系统的计量设计。具体而言，净计量下用户的光伏电网接入和电网消耗在较长的时间范围内相互对立（Hughes和Bell，2006）。

这大大提高了在不同环境下进行住宅独立光伏投资的激励措施（如Darghouth等人，2016年；Eid等人，2014年；Picciariello等人，2015年），推动了关于分配公正的讨论。原则上，可以设想其他用途，如平滑电网消耗和馈入，或通过存储电网内外的电力提供灵活性。Schill等人（2017）表明，这种额外的电池使用可以降低电力系统的总成本。自给自足率A，也称为自发电率或自供电率，是光伏+电池系统发电所覆盖的家庭电力需求份额。这包括直接消耗的能量和从电池存储中释放的能量。A：=Gpro2pro+ST Oout，prodpro（1b）家庭的自给自足率A越高，从电网消耗的能源支付的费用越少。在特定的时间间隔（通常为一年）内，定义了超额消费率和自用消费率。Gpro2proSTOout，prodproEM2PROG2MCUPROSTOIN，图1：prosumage家庭能量流示意图。根据onSchill等人（2019）3.2直觉：prosumage激励对于一个理性的家庭来说，prosumage的经济激励主要由光伏和存储系统的投资成本以及电网消耗和上网电价驱动。在当前的德国环境下，家庭面临着电网消耗和光伏电网上网的时不变体积费率，分别添加鱼油和进料鱼油。2008年，德国住宅零售电价平均为0.21欧元/千瓦时。十年后，即2018年，该值已增至约0.30欧元/千瓦时，其中0.23欧元/千瓦时应计用于税收、网络费用和可再生能源支持付款等非能源部分；80%的股份。

重要的是，10千瓦以下的小型光伏系统的自用电量不受任何此类成本构成的影响。同时，光伏系统的成本下降导致了prosumage的其他动机概述见Schill et al.（2019），以及Gautier et al.（2019）的实证调查。大幅减少塔里夫饲料，从2008年的0.46欧元/千瓦时下降到2018年的0.12欧元/千瓦时以下。图2说明了过去十年的这些发展。0.000.050.100.150.200.250.300.350.400.450.502008 2009 2010 2011 2013 2014 2016 2017 2018欧元/千瓦的塔里费平均零售塔里费图2：德国小型光伏上网塔里费和平均居民用电零售塔里费的开发。资料来源：BNetzA（2018a）的数据说明。原则上，如果零售电价超过了合适的标准，光伏发电的自用电量将变得更经济。是的，这种插座平价（Bazilian et al.，2013）并不一定意味着prosumage的经济可行性，因为住宅需求和光伏供应在时间上可能只是部分重合。用自用电量进一步替代电网用电量所节省的成本必须超过对电池的必要投资。为此，图3提供了一个更全面的说明，说明了对住宅低压和电池系统投资的激励措施。它通过添加存储维度扩展了Ossenbrink（2017）的分析。在下文中，我们以德国的情况为例，介绍了图中A到F的区域。左下角区域A是指分散式光伏安装的LCOE超过零售和上网电价的情况。因此，家庭没有投资光伏或电池系统的财务激励（“纯消费者”）。