報告執(zhí)行摘要
在Greentech Media 12月份發(fā)布的最新清潔技術2014年度時髦用語清單上，“脫離大電網(wǎng)” 一詞被列入其中。我們機構(gòu)于2014年2月份發(fā)表的《脫離大電網(wǎng)的經(jīng)濟效益》報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)電領域新的投資項目的經(jīng)濟壽命期內(nèi)，大量的居民用戶和商業(yè)用戶會發(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+電池儲能系統(tǒng)為自己供電具有經(jīng)濟效益。這一分析結(jié)果預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，但實際選擇脫離大電網(wǎng)的用戶數(shù)量可能會很少。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，價格更低，會更早地給更多的用戶帶來經(jīng)濟效益，而且會被更快地采用。本報告關注的更為具體的問題是，隨著時間推移，系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟效益會如何發(fā)展，以及系統(tǒng)用戶、負荷以及收入的大小。
具體分析
在這份研究報告中，我們尤其想回答如下兩個核心問題：
1. 最低成本的經(jīng)濟效益：當聯(lián)網(wǎng)的用戶有權在a) 完全依賴電網(wǎng)；b) 完全依賴太陽能發(fā)電+電池儲能系統(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)濟效益的前提下，這一配置將隨著時間推移有哪些變化？隨著時間推移，為了滿足用戶的負荷需求，電網(wǎng)和自供電力的相對比重應當發(fā)生怎樣的變化？
2. 影響：對電力公司、第三方太陽能發(fā)電設施和電池供應商、融資方/投資方、用戶以及其它電力系統(tǒng)利益相關方有哪些影響？另外，聯(lián)網(wǎng)的太陽能發(fā)電+電池儲能系統(tǒng)還會帶來哪些機會？我們在能代表不同電力價格水平和太陽能資源強度的五個城市里，對中等消費水平的商業(yè)和居民用戶直至2050年的經(jīng)濟性進行了分析。我們對僅有電網(wǎng)、電網(wǎng)+太陽能發(fā)電、電網(wǎng)+太陽能發(fā)電+電池儲能系統(tǒng)三種配置情景做了模型分析并預測，確定隨著時間推移最具成本效益的選項（基于等效能源的系統(tǒng)平準化度電成本）。我們也研究了在最優(yōu)成本效益的選項下，電網(wǎng)供電和自供電模式占比將會有怎樣的變化。對于太陽能發(fā)電設施及太陽能發(fā)電+電池儲能系統(tǒng)的配置，我們的模型分析是以自我消費為主，無電量輸出補償?shù)南到y(tǒng)（即在電表后端進行優(yōu)化）。盡管在多數(shù)地區(qū)已有通過電費積分或直接支付（例如，凈電量計量、上網(wǎng)電價補貼、可避免的燃料成本補償?shù)刃问剑﹄娏枯敵鲞M行補償，而且會提高本文所述的經(jīng)濟效益，然而為了理解在最極端情況下的經(jīng)濟影響，我們對輸出電量做了保守假設，即沒有電費積分或直接補償。
分析結(jié)果
我們的分析有幾項重大發(fā)現(xiàn)：太陽能發(fā)電+電池儲能系統(tǒng)能快速地實現(xiàn)成本效益。從用戶的角度看，經(jīng)濟性最優(yōu)的系統(tǒng)配置將隨著時間推移而產(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+電池儲能系統(tǒng)模式。與我們在《脫離大電網(wǎng)的經(jīng)濟效益》報告中利用模型分析的無電網(wǎng)太陽能發(fā)電+電池儲能系統(tǒng)實現(xiàn)經(jīng)濟性平價的日期相比，本報告中的聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)實現(xiàn)經(jīng)濟效益的時間會提前很多，而且電力公司將在其主要資產(chǎn)的經(jīng)濟年限及成本回收期之內(nèi)，損失大量用電負荷。僅依賴太陽能發(fā)電設施的系統(tǒng)容量較小，今天已經(jīng)在我們分析的五個地區(qū)中的三個地區(qū)實現(xiàn)了經(jīng)濟效益，十年之內(nèi)會在所有地區(qū)實現(xiàn)經(jīng)濟效益。新用戶將發(fā)現(xiàn)，太陽能發(fā)電+電池儲能系統(tǒng)的配置在未來10至15年內(nèi)會在上述五個地區(qū)中的三個地區(qū)實現(xiàn)經(jīng)濟效益。
太陽能光伏發(fā)電設施替代電網(wǎng)為用戶供應大部分電力
隨著時間推移，電網(wǎng)、太陽能發(fā)電及太陽能發(fā)電+電池儲能系統(tǒng)的供電相對比重會有所變化。最初，用戶的電力需求中絕大多數(shù)由電網(wǎng)提供。但隨著時間的推移，隨著電網(wǎng)的零售電力價格上漲，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，太陽能發(fā)電+電池儲能系統(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)對商業(yè)用戶的貢獻率將從今天的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)電設施的貢獻則顯著增長，以彌補供電缺口。
在現(xiàn)有的費率結(jié)構(gòu)和商業(yè)模式下，可能發(fā)生的大規(guī)模負荷脫網(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2萬億美元的投資，或者說每年投資金額達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)濟效益都會受到很大的影響 。值得注意的是，我們的分析顯示，聯(lián)網(wǎng)的太陽能發(fā)電+電池儲能系統(tǒng)將給大量用戶帶來經(jīng)濟效益，而且這一系統(tǒng)將會向越來越多的用戶供應電力。假設用戶根據(jù)最佳經(jīng)濟性而選擇電力供應方式，則可能發(fā)生大規(guī)模的用戶負荷脫網(wǎng)。例如，在美國東北部，到15年之后的2030年，對電量銷售的最大侵蝕可能是：
凈電能計量（NEM）這項政策頗受爭議，但也在市場上普遍實施。這一政策在美國成功地推動了分布式太陽能光伏發(fā)電的發(fā)展。有些人認為它加快了電網(wǎng)的負荷流失（太陽能發(fā)電凈計量用戶快速而有效地將電網(wǎng)的凈電量購買量降為零），而且他們認為取消凈計量能保留電網(wǎng)負荷。根據(jù)分析結(jié)果，我們認為取消凈電能計量僅能延緩負荷流失的速度，但仍無法避免最終大量流失的結(jié)果。即使沒有凈電能計量，聯(lián)網(wǎng)的太陽能發(fā)電+電池儲能“解決”問題。與我們的“有”和“沒有”凈電能計量的情景類似，居民用戶固定收費可能會改變（例如，延緩）聯(lián)網(wǎng)的太陽能發(fā)電設施和太陽能發(fā)電+電池儲能系統(tǒng)的經(jīng)濟效益，但是不會改變最終負荷脫網(wǎng)的結(jié)果。相反，用戶可能會等待至經(jīng)濟效益和其它因素達到一定臨界點，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+電池儲能系統(tǒng)，從而獲得經(jīng)濟效益的電力服務。
用戶通過投資聯(lián)網(wǎng)的太陽能發(fā)電設施和太陽能發(fā)電+電池儲能系統(tǒng)，可以獲得最低成本的電力服務，從而有效地控制用電成本。無論今后零售電力價格多高，聯(lián)網(wǎng)的太陽能發(fā)電設施和太陽能發(fā)電+電池儲能系統(tǒng)的平準化成本都將保持穩(wěn)定，從而使得用戶的電費保持在或低于“尖峰電價”水平，在有些情況下，將大幅節(jié)省他們每個月的電費。在我們分析的幾個地區(qū)里，無論今后電網(wǎng)提供的零售電力價格有多高，商業(yè)用戶的尖峰電價將穩(wěn)定在每千瓦時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)預測，紐約州韋斯切斯特縣中等消費水平的居民用戶2030年使用大電網(wǎng)的平均月度電費將達357美元，而通過安裝太陽能發(fā)電+電池儲能系統(tǒng)，月度尖峰電費則為268美元。 （由于輸電、配電維護和集中式發(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+電池儲能系統(tǒng)的電網(wǎng)用戶所承擔的成本，都是重要的相關問題，但不在本報告的分析范圍內(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會。與我們在《脫離大電網(wǎng)的經(jīng)濟效益》報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，這一情景的假設前提是固定收費和其它零售電力價格費率結(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+電池儲能系統(tǒng)可能導致大量負荷流失，但該系統(tǒng)仍然可能會向電網(wǎng)提供諸多益處、服務和價值，尤其如果這類價值流因新的費率結(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)對電網(wǎng)的益處。
這對不同電力系統(tǒng)市場參與者和其它利益相關方的影響將是巨大的，以下幾點需要注意：
對投資太陽能發(fā)電+電池儲能系統(tǒng)的用戶而言，有選擇權是件好事。我們的分析結(jié)果表明，投資智能太陽能發(fā)電+電池儲能系統(tǒng)可以有助于用戶保持在穩(wěn)定的尖峰電價水平，從而不會因為電網(wǎng)供應的電力價格上漲而受影響。與此同時，傳統(tǒng)的電網(wǎng)用戶和完全脫離電網(wǎng)的用戶分別會由于零售電價上漲和獨立太陽能發(fā)電+電池儲能系統(tǒng)的高成本而面臨更高的電價水平 。
對配電網(wǎng)運營方（例如僅有配電線的電力公司）而言，分布式太陽能發(fā)電設施和電池儲能系統(tǒng)的出現(xiàn)是個利好消息：擁有太陽能發(fā)電+電池儲能系統(tǒng)的用戶能夠向配電網(wǎng)提供諸多價值，包括延緩配電系統(tǒng)升級、緩解配電系統(tǒng)堵塞，以及提供輔助服務。然而想要從這些機會中獲利，需要引入新的定價、監(jiān)管和商業(yè)模式，并發(fā)展成熟。
對集中式發(fā)電和輸電設備的業(yè)主和運營方（如獨立電力生產(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)我們的預測，太陽能發(fā)電+電池儲能系統(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期的電價峰值，而且還會侵蝕輔助服務市場，這些因素的直接影響可能是擱淺資產(chǎn)風險。仍處于經(jīng)濟壽命和成本回收期內(nèi)的現(xiàn)存資產(chǎn)所能服務的負荷將越來越小，這將要求電價上漲到能夠收回成本和提供回報的程度。與此同時，處于規(guī)劃中的資產(chǎn)將沒有足夠的未來電量需求與預計的裝機量及發(fā)電量相匹配 。
對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，所以必須做出相應調(diào)整以便從太陽能發(fā)電設施和電池儲能系統(tǒng)的擴張中獲利。售電收入和銷售電量成正比的配電公司（例如還未進行輸配電價改革的公司）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)電設施以及太陽能發(fā)電+電池儲能系統(tǒng)的定價結(jié)構(gòu)、商業(yè)模式和監(jiān)管環(huán)境。當經(jīng)濟條件和其它條件達到臨界點時，這一軌跡的結(jié)果將會是大量用戶脫離大電網(wǎng)。與此同時，隨著擱置電網(wǎng)資產(chǎn)服務的負荷將越來越少，電網(wǎng)供應電價將面臨螺旋式上升，這會使得太陽能+儲能系統(tǒng)對用戶更具吸引力，從而導致剩余的聯(lián)網(wǎng)用戶的電價水平不可避免的進一步升高，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，他們將承擔因零售電力定價上漲而帶來的比例失調(diào)的負擔。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。另一條路徑則會建立相應的定價結(jié)構(gòu)、商業(yè)模式和監(jiān)管環(huán)境，使得太陽能發(fā)電設施和電池儲能系統(tǒng)等分布式能源，（及其內(nèi)在收益和成本）都被恰當?shù)匾暈檎虾蟮碾娋W(wǎng)的有機組成部分。太陽能發(fā)電設施和電池儲能系統(tǒng)能潛在地降低整個系統(tǒng)的成本，同時對未來建立可靠的、彈性的、支付得起的低碳電網(wǎng)做出貢獻，在這個電網(wǎng)系統(tǒng)里，用戶有權選擇。在這一情景下，電網(wǎng)和用戶側(cè)資源作為整合的電網(wǎng)的有機組成部分相輔相成，資金和實體資產(chǎn)的運用效率更高。
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，就將引領我們進入某一個軌道，隨后再想做大方向的改變將會面臨更多困難。這樣的決定影響將會十分深遠，但留給我們做決定的時間已并不多，且有些地區(qū)比其它地區(qū)時間更加緊迫。
政策窗口時間框架的三個市場階段：
階段一：實驗的機會
在第一階段，電網(wǎng)向用戶提供電力服務的最低價選項。太陽能發(fā)電+電池儲能系統(tǒng)的成本相對較高， 因此先期用戶和技術提供方將會系統(tǒng)進行實驗，主要旨在獲取系統(tǒng)的附加價值（如可靠性）。這個階段使得電力公司和監(jiān)管方有時間去考慮如何最佳地捕捉到聯(lián)網(wǎng)太陽能發(fā)電+電池儲能系統(tǒng)提供的機會。
第二階段：整合的機會
在第二階段，與電網(wǎng)供電相比，太陽能發(fā)電+電池儲能系統(tǒng)更具經(jīng)濟效益。用戶采用的容量越大，則經(jīng)濟效益越高，對系統(tǒng)來說，這是創(chuàng)造并在個體用戶與電網(wǎng)之間分享價值的理想時間。
第三階段：協(xié)調(diào)的機會
在第三階段，零售電力定價大幅上升，而太陽能發(fā)電+電池儲能系統(tǒng)的費用大幅下降，后者可以時間經(jīng)濟有效地為用戶的所有需求負荷提供服務，因此脫離大電網(wǎng)開始成為可行的選擇。這些經(jīng)濟效益現(xiàn)狀將促使電力公司和監(jiān)管方加快適應這一新的市場環(huán)境。電力行業(yè)需在下列三個方面盡快行動：
優(yōu)化定價和費率結(jié)構(gòu)：今天的費率結(jié)構(gòu)對于二十一世紀的電網(wǎng)需求來說過于簡單。廣義上講，定價需要沿著以下三條關鍵路徑發(fā)展：
1.分地點， 允許在電網(wǎng)擁堵時將電價提高一些，或?qū)@一時期不用電的用戶給予一些獎勵。
2.分時間， 允許分時電價和實時定價的政策持續(xù)發(fā)展
3.依據(jù)屬性劃分，將電量、容量、輔助服務和其它服務組成部分分開
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)電機組至用戶的單向電子流動）的模式發(fā)展成新興的更具經(jīng)濟效益的分布式能源資源模式，如太陽能發(fā)電設施和電池儲能系統(tǒng)（即聯(lián)網(wǎng)的用戶，加上電表后端的分布式能源資源，以及一條電表計量的電子、服務及價值的雙向流動）。考慮太陽能發(fā)電設施和電池儲能系統(tǒng)，以及范圍更廣的分布式能源資源技術在近期和當前帶來的機會，創(chuàng)建一個可持續(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可并分享分布式能源資源的價值。
新的監(jiān)管模式：監(jiān)管改革將對電力系統(tǒng)有效地吸納新的用戶端技術，如太陽能發(fā)電設施+電池儲能系統(tǒng)作為資源融入電網(wǎng)至關重要。為了有效地引導太陽能發(fā)電+電池儲能系統(tǒng)的應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關鍵成果：1）保持和提高用戶公平、平等地利用分布式能源資源；2）認可、量化以及恰當?shù)厥狗植际侥茉促Y源，如太陽能發(fā)電設施和電池儲能系統(tǒng)創(chuàng)造的利益和產(chǎn)生的費用貨幣化；3）堅持公平地對待所有用戶，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。
