楊涌文, 趙佳林, 錢凡悅

(上海電力學(xué)院 能源與機(jī)械工程學(xué)院, 上?！?00090)

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用能價(jià)格對(duì)住宅分布式能源系統(tǒng)的導(dǎo)入影響分析

楊涌文, 趙佳林, 錢凡悅

(上海電力學(xué)院 能源與機(jī)械工程學(xué)院, 上海200090)

摘要:根據(jù)居民用能價(jià)格變化,分析探討了住宅分布式發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性,得出了在實(shí)施階梯電價(jià)后,上海地區(qū)光伏發(fā)電系統(tǒng)已具有實(shí)際的導(dǎo)入價(jià)值,而燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組則因?yàn)殡A梯氣價(jià)經(jīng)濟(jì)性較差,不具有實(shí)際導(dǎo)入價(jià)值.

關(guān)鍵詞：階梯電價(jià); 階梯氣價(jià); 住宅分布式能源系統(tǒng); 用能價(jià)格; 經(jīng)濟(jì)性

目前,能源緊缺和環(huán)境污染已經(jīng)成為制約中國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的主要問題.2009年11月,中國(guó)作為當(dāng)時(shí)世界上溫室氣體排放量最大的國(guó)家,承諾到2020年單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)二氧化碳排放量將比2005年下降40%～45%[1].因此,如何節(jié)約能源、降低碳排放是當(dāng)前全社會(huì)面臨的重點(diǎn)問題.建筑能耗占社會(huì)總能耗的1/3以上,而近幾年來,民用住宅建筑能耗作為建筑總能耗的重要組成部分,隨著國(guó)民生活水平的提高而日益增加[2],各種節(jié)能技術(shù)及措施被廣泛利用,其中住宅分布式發(fā)電一度受到廣泛的關(guān)注.住宅分布式發(fā)電系統(tǒng)一般主要指5 kW以下的小型光伏發(fā)電系統(tǒng)及1 kW左右的微型燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組,目前這兩種系統(tǒng)在國(guó)外都得到了廣泛應(yīng)用,而在中國(guó),由于成本、收益及政策等因素的限制,難以推廣.

2012年6月,我國(guó)開始對(duì)居民用電實(shí)行階梯電價(jià)政策,這是許多能源緊缺國(guó)家為應(yīng)對(duì)能源價(jià)格高漲、抑制能源不合理消耗而采取的措施之一.而住宅分布式發(fā)電系統(tǒng)的收益主要取決于節(jié)能量及用能價(jià)格.在以往的研究中發(fā)現(xiàn),由于住宅用電價(jià)格偏低而導(dǎo)致住宅分布式發(fā)電系統(tǒng)回收期較長(zhǎng),甚至無法回收.而隨著階梯電價(jià)政策的實(shí)施,對(duì)于大戶型及別墅等高能耗用戶,住宅分布式發(fā)電系統(tǒng)可以有效削減第3檔用電量,實(shí)現(xiàn)一定的經(jīng)濟(jì)效益.2014年4月,國(guó)家發(fā)改委正式發(fā)布《關(guān)于建立健全居民生活用氣階梯價(jià)格制度的指導(dǎo)意見》,決定在全國(guó)范圍內(nèi)推行居民階梯氣價(jià)政策.2014年9月1日,上海市率先調(diào)整居民燃?xì)鈨r(jià)格,并實(shí)行居民階梯氣價(jià)制度.而隨著階梯氣價(jià)的實(shí)施,必然會(huì)對(duì)住宅燃?xì)夥植际桨l(fā)電經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生不利的影響.為了探討住宅分布式發(fā)電系統(tǒng)在現(xiàn)行居民用能價(jià)格下的經(jīng)濟(jì)性及可行性,本文分別對(duì)住宅用光伏發(fā)電系統(tǒng)及微型燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),以期為我國(guó)住宅分布式能源系統(tǒng)的發(fā)展提供一些借鑒.

1研究對(duì)象及假定

2006年,由上海市經(jīng)委、上海交通大學(xué)與世界自然基金會(huì)共同發(fā)起的“十萬個(gè)太陽(yáng)能屋頂計(jì)劃”在上海開始實(shí)施,第一期計(jì)劃完成光伏屋頂10 000套,每套3 kW.但該計(jì)劃最終由于成本、收益及政策等因素被迫中止.時(shí)至今日,成本及能源價(jià)格都有了很大的變化,有必要重新對(duì)住宅分布式發(fā)電系統(tǒng)導(dǎo)入的經(jīng)濟(jì)性及可行性進(jìn)行評(píng)估.本文選取上海某頂層復(fù)式住宅作為研究對(duì)象,模擬該住宅全年的冷熱電需求.

1.1研究對(duì)象設(shè)定及負(fù)荷模擬

對(duì)象住宅為兩層復(fù)式結(jié)構(gòu),套內(nèi)面積約185 m2,制冷、供暖主要采用分體式空調(diào)或地暖設(shè)備,生活熱水則采用電熱水器.本文根據(jù)上海市住宅建筑冷熱電負(fù)荷指標(biāo)及日本三聯(lián)供手冊(cè),采用逐時(shí)法對(duì)住宅的一般用電、制冷、采暖及熱水的負(fù)荷需求進(jìn)行模擬計(jì)算,并根據(jù)該住宅的實(shí)際能源賬單進(jìn)行修正,其月能耗負(fù)荷如圖1所示.

1.2現(xiàn)行居民電價(jià)和燃?xì)鈨r(jià)格

目前,全國(guó)已經(jīng)實(shí)施的階梯電價(jià)是指把居民每個(gè)月的用電分成基本用電、正常用電、高質(zhì)量用電3檔.第1檔覆蓋80%居民用電,電價(jià)保持不變;第2檔覆蓋至95%的居民用電,提高0.05 元/kWh;超出部分為第3檔,提高0.3 元/kWh.上海階梯電價(jià)方案如下.第1檔電量為0～3 120 kWh,電價(jià)不作調(diào)整,并且3年之內(nèi)保持基本穩(wěn)定,未分時(shí)電價(jià)為0.617 元/kWh，分時(shí)電價(jià)峰時(shí)段(6∶00～22∶00)為0.617 元/kWh,谷時(shí)段(22∶至次日6∶00)為0.307 元/kWh.第2檔電量為3 120～4 800 kWh,未分時(shí)電價(jià)加價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為0.05 元/kWh，分時(shí)電價(jià)峰時(shí)段加價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為0.06 元/kWh,谷時(shí)段加價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為0.03 元/kWh.第3檔電量為4 800 kWh以上,未分時(shí)電價(jià)加價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為0.30 元/kWh，分時(shí)電價(jià)峰時(shí)段加價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為0.36 元/kWh,谷時(shí)段加價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為0.18 元/kWh[3].

圖1　該負(fù)荷住宅的月能耗負(fù)荷情況

隨著我國(guó)天然氣消耗量的日益增長(zhǎng),進(jìn)口天然氣的比例大幅提高,導(dǎo)致天然氣市場(chǎng)價(jià)格高于政府定價(jià),部分地區(qū)民用燃?xì)鈨r(jià)格相對(duì)偏低.目前,我國(guó)已經(jīng)在廣東、廣西等地開展天然氣價(jià)格形成機(jī)制改革試點(diǎn),實(shí)行價(jià)格動(dòng)態(tài)調(diào)整機(jī)制.目前全國(guó)只有上海市已經(jīng)開始實(shí)施階梯氣價(jià)制度,3檔戶年用氣量分別為0～310(含) m3,310～520(含) m3，520 m3以上.第1檔氣價(jià)提高0.50 元/m3,即從之前的每立方米2.50元調(diào)整為3.00元;第2檔氣價(jià)與第1檔保持1.1倍的比價(jià),即3.30 元/m3;第3檔氣價(jià)與第1檔保持1.4倍的比價(jià),即4.20 元/m3[4].上海市居民階梯電價(jià)和燃?xì)鈨r(jià)格見表1.

表1　上海市居民階梯電價(jià)及燃?xì)鈨r(jià)格

2住宅分布式能源系統(tǒng)導(dǎo)入模型

在對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行負(fù)荷模擬的基礎(chǔ)上,建立住宅用光伏發(fā)電及微型燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組的導(dǎo)入模型,并根據(jù)該模型對(duì)住宅分布式發(fā)電系統(tǒng)的導(dǎo)入情況進(jìn)行探討.

2.1設(shè)備設(shè)定及運(yùn)行

本文分別選取了3 kW光伏發(fā)電系統(tǒng)及1 kW的微型燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組用于住宅分布式發(fā)電.表2為設(shè)備參數(shù)及投資成本.圖2和圖3分別為住宅光伏發(fā)電及住宅微型燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組系統(tǒng).

表2　設(shè)備參數(shù)及投資成本

注:光伏建筑一體化組件6元/W;光伏并網(wǎng)逆變器1元/W;匯流箱1元/W;電線等其他輔材及人工分別約1元/W.

圖2　住宅光伏發(fā)電系統(tǒng)示意

圖3　住宅微型燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組系統(tǒng)示意

光伏發(fā)電系統(tǒng)被設(shè)置在頂層屋頂.參考上海市光伏發(fā)電實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),圖4顯示的是上海地區(qū)3 kW光伏發(fā)電系統(tǒng)的每月累計(jì)發(fā)電量.從圖4可以看出,7月為梅雨季節(jié),發(fā)電量相對(duì)較少.在光伏最佳安裝角度下,年發(fā)電量約3 204 kWh[5].在住宅光伏發(fā)電系統(tǒng)中,光伏發(fā)電直接用于滿足住宅的電力需求,多余電力上網(wǎng).

圖4　3 kW光伏發(fā)電系統(tǒng)的每月累計(jì)發(fā)電量

微型燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組單位小時(shí)可以提供1 kWh的發(fā)電量及2.8 kWh的余熱量,余熱可用于采暖及生活用水.本文中,考慮到系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性,采用熱主電從的模式,即主要用于使發(fā)電機(jī)余熱滿足地暖及生活用水,發(fā)電量用于滿足一般電力負(fù)荷(主要指照明、設(shè)備負(fù)荷),多余電量上網(wǎng).基于這一假定,就可以計(jì)算出12個(gè)月平均每天發(fā)電機(jī)的運(yùn)行時(shí)間,如圖5所示.由圖5可知,1月和2月最多,每天約運(yùn)行17 h；8月和9月由于供暖及熱水需求都相對(duì)較少,每天僅運(yùn)行2 h.

圖5　微型燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組平均日運(yùn)行小時(shí)數(shù)

為便于探討住宅分布式發(fā)電的實(shí)際經(jīng)濟(jì)效果及可行性,本文不考慮分布式發(fā)電系統(tǒng)的上網(wǎng)限制,發(fā)電系統(tǒng)的供電除了供自家用電設(shè)備使用外,多余電量以相同電價(jià)上網(wǎng),相當(dāng)于多余電量?jī)?chǔ)存在外部電網(wǎng),需要時(shí)使用.

2.2分布式能源補(bǔ)貼

2013年8月,國(guó)家發(fā)改委發(fā)布《關(guān)于發(fā)揮價(jià)格杠桿作用促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的通知》,明確分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目的補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)為0.42 元/kWh[6].根據(jù)2014年4月《上海市可再生能源和新能源發(fā)展專項(xiàng)資金扶持辦法》,光伏及風(fēng)電兩類新能源項(xiàng)目將根據(jù)發(fā)電量獲得為期5年的獎(jiǎng)勵(lì).分布式光伏的“度電補(bǔ)貼”金額為工商業(yè)用戶0.25 元/kWh,個(gè)人用戶0.4 元/kWh[7].

目前,在國(guó)家層面上沒有鼓勵(lì)燃?xì)夥植际侥茉聪到y(tǒng)發(fā)展補(bǔ)貼政策.2008年上海出臺(tái)了《上海市分布式能源系統(tǒng)和燃?xì)饪照{(diào)發(fā)展專項(xiàng)扶持辦法》,對(duì)燃?xì)夥植际侥茉聪到y(tǒng)按1 000 元/kW進(jìn)行投資補(bǔ)貼.2013年3月出臺(tái)了新的《上海市天然氣分布式能源系統(tǒng)和燃?xì)饪照{(diào)發(fā)展專項(xiàng)扶持辦法》,在1 000元/kW設(shè)備投資補(bǔ)貼的基礎(chǔ)上,對(duì)年平均能源綜合利用效率達(dá)到70%及以上且年利用在2 000 h及以上的分布式能源項(xiàng)目再給予2 000元/kW的補(bǔ)貼[8].

2.3模型案例設(shè)定

為探討居民用能價(jià)格變化(根據(jù)表1)對(duì)住宅分布式發(fā)電系統(tǒng)發(fā)展的影響,本文引入了如下5個(gè)案例：

案例1基于非階梯電價(jià)(原有電價(jià))的光伏系統(tǒng)(PV);

案例2基于階梯電價(jià)的光伏系統(tǒng)(PV);

案例3基于非階梯電價(jià)(原有電價(jià))和非階梯氣價(jià)(原有氣價(jià))的微型燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組(GE);

案例4基于階梯電價(jià)和非階梯氣價(jià)(原有氣價(jià))的微型燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組(GE);

案例5基于階梯電價(jià)和階梯氣價(jià)的微型燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組(GE).

3案例分析

表3列出了各案例的年運(yùn)行分析數(shù)據(jù).根據(jù)這些數(shù)據(jù),進(jìn)行用能價(jià)格對(duì)住宅分布式能源系統(tǒng)的導(dǎo)入影響分析.

表3　各案例的年運(yùn)行分析結(jié)果

3.1能源購(gòu)買結(jié)構(gòu)

圖6為不同案例的能源購(gòu)買結(jié)構(gòu)對(duì)比.由圖6可知,在目前階梯電價(jià)的基礎(chǔ)上,年電費(fèi)開支大幅提升.光伏發(fā)電的住宅分布式發(fā)電系統(tǒng)年電費(fèi)開支增加的比例為16.8%,小于一般傳統(tǒng)用能系統(tǒng)的25.8%,而微型燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組的發(fā)電量可以基本滿足系統(tǒng)需求,因此年能源開支主要是購(gòu)買天然氣.可見,光伏發(fā)電系統(tǒng)和微型燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組的導(dǎo)入可以有效地避免階梯電價(jià)的影響.但隨著階梯氣價(jià)的推出,能源價(jià)格急劇上升,微型燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組的年燃?xì)赓M(fèi)用開支增加的比例為原來年燃?xì)赓M(fèi)用的51.1%,總開支提高比例為原來年總費(fèi)用的49.5%.

圖6　年能源成本比較

3.2家庭總能源費(fèi)用支出

圖7為不同案例家庭年總能源費(fèi)用支出情況.由圖7可知,在階梯電價(jià)的基礎(chǔ)上,光伏發(fā)電系統(tǒng)和微型燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組可以有效地削減年能源支出,而微型燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組由于能量功率更大,可以更有效地削減年系統(tǒng)能耗.但隨著階梯氣價(jià)的推出,燃?xì)赓M(fèi)用急劇上升,能源費(fèi)用削減效率也會(huì)顯著降低.

圖7　年能源費(fèi)用對(duì)比及削減率

3.3回收期

圖8為考慮補(bǔ)貼的情況下5個(gè)案例(表3)的回收期比較.由圖8可知,在非階梯能源價(jià)格的基礎(chǔ)上,微型燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組由于夏季熱需求不足導(dǎo)致運(yùn)行時(shí)間偏低,回收期達(dá)到24年,光伏發(fā)電系統(tǒng)的回收期也在10年以上;而階梯電價(jià)實(shí)行后,微型燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組的回收期有望降低到14年,而光伏發(fā)電則為9年;隨著階梯氣價(jià)的推出,燃?xì)赓M(fèi)用開支急劇上升,微型燃?xì)鉄犭娐?lián)機(jī)組的回收期達(dá)到28年.

圖8　案例回收期對(duì)比

4結(jié)論

(1) 對(duì)于大戶型及別墅等大面積高能耗用戶而言,階梯電價(jià)使年電費(fèi)開支大幅提高.通過導(dǎo)入光伏發(fā)電系統(tǒng)或微型燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組等家用分布式發(fā)電系統(tǒng),可以有效削減年能源費(fèi)用,削弱階梯電價(jià)的影響.

(2) 階梯電價(jià)的實(shí)行提高了光伏發(fā)電系統(tǒng)或微型燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組等家用分布式發(fā)電系統(tǒng)的節(jié)電效益,有效縮短了回收年限.但階梯氣價(jià)的實(shí)施會(huì)阻礙住宅燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的進(jìn)一步發(fā)展.

(3) 上海地區(qū)光伏發(fā)電系統(tǒng)回收期在9年以內(nèi),已具有實(shí)際的導(dǎo)入價(jià)值.在其他太陽(yáng)光資源更豐富的地區(qū),回收期會(huì)進(jìn)一步縮短.而在實(shí)行階梯氣價(jià)后,燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組的回收期從14年增至28年,不具有實(shí)際導(dǎo)入價(jià)值.

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(編輯胡小萍)

Analysis of the Impact of Energy Price on Residential Distributed Energy System

YANG Yongwen, ZHAO Jialin, QIAN Fanyue

(SchoolofEnergyandMechanicalEngineering,ShanghaiUniversityofElectricPower,Shanghai200090,China)

Abstract:The economy of residential distributed generation systems is explored according to the change of residential energy prices.It is concluded that the PV system in Shanghai has practical value after the ladder-type electricity price is implemented,but the gas generating system does not have practical value because of the poor economy in the implementation of the ladder-type gas price.

Key words:ladder-type electricity price; ladder-type gas price; residential distributed energy system; energy price; economy

DOI：10.3969/j.issn.1006-4729.2016.02.004

收稿日期：2015-07-31

作者簡(jiǎn)介：通訊楊涌文(1981- ),男,博士,講師,江蘇無錫人.主要研究方向?yàn)榉植际侥茉?E-mail:yangyongwen@vip.163.com.

中圖分類號(hào)：TU83；F426.61

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1006-4729(2016)02-0120-05