屋顶光伏已成澳大利亚能源转型重要组成部分

NEOM公司能源市场分析总监、澳大利亚Octopus投资公司能源市场前投资总监Lumi Adisa在日前发布的一篇分析文章中深入探讨了屋顶光伏系统对澳大利亚国家电力市场(NEM)带来的前所未有的影响。随着屋顶光伏市场继续推动澳大利亚日内需求和价格趋势的变化，客户在未来几年仍将是该国能源转型的重要组成部分。

从电力需求的角度来看，由于天气温和，不需要提供额外的供暖或制冷，澳大利亚春季的电力需求通常处于中等水平，许多最低的运营需求记录也在这个季节被打破。然而，实现最低运营需求的关键因素是屋顶光伏系统装机容量的增长。Adisa的这篇文章深入探讨了屋顶光伏系统在新能源市场中带来的前所未有的影响。

屋顶光伏系统成为应对电价上涨的对冲措施

按人均计算，澳大利亚目前是全球屋顶光伏行业的领导者，约有三分之一的家庭安装了屋顶光伏系统。2022年，屋顶光伏发电量占澳大利亚可再生能源总发电量的26%，该国目前累计安装的屋顶光伏系统总装机容量达到16.3GW，几乎是电网规模光伏系统的两倍(8.7GW)。屋顶光伏市场的惊人增长早在十多年前就开始了，当时澳大利亚联邦政府和地方政府出台了慷慨政策和返利计划，帮助许多家庭用户克服了屋顶光伏系统前期安装成本的障碍。随着技术的突破导致光伏组件成本快速下降，许多澳大利亚家庭将这项技术视为多年来应对电价不断上涨的对冲措施。

图1 澳大利亚安装的屋顶光伏系统装机容量与峰值需求对比图

澳大利亚的屋顶光伏市场发展对澳大利亚国家电力市场(NEM)产生了重大影响，包括改变日内需求，降低大型光伏系统的收入，改变热电资产的日内运营，以及增加对灵活发电的需求。如图1所示，在过去的六年，澳大利亚安装的屋顶光伏系统装机容量增长了3到4倍，这是一个惊人的结果。特别是新南威尔士州在过去六年中取得了巨大的增长，最近超过了昆士兰州，成为澳大利亚安装屋顶光伏系统的领先州。然而其他州的电力需求在同一时期保持相对平稳。

如上所述，澳大利亚的运营需求是电力总需求减去屋顶光伏发电量。因此，假设澳大利亚的电力总需求保持不变，随着屋顶光伏发电量的增加，白天的运行需求减少。考虑到运营电力高峰出现在日落之后，这意味着屋顶光伏发电是澳大利亚各州可再生能源的日间发电需求的关键驱动因素。

图2新南威尔士州按时间划分的屋顶光伏发电与一天不同时间的运营需求

如图2所示，在屋顶光伏的装机容量增长的推动下，特别是在新南威尔士州(其他各州也是如此)，日间的电力需求多年来一直在增长。预计这将继续推动对电池储能系统等灵活资源的投资。新南威尔士州从低谷到峰值的电力需求目前约为3GW。由于该州在未来10年将面临燃煤发电厂退役(约6GW)带来的巨大容量缺口，天然气发电厂和储能系统将如何满足这一增长趋势还有待观察。最近，该州宣布计划部署一些大型电池储能项目，例如Riverina电池储能系统和Darlington Point电池储能系统。而在储能领域另一个值得关注的关键发展是2GW的Snowy 2抽水蓄能发电项目。目前尚不清楚该项目开发商能在多快的时间内上线运营这个项目，以帮助管理该州日益增长的日间需求。

从积极的方面来看，新南威尔士州安装的屋顶光伏系统装机容量增长(在一定程度上)弥补了Liddell燃煤发电厂在去年退役之后留下的供应缺口。也许这两件事(Liddell燃煤发电厂的退役和屋顶光伏系统装机容量增长)是相关的，并且是可以预料的，因为消费者试图保护自己免受容量短缺留下的高额电费的影响——尽管这是一个需要进一步分析的问题。

图3 澳大利亚务州从2017到2023年的日内运营需求差异

如上所述，随着燃煤发电厂逐步退役的新能源政策，这种上升趋势在澳大利亚各州都可以看到，这是澳大利亚各州和联邦政府以及其他政策制定者必须解决的挑战。图3描述了澳大利亚各州从2017到2023的日内运营平均需求的差异。虽然这些州的峰值电力需求几乎没有变化，但白天的需求趋势已经发生了变化，主要是由屋顶光伏系统驱动的。澳大利亚各州的共同趋势是中午的电力需求下降，非白天时段电力需求增加，这突出了多年来屋顶光伏发电带来的持续影响。

在昆士兰州，6年来中午的平均需求下降了超过1GW，而晚上的峰值需求增加了250MW以上。维多利亚州在同一时期也出现了类似的日间需求曲线，中午需求下降了约1GW，晚上峰值需求增加了200MW以上。峰值负荷最大的新南威尔士州的日间发电量变化最大，中午的电力需求下降了近2GW，而晚上峰值需求增加了约100MW。这些趋势引发了人们对各州不断变化灵活性需求的质疑，以及考虑到在这些州占主导地位的燃煤发电厂退役的情况，新能源未来的发电组合应该是什么。尽管人们已经看到许多有关电池储能系统的最终投资决定(FID)公告，但部署分布式储能系统仍然是一个挑战。鉴于目前屋顶光伏系统装机容量增长的趋势，政策制定者将会关注配电网的建设，寻求一些缓解供电紧张的机制，这只是时间问题。

新的一天正在到来

然而，由于种种原因，南澳大利亚州的情况与其他州相比是独特的。以下是南澳大利亚目前的情况：

•在澳大利亚各州中需求峰值最低。

•可再生能源发电量在其发电组合中所占比例最高。

•在其发电组合中没有燃煤发电厂，增加了天然气发电厂和电池储能系统，涵盖了所有灵活性需求。

由于南澳大利亚州的峰值需求约为3GW，该州安装的屋顶光伏系统装机容量的增长对运营需求的影响被放大了。正如前面的图1所示，南澳大利亚州的屋顶光伏系统装机容量和峰值需求之间的差距在各州中最小，这两条线相交只是时间问题，这意味着该州的屋顶光伏系统装机容量将高于峰值需求。因此，在澳大利亚的春季，当需求通常较低和阳光辐照度通常较高时，屋顶光伏系统对南澳大利亚州运营需求的影响是明显的。澳大利亚能源市场运营商(AEMO)曾经预测，南澳大利亚将出现运营需求为零或负的事件。人们现在已经在南澳大利亚州目睹了一些零电价或负电价的事件，南澳大利亚州最近的运营需求为零或负的事件发生在2023年10月1日(图4)。

图4 南澳大利亚州在2023年10月1日的运营需求

在2023年10月1日，南澳大利亚州电网的运行需求最终在下午1点左右降至零(甚至为负)，该州的屋顶光伏发电量占总发电量的78%。在这种需求水平下，其他发电设施的电力出口到邻近的维多利亚州，其中6%来自光伏系统，13%来自风力发电设施，4%来自天然气发电厂。由于可再生能源的高渗透率，70MW的天然气发电厂被电网运营商用于电力系统的安全运营。值得注意的是，电池储能系统发挥重要的作用，因为它们利用了过剩的电力充电。

然而，屋顶光伏系统的这种惊人增长的影响超出了需求。

屋顶光伏发电量增长也导致市场价格受到严重影响，特别是在春季。由于可再生能源低成本的电力供过于求以及运营需求低于正常水平，春季的负定价情况会加剧。

图5 澳大利亚各州负定价的数量(春季与其他季节)

如图5所示，在过去六年中，澳大利亚各州的负定价事件数量有所增加。事实上，2023年已经打破了负定价的记录。不出所料，这些价格下跌的时期大多发生在春季。春季出现的负定价已经占到澳大利亚新能源市场负定价事件的三分之一至一半以上。有趣的是，新南威尔士州直到大约三年前才出现负定价，这些负定价事件的增长与该州屋顶光伏系统装机容量的惊人增长相吻合，如图1所示。

然而，这里的关键问题是：屋顶光伏系统装机容量与负定价事件之间存在什么相关性(如果有的话)?如图6所示，阳光辐照度高的季节(夏季和春季)表明，在澳大利亚各州，屋顶光伏系统满足的潜在总需求百分比更高。春季的屋顶光伏系统渗透率与负定价事件之间的相关性最为明显。在2023年，春季的前两个月合计占澳大利亚新能源市场负价格的35%左右，屋顶光伏发电量平均约占总潜在需求的15%左右。然而，屋顶光伏系统装机容量增长只是推动负定价的一个因素，而其他因素也在这些定价结果中发挥了作用，例如并网可再生能源的发电量和燃煤发电的不灵活性。

图6屋顶光伏系统装机容量与澳大利亚各州在各个季节的负价格

政策制定者试图减少这些来自家庭的大量电力出口对电网的影响。例如南澳大利亚州政策制定者推出了一项新规定，要求所有新的屋顶光伏系统采用新的逆变器控制技术，以解锁这些屋顶光伏系统向电网出口的能力，使其能够根据电网的需要提供电力。在昆士兰州等其他州，一些配电网络供应商没有对屋顶光伏发电进行灵活控制。

展望未来，在澳大利亚各州的新能源市场，屋顶光伏系统装机容量的增长不会看到任何放缓。由于澳大利亚大部分燃煤发电厂将在未来十年内退役，加上现有的激励措施，预计这些退役的燃煤发电厂带来的价格上涨将会促进屋顶光伏系统的采用，因为消费者希望降低电费。

这种向清洁技术转变的能源供应结构，以及屋顶光伏系统满足日间需求带来的变化，预计将在未来几年推动日益增长的灵活性需求。这在多大程度上导致了分布式电池储能系统或社区电池储能系统的大规模采用还有待观察。令人鼓舞的是，人们开始看到电网规模电池储能系统的采用有所提高，一些创新的项目融资支持了它们的发展。

很明显，在屋顶光伏系统及其对电网的影响方面，需要向澳大利亚学习的地方很多。例如，NEOM公司制定了采用100%可再生能源的目标，因此，从一开始就在其中央规划和设计中实施了分布式能源(DER)的强大战略。如果规划得当，屋顶光伏系统等分布式能源可以对电力系统产生非常积极的影响。例如，在输电线路发生重大停电事件时，分布式能源(DER)的资源可以为关键业务(如医院)保持供电。

总而言之，澳大利亚安装的屋顶光伏系统装机容量的空前增长表明，世界各地的电网正在通过分布式发电设施迅速增长而得到发展，而全球电力服务商将利用屋顶光伏系统提供服务，并在应对相关挑战时具有一定的灵活性。