分布式可再生能源的经济学-为什么我们应该使电力系统民主化，第2部分

ILSR新报告的序列化版本，《电力系统的民主化》，第2部分，共5部分。单击以查看第1部分。

分布式发电的经济学分布式可再生能源的成本下降一直是美国电网转型的主要驱动力之一。

下图说明了投资成本Lazard估算的发电成本，该成本是通过将整个生命周期成本与总发电量的平均值（“平均成本”）进行计算得出的。[1]联邦激励措施会大大降低平均成本可再生能源的形式，包括前期税收抵免以及正在进行的基于生产的税收抵免。

可再生能源的平均成本（危险）：

化石能源的平均成本（危险）：

考虑到联邦对这三种能源的激励措施，风能，地热能和生物质能已经比任何化石燃料能源都便宜。

太阳能光伏是最昂贵的，但具有较低的价格前景。德国的太阳能光伏（10至100千瓦系统）的平均成本已降至每瓦3.70美元[2]，约有1兆瓦的太阳能光伏美国的系统安装成本为每瓦3.50美元，这推高了图表的价格下限。旨在降低系统成本平衡的设计图表发现，最佳实践可以在五年内将太阳能光伏的安装成本降低近60％ ，这还不包括太阳能电池组件的进一步降低成本。[3]以这些价格，可再生能源与大多数新型矿物燃料的竞争非常有利。

（有关科学家联盟）

在此成本比较表中并未涵盖所有成本。可再生能源占多数的电网（来自风能和太阳能等可变能源）将需要与现有电网不同的方法。尽管针对具有大型集中式基本负荷发电厂的系统量身定制了发电调度，调峰和备用功能，但具有分布式可再生资源的电网将需要新的负载平衡技巧，因此有必要使用智能电网技术来实现更大的需求响应并将电力的使用（例如电动汽车充电）推迟到供应量更大的时间，并使用诸如抽水蓄能或电池之类的储能将剩余的生产转移到需求量更高的时间，这也是一个问题，是否会抵消由此产生的任何额外成本这些问题将在本报告后面讨论。

同样，也省略了对化石燃料的隐性补贴（它们曾经获得技术开发的奖励，确保化石燃料能源的军事行动成本以及巨大的环境外部性）。

规模问题

美国太阳能光伏项目的平均规模：10千瓦美国风力发电项目的平均规模：80兆瓦

尽管可再生能源在成本上挑战化石燃料，但可再生能源项目的平均规模仍与传统观念相悖，即越大越好。美国的平均太阳能光伏系统仅为10 kW，风能项目为80 MW。 [4]风力发电通常被认为是规模最大的可再生能源，它提供了一个有趣的教训。

在过去10年中，尽管风电场的平均规模已从35兆瓦增加到90兆瓦，但这几乎完全是由于更大的涡轮机造成的（平均规模在同一时期内从0.71兆瓦跃升至1.74兆瓦）。[5]风电项目没有更多的涡轮机，它们只是使用更大的涡轮机。虽然大型涡轮机的风场可能需要更多的总土地面积（将它们隔开得更远），但所占土地的数量却相对相同，但却提供了更多的电力。

以同样的方式，太阳能电池组件的效率和质量得到了提高，从而允许每个组件输出更多的电力。技术进步实际上减少了对更大的需求。

由于可再生能源项目可以扩大规模和分散地域，因此鼓励分布式网格的发展。但是，情况并非总是如此。

太阳能

太阳能光伏和太阳能热是两种电力技术，太阳能光伏将太阳光直接转化为电能，并且是模块化的，通过将大约200瓦的单个太阳能模块互连成5 kW至50,000 kW（50 MW）的阵列来发电。成本稳步下降，[6]其中模块约占太阳能光伏安装成本，“系统平衡”以及其余部分的人工和安装成本的一半。

集中太阳能热能以多种方式发电，太阳能集中器（镜子或透镜）的常用元件用于集中阳光以产生热量，然后将其转化为电能。项目通常为5兆瓦或更大，在该项目中有多个拟议项目。美国和国际上的数百兆瓦。每一种商业性聚光太阳能技术也都适用于热能存储，因为太阳的热量可以通过多种方法（大多数涉及熔融盐）存储数小时。

由于太阳能光伏发电通常以较小的规模安装在住宅屋顶上，因此许多人认为，与集中式太阳能发电相比，其本质上比中央电站昂贵。

数据另有说明。下图说明了两个示例太阳能光伏项目（一个商业和一个住宅）以及三个最具成本效益的集中式太阳能热电厂的电力成本。[7]商业规模的太阳能光伏发电甚至更小规模的太阳能也可以与大型集中式太阳能媲美。这些ps不考虑长距离传输的成本，这是集中式太阳能发电厂的常见附加项目。

太阳能光伏诉CSP成本：

这些费用由德国较低的分布式太阳能成本[8]和美国最近对公用事业运营的分布式太阳能计划的竞标提供支持。[9]

两种技术都有可能降低价格，但很难看到集中式太阳能如何赢得价格战。经常共享的图形（如下所示）说明了太阳能光伏使用经验曲线，并显示了随着总装机容量的增长，太阳能光伏组件的价格是如何下降的（装机容量增加了十倍通常使组件价格降低了一半）。[10 ]小圆点表示实际的模块价格，大虚线表示趋势。

太阳能光伏组件成本增加10倍，成本降低一半（Ken Zweibel）：

太阳能热电厂的安装基础刚刚超过1,000兆瓦，分为几种技术，而仅在德国，太阳能光伏的安装速度就达到每年4,000兆瓦。由于太阳能热发电项目往往需要多年的规划，融资，在建筑和建筑业方面，在最近的太阳能电力协会报告的摘录的支持下，集中式太阳能热价格的下降幅度不可能像分散式太阳能光伏价格那样迅速下降：[11]

在SEPA跟踪的未来15,000兆瓦太阳能项目中，[聚光太阳能]（CSP）占6,000兆瓦以上，但是CSP和PV在项目开发方面存在差异。可以建造光伏电站，随着时间的推移，可以为大型项目的各个子区供电，从而降低了施工风险和资产负债表的影响。CSP项目需要在调试之前全部完成，从开始到完成需要数年的时间。

即使太阳能可以跟上太阳能光伏发电的成本，但后者更适合分布式发电和当地所有，即使成本相似，也是首选。

太阳能发电的第二个规模经济问题是大型太阳能光伏发电与小型太阳能光伏发电，这里的数据尚无定论。

下图说明了各种尺寸的太阳能PV的每瓦安装成本。前三行是Lawrence Berkeley Labs（LBNL）和California Solar Initiative（CSI）的历史数据。[12,13]最低线表示从其在加利福尼亚的安装者网络向清洁联盟报告的安装价格。[14]

太阳能光伏规模经济：

分布式太阳能具有规模经济，特别是对于非常小的（住宅规模）系统。美国的历史数据表明，尺寸节约超过10 kW，但现代安装数据表明，规模经济存在两个断点，即10 kW和1,000 kW。

来自德国的上网电价太阳能激励计划的数据支持了这一理论。最小的屋顶太阳能电池阵列（最高30 kW）和最大的屋顶太阳能电池阵列（1000 kW以上）之间存在25％的价格差异，其中节省的成本为15个百分点从100-1000 kW功率曲线跃升至最大功率曲线。[15]

换句话说，高达1 MW的项目具有规模经济效益。但是，太阳能电力协会的《 2010年实用太阳能排名》报告[16]中指出，大型太阳能光伏项目的成本效益还有其他障碍。

光伏项目的规模从1千瓦的住宅安装到48兆瓦的发电厂不等，规划期和项目完成时间要短得多，而且这些中小型规模的选址，许可，融资和传输需求也更小。但是，较大的PV和CSP项目（大于50 MW的项目）需要克服融资，选址/许可和传输障碍，而这些障碍可能会在这些较大的规模上出现。

SEPA指出的趋势在一个特定示例中得到了说明：Sunpower在加利福尼亚谷计划建设一个250 MW集中式太阳能光伏电站，并获得10亿美元的联邦贷款担保，该系统的安装成本为5.70美元/瓦，占60％高于1-20兆瓦项目的安装成本。[17]

简而言之，光伏是优先技术，而分布式太阳能要优于集中式太阳能，正如我们稍后讨论的那样，这对太阳能的经济利益具有重要意义。

风力

风力发电的规模经济是相似的：随着风速的增加以及直径更大的叶片，风力涡轮机的功率输出呈指数增长;由于风速随着高度的增加而迅速增加，而更高的涡轮机可以容纳更大的叶片，因此80米或更高高度的大型涡轮机（通常1 MW及以上）无疑比小型涡轮机更具成本效益。

但是，对于多涡轮机项目，数据显示规模经济有限。伯克利实验室（Berkeley Lab）的作者在美国能源部2009年《风能技术市场报告》中指出，聚集了几台涡轮机的项目的成本下降了（5到20兆瓦），但大型项目的运营成本却更高。[18]下图（从报告中重画）说明：

5 – 20兆瓦的风能项目每千瓦成本最低：

该报告的教训是，规模较小的风能项目可以捕获大多数建设和项目规模经济，但也可以避免规模不经济影响大型项目，这些不经济可能包括数十亿美元的融资成本项目成本，新输电基础设施的时间和金钱成本，以及确保大型项目土地权的法律成本，以及克服当地抵抗的成本。在德国，德国拥有世界上一些最有效的可再生能源政策，其27,000兆瓦风能中的一半以上是20兆瓦及以下的项目。[19]并非巧合的是，德国一半的风力发电能力也是农民和合作社在当地拥有的。[20]

还有一些潜在的运营和维护经济性，尽管随着风能项目变得越来越普遍和服务越来越广泛，这些经济性正在下降。

分布式太阳能在零售方面具有竞争力吗？

对于许多分布式项目而言，问题不在于与其他大型发电厂成本或规模经济的比较，而在于分布式发电与电网电力的比较。这种比较的责任在于电网电力主要来自旧的化石燃料发电厂几年前就已经偿还，并产生了严重的污染（包括碳排放）。此外，电网电价也不是一成不变的（自2000年以来每年上涨3.8％）。[21]但是，许多潜在客户使用的是现有的考虑太阳能时的电费，所以比较有好处。

考虑一个安装在洛杉矶的住宅太阳能光伏系统，当地的一个购买小组在联邦政府的鼓励下，以每瓦4.78美元的价格进行了谈判，折合每千瓦时（kWh）17.9美分。由于洛杉矶的平均电价为11.5美分，因此太阳能似乎没有竞争力。

下表说明了确定太阳能是否已达到“电网平价”（例如与电网电价相同）的困难。

太阳能与电网平价–太阳能的竞争是什么？

在洛杉矶，有三套电价.10月至5月（淡季），所有定价计划均采用每千瓦时和总消耗量的固定费率;而在旺季（6月至9月），该公用事业公司提供两套电价。不同的定价计划：使用时间定价和分层定价。分时定价在傍晚和清晨提供较低的费率，即10.8美分，但在高峰时段则高达每千瓦时22美分。价格随小时波动。分层定价在任何情况下均提供相同的统一费率每天的小时数，但随着总消耗量的增加，费率也有所提高。每月消耗350 kWh以下的价格为13.2美分;从350到1,050 kWh的价格为14.7美分;在1,050 kWh以上的每个单位电费18.1美分。

粗略地计算了洛杉矶太阳能电池阵列预期的一天生产时间，发现一年中太阳能生产的kWh的平均值为15.1美分。[22]这表明，即使按使用时间定价，太阳能发电仍未达到电网平价。在检查PG＆E服务区域的使用时间定价时，发现了相似的价值。[23]假设值较高，则分析更为稳健高峰时段的现场用电量可能会改变这些估计。

对于电网连接系统，控制连接的最常见策略是净计量，它允许自发电机在发电时将电表向后滚动，但存在一定的限制，用户通常只能获得账单上的能源费用抵扣额，而不是固定费用的抵扣额，公用事业公司申请收回电网维护成本（及相关税费）。如果在现场生产的电量超过实际消耗量，则意味着向公用事业公司免费提供电力。因此，即使太阳能电池板可以在现场产生所有用电量，计费方式也不会允许客户将电费清零。像CLEAN合同一样，消除这个问题。

根据ILSR的分析，太阳能光伏在美国某些地区的平均电网电价上具有竞争力。随着价格下降至每瓦4美元，太阳能光伏项目可以利用联邦税收抵免和加速折旧-这仅仅是一种激励可用于商业运营–将与纽约，旧金山和洛杉矶（代表4000万美国人）的平均电网电价竞争。

根据使用时间的价格计划（在洛杉矶阳光充足的小时内价格可能会上涨30％），方程式发生了变化。另外有1600万美国人可以使用太阳能光伏发电（还有两项联邦激励措施）以每瓦特4美元的安装成本击败电网价格，即使以每瓦特5美元的价格计算，也有4000万美国人可以使用太阳能光伏发电和联邦激励措施来优化其公用事业公司的分时电费率。

太阳能成本的下降通过使用时间定价达到电网平价：

如上所述，此电网平价计算假设太阳能生产商可以使用联邦折旧，该奖励价值高达项目成本的25％，并且仅适用于租赁其太阳能电池板的企业或房主。以每瓦特2.40美元的价格安装，才能达到5600万美国人的电网平价。

在当前的激励环境下，分布式太阳能已接近成本效益阈值，届时它将突然成为数百万美国人的经济机会。

要了解有关使电力系统民主化的更多信息，请单击以下内容：

第1部分（分布式发电的潜力）第3部分（分布式发电的政治和技术优势）第4部分（使电力系统民主化的监管障碍）第5部分（克服使电力系统民主化的障碍）下载完整报告。

参考文献

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