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小型太阳能发电将引起用电新革命
小型太阳能发电将引起用电新革命

【作者: 吳駿驊】2017年06月08日 星期四

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目前小型系统仍极度仰赖创新的融资及商业模式,以及政府法令与当地电力公司的配合,但随着市场环境成熟,将带给电力市场巨大及长远的影响。



图二 : 小型分散式太阳能系统有望成为一般家庭替代传统能源最佳的解决方案之一。
图二 : 小型分散式太阳能系统有望成为一般家庭替代传统能源最佳的解决方案之一。

然而传统电厂电力成本并非单一,太阳能电力也具有周期性与地理性差异之特性,因此在导入太阳能电力的过程中,除了大型地面电站大规模的安装外,在经济诱因主导下的小型分散式太阳能系统,将给电力市场带来巨大及长远的影响。


然而传统电厂电力成本并非单一,太阳能电力也具有周期性与地理性差异之特性,因此在导入太阳能电力的过程中,除了大型地面电站大规模的安装外,在经济诱因主导下的小型分散式太阳能系统,将给电力市场带来巨大及长远的影响。

太阳能发电逐渐成便宜的能源来源


过去几年太阳能发电成本持续下降,太阳能已成为便宜且干净的能源。至2015年,全球已有部分国家,如德国、义大利、西班牙及日本等国的太阳能光电成本早已低于传统发电方式,通过「市电同价」门槛。

太阳能发电成本快速下降


过去20年太阳能模组制造成本持续下降,这种情况被归纳成为太阳能面板的价格学习曲线,而此一曲线也称为Swanson定律,意即每当全球累积安装量倍增,太阳能模组成本将下降约20%。这主要归功于制造生产达到经济规模,使成本快速下滑,以及技术进步,使发电转换效率提升。在这样的下降趋势,至2015年为止,太阳能模组所占整体系统成本,约只剩三至五成左右。


而太阳能电厂成本,除了太阳能面板主体之外,还包含其他周边设备以及融资成本,统称BOS(Balance Of System)。因此在太阳能面板价格下滑、周边设备成本下降、创新商业模降低融资成本等情况下,最终导致太阳能发电的均化成本(LCOE)下降。


@中標:根据美国能源资讯局资料,美国太阳能发电的均化成本,从2009年至2014年短短五年之内大跌超过78%,太阳能发电成本从平均每瓦约3.6块下降至平均每瓦约0.8块,若按照此成本下降趋势预测,太阳能电力很快将成为全球最便宜的发电方式。


「市电同价」指的是太阳能电池发电成本与电力公司电网的售价相比,可以达到相同价格甚至更低,被当成一个比较太阳能发电与传统石化燃料发电成本的指标。各界纷纷冀望超越此门槛后,太阳能系统可以在全球大量部署,以取代传统石化能源。


「市电同价」指的是太阳能电池发电成本与电力公司电网的售价相比,可以达到相同价格甚至更低,被当成一个比较太阳能发电与传统石化燃料发电成本的指标。各界纷纷冀望超越此门槛后,太阳能系统可以在全球大量部署,以取代传统石化能源。


全球各国拥有不同的日照环境,电价也有高低差异性,使各国在评估太阳能电力成本时有不同的比较水准。随着时间演进,部分国家开始逐一通过此门槛,在2012年,首先通过的是拥有高电价且高日照的地区,以欧洲国家为主,例如德国、义大利、西班牙等,南半球则以澳洲为代表。另外采用独立电网的夏威夷,也因大量采用进口燃油,发电成本较高,也是首先通过市电同价之区域。


在2012年至2015年之间,第二波通过的国家,则是已开发国家中电价偏高之区域,如日本、法国及美国加州,但也逐步包含了发展中国家,如巴西、土耳其等。随着太阳能成本持续下降,预计2015年之后,市电同价之区域逐渐扩展至中国与印度两大市场以及全球其他更多区域。

传统电网供需与输配成本具波段变化


传统电网供需与输配成本具波段变化

电力需求具尖峰与离峰之周期性变化


人类天性为日出而作,日落而息的生活型态,使一天当中用电量变化产生周期特性。在正常情况下一整天的电力消耗如下,黎明时是整体电力消费的最低点,随着人们起床开始进行活动,用电量开始上升,至中午附近是整天用电的尖峰时段,到了黄昏用电量则减少。


电力供给需反映尖峰与离峰变化

电力供给需反映尖峰与离峰变化


电厂一旦发电,电力难以被大规模储存,因此传统电网为了满足随时变动的电力需求,只能依赖可以快速调配的电网设计。传统电网供给通常由以下三类电厂组成,分别是基载电厂、中继电厂以及尖峰电厂。这三种电厂依照一天当中的需求变化,依照顺序开启,随时调整供电。基载电厂特点为发电成本低、启动速度慢、因此需满载运转,通常选择燃煤或核能电厂,作为整体电网最基本的发电供给,其一天24时均为开启状态;中继电厂的角色,则是当电网需求超过基载时,则会循序启动,其发电成本较基载高,但是反应速度快,通常为天然气电厂;最后是尖峰电厂,只有在尖峰时刻,也就是中午附近打开几个小时,以应付短时间突然升高的电力需求。


此种电厂需要能在短时间内开启与关闭,随时配合调度,通常为燃柴油或重油电厂。


因尖峰电厂燃料成本相较前面两种电厂为高,再加上一天只开启几个小时,产能利用率低,因此发电成本高昂。在这三种电厂组合下,传统电网的边际供给成本极高,形成一条在末端陡峭接近垂直的供给曲线。

































表:基载、中继、尖峰电厂比较

发电厂种类

基载发电

中继发电

尖峰发电

1

2

3

启动顺序

燃料类型

核能、煤

天然气

启动速度

启动速度

发电成本



资料来源:资策会MIC,2015年11月


每个国家因各国环境差异有不同种类电厂配置比例,但所有电网均需处理尖峰、离峰需求变动问题,一定会设置尖峰发电厂,以致边际发电成本偏高。在此成本结构下,部分地区会采用随分时收费机制,在尖峰时段收取用户电价为离峰时段的数倍。以美国电力公司PG&E为例,其采用的分时费率让尖峰与离峰差距可达8倍之多。


对电力公司而言,尖峰收费是其公司重要的利润来源,因为在尖峰时段,基载与中继发电成本仍然与离峰时段相同,却可以极高的边际价格出售,成为最高毛利的产品。

对电力公司而言,尖峰收费是其公司重要的利润来源,因为在尖峰时段,基载与中继发电成本仍然与离峰时段相同,却可以极高的边际价格出售,成为最高毛利的产品。


传统电厂为大型集中式发电,通常设于人口密度较低的区域,透过高压传送至都会或工业区域后,再经中低压配电线路配送至用户端。从电厂发出来的电,有很大的比例在传送过程中耗损,再加上分摊高额电网架设费用后,输配电成本约占终端电力成本三成,依照各国状况比例稍有不同。对台湾而言,用电量集中于北部,但电厂设置集中于中南部,除了传送成本增加之外,另外还须承担中间断路的风险成本。


图三 : 各国领导厂商纷纷开发家用型太阳能结合储能系统
图三 : 各国领导厂商纷纷开发家用型太阳能结合储能系统

小型分散式太阳能系统有望成为一般家庭替代传统能源最佳的解决方案之一。


在市电同价下,除了大型地面太阳能电站之外,小型分散式太阳能系统成为一般家庭替代传统能源最佳的解决方案之一。当中午电费最贵的尖峰时段,住户采用相较便宜的自发太阳能电力,离峰时段则选用便宜的电网电力,价差之下产生经济诱因,驱使更多的住户加入安装小型分散太阳能行列。

与零售电价最先同价


与零售电价最先同价


因此安装于屋主自家屋顶之小型分散式太阳能系统可以自发自用,减少输配电的线路成本,且不需要被电力公司利润所分食,故对一般住宅住户而言,虽然小型系统平均安装费用较大型电站为高,但只要最终发电成本低于电网的零售电价,即产生了安装太阳能系统的诱因。

发电周期与家庭用电周期高度重合


太阳能发电周期与日照相同,以中午时段发出最多电力。太阳能发电与住户用电高度重合,重合部分正是尖峰电厂开启、全日最高电价时段,因此对住户来说,在最贵的电价时段使用自发的太阳能电力,是有极大的经济诱因。


配合政府的净电量政策,住户除了自发自用之外,多余的电可以卖回给电网,不足的部分则从电网补充,增加用电的弹性。虽然每个家庭可以安装的容量不多,但随太阳能成本持续下降,经济诱因将会持续扩大,这种透过经济诱因驱使众多住户改变行为模式,将成为一股如蚂蚁雄兵般,自发性的太阳能安装动能。

导入后 整体电网呈现新供需


屋主安装小型分散式太阳能系统后,消费自有之太阳电力,将使整体电网尖峰需求减少,导致总体电力需求曲线内移,而此时正是电力公司毛利最高的时段,电力公司首先面临流失安装太阳能家户营收的直接冲击,此为第一波冲击。当电力公司首先面临第一波的冲击后,随后遭遇更大的危机。因为陡峭的电力供给曲线,意味着在尖峰时段电力价格弹性极高,只要减少小量需求将造成边际价格剧烈下降。短期而言,电价经过电力委员会审核通过,因此有一定的价格僵固性,电力公司仍可以跟其他住户收取高额尖峰电价,但是长期上,市场均衡价格将下跌。


上述变动将使电力公司,造受数倍于第一波的损失,而且经历第一波的冲击之后,尖峰电厂产能利用率滑落,造成发电成本进一步抬高恐将加速此恶性循环,形成第二波冲击。

带动储能需求 恐降低对电力市场依赖


小型分散式太阳能系统发电规模超过住户所消耗的电力,可卖回给电网,或是储存起来等离峰时使用,但把多余的电卖回给电网,需要政府政策配合并偕同电力公司开放电网。然而由于受上述冲击影响,故导致各地电力公司多持消极态度,游说当地电力管理当局设置系统收购数量或价格上限等条件限制,甚至坚持安装太阳能的屋主,也需要一起分摊电网费用,用以降低一般家户安装太阳能之意愿。电力公司的反制措施,带给小型分散式太阳能发展阻力,然而家庭用储能系统兴起,提供一个减少对电网依赖及降低电力公司抵制的良好的解决方案。透过家庭型的储电设计,把多余的电储存起来在离峰时使用,能达到有效调节及管理家庭能源。


因此随着小型太阳能系统安装增加,将带动小型储能系统需求,而储能系统也帮助小型太阳能系统,突破电力公司所设下的障碍,带动新一波的安装动能,两者呈现互补的发展模式,将有望摆脱电力公司钳制而形成第三波冲击。


结论


不过LCD TV的市场潜力受到各方瞩目却是不争的事实,台湾身为全球前三大LCD生产基地之一,未来除了面板的出货量与品质外,整体上下游产业的配合也是相当重要的关键,我国目前的产业上下游整合度尚不如日本完整,对于关键技术的掌握也有待加强,加上国内厂商缺乏TV的行销通路,在未来LCD TV为市场接受后的发展不利,所以国内厂商其实还有很长一段路要努力。
不过LCD TV的市场潜力受到各方瞩目却是不争的事实,台湾身为全球前三大LCD生产基地之一,未来除了面板的出货量与品质外,整体上下游产业的配合也是相当重要的关键,我国目前的产业上下游整合度尚不如日本完整,对于关键技术的掌握也有待加强,加上国内厂商缺乏TV的行销通路,在未来LCD TV为市场接受后的发展不利,所以国内厂商其实还有很长一段路要努力。

各国领导厂商纷纷开发家用型太阳能结合储能系统


太阳能在尖峰时段发电的周期特性,与传统电网结构形成互补。与大部分大型太阳能电站采用政府的补助机制不同,小型分散式系统是由屋主自主性的经济诱因带动,推动太阳能市场朝向无补助的自由市场机制发展。虽然目前小型系统仍极度仰赖创新的融资及商业模式,以及政府法令与当地电力公司的配合,但是随着市场环境成熟,这些问题也在逐步解决中,小型分散式太阳能将带给电力市场巨大及长远的影响。

太阳能在尖峰时段发电的周期特性,与传统电网结构形成互补。与大部分大型太阳能电站采用政府的补助机制不同,小型分散式系统是由屋主自主性的经济诱因带动,推动太阳能市场朝向无补助的自由市场机制发展。虽然目前小型系统仍极度仰赖创新的融资及商业模式,以及政府法令与当地电力公司的配合,但是随着市场环境成熟,这些问题也在逐步解决中,小型分散式太阳能将带给电力市场巨大及长远的影响。...


虽每个国家平均电价有差异,但是尖峰电厂成本远高于平均电价,若以太阳能发电成本与当地尖峰发电成本比较,达到市电同价的国家,将会比预估的还多。如果当地采用分时电价机制,不需等到太阳能成本低于平均电价,只要有助于住户减少尖峰用电量,即可推动小型分散式太阳能系统安装。

一旦通过市电同价门槛 市场将加速发展


一旦小型分散式太阳能系统在一个区域内达到市电同价,随着技术发展,发电成本只会更低,与电网价格差距会越来越远,随着价差增加,对于屋主安装自发自用太阳能系统的诱因将会增加。除此之外,住户安装太阳能系统将会持续运作供电二十年,电力公司没有能力重新争取此客户,造成长久性的营收流失。


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