家庭分布式发电需要哪些政策支持，对电网的要求高吗？
很有意思的问题，值得写一篇长文。这其实是两个问题：一、需要哪些政策支持；二对电网要求高吗？ 主要回答第一个，因为谈第二个还需要对大网络建模，复杂化了。 家庭分布式发电需要哪些政策支持？政策方面，抛开补贴这种非市场的行为不谈，为了让家庭分布式发电更有竞争力，有两点是不可或缺的： 1、电网所采取的电价形式（固定电价、分时电价和实时电价）； 2、有竞争力的上网电价； 还有两个不可或缺的前提： 1、家中有储能，蓄电池或者充电车都可以； 2、智能家居能量管理系统，也就是通过接收不同的电价信息和环境信息，为你的用电行为作出最优的规划。 为了让此问题更有落脚点，我想先讲讲家庭分布式发电为何在我国的未来有发展的潜力。 电能，作为一种清洁高效的能源形式，一直在现代社会中扮演着不可或缺的角色。在我国，由于优质水电资源的逐步减少及新能源发电和并网诸多技术限制，以往主要通过新建火力发电站来满足社会日益增长的电力需求，然而这种能源利用方式越来越难以为继。在这里，我们所说的优质水电资源是指的是： 1）、地理位置位于中心从而方便输送； 2）、通向负荷中心的道路平原及丘陵居多，因此输电走廊的修建费用低； 3）、发电量大。 在这里，三峡是里面最典型的一个优质水电资源。 以往对于火电的担忧主要集中在煤炭资源枯竭上，而从2013年开始，全国各地的雾霾情况愈发严重，公众对于雾霾的担忧日益加剧。火电成为了雾霾的罪魁祸首之一，因此，去火电化成为了国家的当务之急，社会的翘首以盼。 2014年，国家发改委、国家能源局和环境保护部三部委在2014年联合发布了《能源行业加强大气污染防治工作方案》，明确提出控制能源消费过快增长，逐步降低煤炭消费比重，通过强化能源消费总量控制来减轻日益增长的环境压力。 2015年，我国在联合国气候大会上承诺：中国有信心和决心在2030年使单位国内生产总值二氧化碳排放量比2005年下降60%-65%。 火力发电的排放是全球温室效应的主要原因之一，也是降低二氧化碳排放量的主要攻坚目标。所以，以新建火力发电站满足社会电力需求增量的传统方式不再能满足新时代的社会环保要求和公众健康要求[1][2]。 因此，如何降低火电在全国发电总量中的占比，成为了国家的当务之急。随之而来的，是国家电网公司早已提出的“一特四大”战略的枯树逢春，借着雾霾的东风，再一次风生水起。“一特四大”，简而言之就是：特高压、大水电、大煤电、大核电、大型可再生能源发电基地。即，通过特高压为骨架，搭建一张全国互联互通的电网，让有大量煤炭、风、光资源的西部，大量水电资源的西南部，将电能传输到中国经济中心东部。这就是刘振亚董事长以前所说的“特高压治霾”。 但是，随着特高压战略的发展，其劣势也逐渐显现。特高压交流的利用率不高、直流的动辄双极闭锁等问题慢慢暴露，并且，民众对于特大型电网的警惕心理，也使得这一个电力和环境问题出现了很多非电力和环境的阻力。 随着舒印彪董事长的易位、寇伟董事长的上台，一个时代终将终结。之后，国家电网公司正式提出了“泛在电力物联网”战略，虽然目前此战略即使在国家电网内部也没有十分清晰的概念，各个省公司也是按照自己理解各自摸索。但是我认为，家庭分布式发电将是其中非常重要的一环。 这里主要想讨论的是固定电价（FLTA）、分时电价(TOP)和实时电价（RTP）3种电价机制。固定电价的特点是在较长的时间内电价一直保持不变。固定电价虽然简单易行，但不能反映电力供需关系的变化，难以在时间和空间维度上对电力供需关系的优化配置进行引导。固定电价机制是目前我国应用最广的电价机制。 分时电价机制是一种在电力需求高峰期和低谷期分别进行定价的价格策略[3]。由于在电力需求高峰期，电力供应商的运行成本高于在电力需求低谷期的运行成本，高峰期电价一般是高于低谷期电价的。通过分时电价机制，对高峰期的用电行为进行抑制，鼓励其向低谷期进行转移，分时电价机制具有很好的削峰填谷作用[4]。其电价曲线示意图如下所示： 与分时电价相比，实时电价更新的时间步长更短。由于能够进行更加实时的电价更新，实时电价机制可以更准确地反映出系统中的电力供求关系，从而通过经济性激励用户进行负荷转移。通过对实时电价机制的长期和短期利益进行讨论和分析，研究表明，即使在负荷弹性较小时，实时电价机制的效果依旧十分显著[5][6]。其电价曲线示意图如下图所示： （注：负荷弹性表示可供负荷可供协调的余地，例如空调的负荷弹性就很高，24度和25度人体的感受可能不大，但是通过智能家居在关键时候进行控制，就能够很好的节约电费；而电视的负荷弹性就相当低，即使电价再高，也不可能允许智能家居直接将电视关掉） 时变电价机制能够通过电费激励用户进行负荷转移，鼓励用户将可调节的用电行为转移到低谷时期。特别是和装备储能的家庭分布式发电设备相结合，能够起到极大的经济效益，在用电低谷时期（也就是电价低谷）将家庭分布式发电设备所产生的电能储存起来，在用电高峰时期优先使用分布式发电设备所产生的电能，有富余的电能趁机卖给电网，赚取差价。 从这一段叙述，我们可以看出：首先，电价要符合经济规律，有高峰、有低谷，这样才有差价的存在；其次，同一时间买电和卖电的价格要有区别，否则，直接使用电网的电就行，没必要把电卖给电网。 为了讨论当同一时间买卖电价的不同，我们引入一个参数，上下网电价之比： up就是上网电价（卖电），down就是下网电价（买电），这个值越高，说明卖电越贵，自然经济性更好。 至于具体家庭能量管理的模型建立就不叙述了，比较复杂，推导也比较长，模型差不多是这样： 其中一项证明的推导是这样： 所以，从略………………，直接上结论。 家庭分布式发电设备有两方面的作用：首先是对于电网而言，它需要在关键时候（电网用电高峰时期）送出电能，给强力助攻；其次是对于用户而言，它需要在不牺牲用户用电舒适性的前提下，尽量减少用户的电费，也就是经济性最优。 所以，首先我们来看在不同的电价比值之下，不同电价机制时家庭外送电能的示意图： 1、卖电的价格越高，家庭分布式发电设备外送的电能越多。你可能觉得这是一句废话，但是将一句定性的、不言自明的事情进行定量的表述，是十分必要的。 2、RTP（也就是实时电价，最上面那一条），对于家庭分布式发电设备的利用率是最高的。它始终都是能外送电能最多的那一类电价种类。 看完外送电能，再看看经济性，我们也可以顺便看一哈装家庭分布式发电设备和不装家庭分布式发电设备的家庭的电费差异： 1、没有分布式发电设备的家庭（在这里我用的是太阳能，PV），用电价格远高于使用了分布式发电设备的家庭，也就是说，家庭分布式发电设备的经济性还是比较好的； 2、在RTP（实时电价，最下面那一条）机制之下，家庭分布式发电设备的性能能被发挥到极致，不仅从一开始（卖电不给钱，0）就低于其他两种电价机制，而且随着卖电价格的逐渐升高，其经济性进一步和其他两种电价机制拉开差距。简直是家庭分布式发电设备的绝配。 解释一哈，上面的电费之所以很高，是因为我能找到的家庭用电设备的数据（空调、电热水器等），基本都来源于国外的paper，特别是老美的，他们的房子也大，用电也很无所谓，所以参数比较高。 综上所述： 如果要发展家庭分布式发电，需要实施实时电价来最大的发挥其经济潜力，并且，卖电价格也决定了其能为电网提供多少支持以及为用户省多少钱（其核心竞争力）。