博客
德克萨斯州配网级别太阳能蓬勃发展
Titiaan Palazzi，落基山研究所高级咨询师；Dan Seif，前落基山研究所董事
长久以来，德克萨斯州以石油和天然气行业闻名。过去十年来，德克萨斯州的名片上又增添了风电这一清洁能源。如果把德克萨斯州看作是一个国家，它将是全球第四大风电生产国。而最近几年，又一项清洁能源也在德克萨斯州蓬勃发展，即太阳能光伏发电。
迄今为止，德克萨斯州已建成1.8 GW的太阳能项目，其中80%以上是在过去两年中建成的，这使德克萨斯州在全美太阳能新建装机容量排名中名列第三。目前，德克萨斯州太阳能产业就业人数约为1万人，比三年前增长了一倍多。
更让太阳能支持者兴奋的是，德克萨斯州主要的电网运营商德克萨斯电力安全运营公司（ERCOT）预测：从现在到2031年的8种潜在发展情景中，其中6种情景下太阳能都将是唯一经济可行的新建电力来源，新建太阳能光伏装机容量预计达到15到28 GW之间。
德克萨斯州大多数太阳能项目均为电力公司规模，即在空旷的土地上安装的大规模太阳能光伏阵列，通过高压传输线路将太阳能电力输送到达拉斯、休斯顿、奥斯汀和圣安东尼奥等城市。不过现在，一种不同的太阳能发展形式正在迅速崛起。这种形式是由地方电力合作社和市政电力公司主导，购买在城市郊区安装的连接配电网的装机规模在1到10 MW之间的“配网级别”太阳能光伏项目。德克萨斯州20多家小型电力公司已开始发展配网级别太阳能项目，总装机规模达100 MW左右，相当于一家小型天然气发电厂的发电规模。
节省电网基础设施成本
配网级别太阳能发展形式受到青睐的主要原因在于其较好的经济效益。在德克萨斯州西部地区，一组1 MW的光伏阵列可以为小型电力公司节省最多达50%的电力采购成本，按照20年期限购电协议（PPA）计算，每组阵列能够实现大约150万美元的净现值（NPV）。而在德克萨斯州中部地区，由于日照强度较低且土地成本较高，每组光伏阵列可实现的净现值在25万美元到100万美元之间。
这些经济优势从何而来？一方面是太阳能发电成本的大幅下降。过去五年中，装机容量为1到10 MW项目的成本已从2011年的每瓦4.5美元下降到了2016年的每瓦2.2美元，降幅超过50%，而今天德克萨斯州的价格可能只是后者的一半。
但成本下降只是一个方面。配网级别太阳能经济优势的另一个原因是太阳能价值的提高。被太阳能所替代的电力变得越来越贵了吗？不是，事实恰恰相反。由于低成本天然气的冲击和发电能力过剩，德克萨斯州近年来的电力批发价格普遍较低。自2011年到2016年，德克萨斯州平均电力批发成本已从每兆瓦时53美元下降到了每兆瓦时25美元，降幅达54%，而且电力期货市场也呈现出了同样的趋势。
如果被太阳能替代的电力越来越便宜，太阳能的价值怎么会提高呢？其关键原因在于配网级别太阳能不仅避免了电力批发成本，还节约了其他相关的非能源成本，如配电网络、发电装机等基础设施建造成本，尤其是输电部分。
德克萨斯州输电成本上涨
德克萨斯州的主要电网ERCOT覆盖了该州约60%的面积，为州内约90%的人口服务。ERCOT的输电成本已从2006年的每千瓦不到20美元增加到了2018年的每千瓦53美元（预测值）以上，12年间增长了168%，平均年增长率达9%。许多德克萨斯州人认为，为输送德克萨斯州西部和西北部地区低成本电力（主要为风电）而建设的竞争性可再生能源区域（CREZ）输电线路是输电成本增加的罪魁祸首。
但实际情况并非如此。即使在收回CREZ输电线投资之前，ERCOT的输电成本也在以平均每年6%的速度增长。
德克萨斯州输电成本增长并不是ERCOT一家公司的问题。覆盖了美国大部分大平原地区及德克萨斯州20%土地的西南电力集团（SPP）也遇到了类似的输电成本增长问题。在ERCOT和SPP覆盖区域都有经营的德克萨斯州输电级别电力公司Golden Spread电力合作社在报告中称，他们的输电成本在2012到2016年间增长了60%，平均每年增长12%。
全美性问题
能源成本是配网级别太阳能发展的关键推动因素，作为能源成本的一部分，基础设施成本的增长是全美各地都在面临的普遍性问题。
下图显示，不包括发电装机摊销的电力批发成本如今只占电力供应成本的不到30%。这与我们在10年前看到的成本结构完全相反，当时电力批发成本占电力供应成本的大约70%。现如今，电力成本的主要部分都被用在了“冰冷的金属”上——包括电线、电线杆、变压器、变电站和发电资产（即使是在停机状态下），及其管理费用、维修运营和税务成本等。
是什么原因造成了输电花费在十年间上涨160%，从2007年的每年80亿美元提高到2016年的每年210亿美元？
输电成本的增加是由多种因素造成的，包括因2000年代初期投资力度不足后的追赶式投资，输电安全和通信系统的更高要求，连接低成本可再生能源和负荷中心的新建输电线路的建设，还有也许是最重要的原因，即享受回报保证的电力公司由于已经拥有足够的发电资源，而将投资重点从发电资产转向输电基础设施。
电力系统输电成本增加的同时，得益于能效技术的广泛应用，全美用电总量从2007年起就一直保持平稳。当不断增加的基础设施成本分摊到固定的电量时，每千瓦时电量的成本就相应提高了。事实上，尽管发电成本降低，美国平均零售电价却从2007年的每千瓦时9.1美分增长到了2016年的每千瓦时10.3美分。
在德克萨斯州如何节约电费
在配网级别太阳能系统中，电力生产和负荷距离更近，避免了对输电网的使用，也基本不需要使用输电网或输电水平的发电装机。这就像租下了靠近自己住处的办公室，不需要上收费高速公路就能轻松出行。不使用高速公路，自然就不需要为其支付费用。
当然，只有在公平机制下，司机才能享受到的成本节约。以高速公路为例，就是只有在使用高速公路时才需要付费。幸运的是，多数德克萨斯州电力公司都与他们的发电和输电（G&T）公用事业单位和/或批发电力电网一起设置电费结构，因此能够准确反映太阳能对电网带来的价值。
输电和发电装机电费取决于电力公司在系统峰值期间的负荷大小，因为峰值管理是决定电力基础设施规模和成本的根本因素。德克萨斯州的系统峰值一般出现在炎热夏季工作日的下午。太阳能发电技术依赖于太阳能的强弱，配网级别太阳能项目在系统峰值时段一般能发电，从而得以抵消输电和发电装机成本。
ERCOT对装机超过1 MW交流电的分布式发电项目采用了不同的电费费率。因此，德克萨斯州多数项目的装机都是0.99 MW交流电。有时，两个装机各为0.99 MW的项目会在相邻地点开发，组成总装机1.98 MW交流电的组合项目。
配网级别太阳能项目带来的多种价值
太阳能峰值产量常常能够抵消地方电力公司变电站峰值。因此，如果变电站已经临近峰值极限，那么配网级别太阳能光伏项目就可以在真正意义上延长当前变电站变压器的使用寿命。
下图展示了一个位于德克萨斯州中部装机为0.99 MW交流电的配网级别太阳能阵列可带来的经济效益，也就是成本节约。虽然不同电力公司各个单项效益的绝对价值和相对价值会有波动，但下图清晰显示了配网级别太阳能项目可以带来的一系列价值。
德克萨斯州电力公司可以通过借鉴落基山研究所开发的公开模型工具来评估项目的具体效益。
未来发展展望
根据德克萨斯州近期一系列项目的签约情况（4年间装机规模从0增长到100 MW），以及对实际净现值自下而上的透彻分析，显然这些项目对德克萨斯州多数电力合作社和市政电力公司都具有相当的吸引力。而且这些电力公司并不需要大量的现金储备就可以发展配网级别太阳能。在多数情况下，电力公司都可以通过签订购电协议来确保太阳能项目所生产的电力。
这一趋势并不只在德克萨斯州一地出现。之前提到的全国性输电成本与非能源成本的增长正促使各地电力公司也纷纷开始尝试此类项目。美国农村电力合作协会报告称，有超过200家电力合作社已安装了配网级别太阳能阵列。
再次聚焦到德克萨斯州，在过去的3个月里，圣安东尼奥市政电力公司CPS已对5 MW装机太阳能光伏项目进行了招标，同时另外三家市政电力公司也为7 MW装机的太阳能光伏项目发出了招标公告。落基山研究所的ShineTM团队也召集了3家能源买家、2家合作社电力公司和一所位于市政电力公司服务范围内的大学，为13.25 MW装机太阳能和太阳能加蓄能项目发出了标书。