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了解太陽能如對市場價格產生影響的各種因素
在這篇文章中，我們將通過太陽能的幾個方面來了解它如何以及何時影響電價，特別關注德國和西班牙。該分析的目的并非詳盡無遺，而是提供基本要素，以增強對太陽能對電力市場價格影響的理解。
為什么我們需要關心太陽能？
多份報告證明，太陽能發(fā)電正在經歷快速增長。SolarPower Europe 最近發(fā)布的歐盟 2023-2027 年展望強調了太陽能行業(yè)明顯的積極趨勢。報告來看:
根據中期情景，從絕對值來看，2024 年至 2027 年新增裝機容量將達到 313 GW 到 2027 年底光伏總裝機容量將達到 576 GW。這意味著, 四年內歐盟太陽能發(fā)電量將比 2023 年底運營的 263 GW 增長 119%
即使這些值是直流側功率數值，與 4 月至 10 月太陽能高峰月份期間的歐盟負荷相比，它們確實是非常引人注目。通常，在這幾個月的陽光照射時間內，歐盟的平均負荷在 270 至 300 GW 之間。值得注意的是，以直流值表示的太陽能容量最早將在 2024 年超過這幾個月的平均負荷。
歐盟 2023 年的月平均負荷
太陽能發(fā)電的預期增長不僅限于歐洲；它延伸到全球。根據國際能源署的數據，他們的主要預測預計 2023 年至 2028 年間公用事業(yè)太陽能和分布式太陽能新增容量將分別增加 1525 GW 和 1140 GW 。這標志著與上一時期相比大幅增長（ 2017-2022年），公用太陽能和分布式太陽能分別僅增加了 502 GW 和 366 GW)
全球太陽能容量加速增長（深藍色和淺藍色條）
為什么太陽能會影響市場價格？
需要掌握的一個重要方面是市場價格的形成，特別是在歐洲，其關鍵機制是日前市場。每天都會進行拍賣以確定第二天的每小時價格，由于互聯限制，歐洲大陸被劃分為多個區(qū)域。
這些拍賣取決于需求曲線和供給曲線的交點。供給曲線是發(fā)電商提供的價格組合，由其資產的邊際成本決定。值得注意的是，太陽能和風能等邊際成本接近于零的可再生能源，隨著其在市場上的存在增加，對價格產生下行壓力。
（非常）低價何時出現？
由于市場價格由所選的最高出價決定，風能和太陽能的邊際成本接近于零，有助于降低市場價格。另一方面，依賴于水電和核電的機會成本，可能采用復雜的招標策略，引入額外的動態(tài)因素?；剂习l(fā)電機通常會產生主要與燃料和碳費用相關的邊際成本。雖然這種解釋提供了一個簡化的概述，但重要的是要承認，實際上，各種因素可能會影響投標策略，從而影響最終的市場價格。
考慮到這些因素，剩余負荷和最終市場價格之間出現了很強的相關性。剩余負荷定義為負荷減去風能和太陽能來源的貢獻。
在下圖中，我們介紹了 2023 年歐洲最大投標區(qū)域德國的情況。1個點代表一年中的一小時。X 軸是該小時的剩余負荷，Y 軸是日前市場的每小時價格。,
市場價格與剩余負荷密切相關
對于西班牙來說，剩余負荷與日前價格之間的關系也相對較強。對于這兩個國家，我們觀察到剩余負荷為負的時間，這意味著風能和太陽能的覆蓋量超過了實際需求。
每小時的市場價格也與西班牙的剩余負荷密切相關。
太陽能分布和市場價格 - 德國
現在，讓我們看看一年中太陽能的分布情況。我們在此展示 2023 年德國的結果。下圖顯示了按月的平均小時分布。值得注意的是，12 月 和 1 月太陽能發(fā)電量較低，2 月份已觀察到明顯改善。然而，僅在4月~9月期間才能持續(xù)達到可觀的發(fā)電水平。
匯總每月發(fā)電水平后，所得分布如下所示。值得注意的是，最高產月份（即 7 月）的發(fā)電量比最低產月份的發(fā)電量高出約九倍，凸顯了這些緯度地區(qū)的顯著變化。
這種生產模式反映在市場價格中，如下圖所示，描繪了 4 月~ 9 月的平均日前市場價格。太陽能的影響是顯而易見的，陽光照射時段市場價格普遍較低，形成典型的“鴨子曲線”。
當關注一周中需求最低的一天（即周日）時，對市場價格的影響變得更加明顯。值得注意的是，給定月份內周日市場價格的平均值僅基于 4 或 5 個數據點。值得注意的是，7 月份表現突出，很大程度上是由于 7 月 2 日星期日的一個特定事件，當時價格暴跌至 -500 歐元/MWh 的最低值。
周末期間觀察到的價格下降可歸因于需求下降，導致類似可再生能源輸出的剩余負荷相對較低。下圖顯示了德國每月基于星期幾的負荷分布。出現了一種明顯的模式，周末的負荷較低，周六和周日分別占工作日觀察到的負荷的 86% 和 80%。此外，該圖還突出了季節(jié)性變化，與夏季相比，冬季的負荷更高。
此外，能源危機后總體需求的減少使得太陽能的影響力更大。2023年總負荷為457太瓦時,比2022年（483太瓦時）減少5.4% 。
太陽能發(fā)電和市場價格 - 西班牙
西班牙表現出與德國截然不同的模式。事實上，曲線的頂部相對平坦，這可能可以用不同的因素來解釋，例如具有超大規(guī)格的公用事業(yè)規(guī)模項目的比例較高或更多高發(fā)電水平的太陽能削減。此外，有趣的是，太陽能發(fā)電永遠不會為零，因為西班牙有一些聚光太陽能發(fā)電廠。
因此，西班牙和德國之間的每月總數差異很大。4月~9月，西班牙太陽能發(fā)電量平均每月約4 TWh，其中7月和8月略有改善。值得注意的是，西班牙表現最高的月份的產出僅比產出最低的月份多出三倍，而德國則相差九倍。
如下圖所示，就市場價格而言，明顯的影響是顯而易見的。尤其是四月和五月，價格下降的影響尤為明顯。
當特別關注周日時，影響會變得更加明顯。值得注意的是，西班牙日前市場并未出現負價。
通過檢查平均負荷，我們發(fā)現周末，尤其是周日，需求較低。然而，每月分布與德國不同，負荷保持相對穩(wěn)定的水平，類似于冬季需求。只有在季節(jié)中期我們才會觀察到較低的負荷。較高的夏季負荷可能會導致在此期間太陽能發(fā)電更加明顯，這可能是由于棄電減少（假設有待驗證）。
值得注意的是，已經確定了西班牙進一步增長的潛在限制：
盡管西班牙保持了第二大太陽能市場的地位，但與 GMO 2023 相比，我們大幅下調了太陽能預測。目前預計該國到 2027 年并網容量將達到 46.6 GW，比 2023 年 6 月的預期減少 26%。自用部分的挑戰(zhàn)、許可證處理的延遲、電網限制，以及最重要的是，在缺乏適當的靈活性部署的情況下太陽能捕獲價格下降的威脅，使我們對前景更加謹慎。
相對影響
預計歐盟的太陽能發(fā)電量將在短短 4 年內翻一番，顯然這對電力市場的影響將是巨大的。雖然這篇文章專門關注作為歐洲電力市場支柱的日前市場，但重要的是要認識到太陽能的影響將擴展到電力市場的其他方面，如以下關于影響的文章所示 aFRR 上一個陽光明媚的日子。
然而，正如 Niels Bohr 所說：“預測非常困難，尤其是有關未來的預測。”，存在重大未知因素，使得對太陽能對市場價格影響的任何長期預測都相當棘手，例如：
電池的出現是一個至關重要的因素。隨著更便宜的電池即將出現，有可能緩解“鴨子曲線”并吸收部分剩余能源。然而，值得注意的是，電池不太適合解決德國夏季/冬季的變化。
要求靈活。在整個歐盟，隨著動態(tài)費率的引入和智能電表的推出，需求將變得更加靈活。
需求增加。脫碳過程需要提高我們能源需求的電氣化程度，例如電動汽車和供暖。
盡管如此，我們相信，至少在未來幾年，太陽能的加速發(fā)展將超過這些因素的綜合影響。正如上一篇文章所強調的t，對市場價格的潛在影響可能成為太陽能發(fā)電持續(xù)快速擴張的重要限制因素，至少在其他趨勢發(fā)揮作用之前是這樣。
