[論文レビュー] Prosumage of solar electricity: tariff design, capacity investments, and power system effects

Claudia Günther, Wolf-Peter Schill+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 23, 2019

Smart Grid Energy Management被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、ドイツの2030年における住宅用太陽光発電および蓄電池の投資に影響を与える小売料金および固定買取価格制度の設計を、プロスーメージ（自家消費型）参加者を含む電力システムモデルを用いて分析する。低水準の固定買取価格は太陽光発電の投資を著しく減少させるが、最適な蓄電池容量や自家消費率に及ぼす影響は限定的である。一方、高水準の固定料金部分を有する小売料金制度は、両者を減少させ、家庭の非エネルギー系統コストへの貢献を増加させる。これは、再生可能エネルギーの拡大とコスト配分の両立を図るため、バランスの取れた制度設計の必要性を示唆している。

ABSTRACT

We analyze how tariff design incentivizes households to invest in residential photovoltaic and battery systems, and explore selected power sector effects. To this end, we apply an open-source power system model featuring prosumage agents to German 2030 scenarios. Results show that lower feed-in tariffs substantially reduce investments in photovoltaics, yet optimal battery sizing and self-generation are relatively robust. With increasing fixed parts of retail tariffs, optimal battery capacities and self-generation are smaller, and households contribute more to non-energy power sector costs. When choosing tariff designs, policy makers should not aim to (dis-)incentivize prosumage as such, but balance effects on renewable capacity expansion and system cost contribution.

研究の動機と目的

• 小売料金および固定買取価格制度の構造が、家庭の住宅用太陽光発電（PV）および蓄電池貯蔵システムへの投資意思決定にどのように影響を与えるかを検討すること。
• その結果、再生可能エネルギー設備の拡大、ピーク時のPV系統への送電量、およびドイツにおける非エネルギー系統コスト（電力系統インフラ、再生可能エネルギー支援制度など）に対する家庭の貢献度に及ぼす影響を評価すること。
• 制度設計が、脱炭素化目標の達成と公平なコスト配分を同時に実現し、プロスーメージのインセンティブを歪めないかを評価すること。
• 自家消費を促進するインセンティブ、系統の負荷低減、電気料金消費者間の公平なコスト配分という三者間のトレードオフを明らかにすること。

提案手法

• プロスーメージ家庭をエージェントとして明示的に表現したドイツ電力系統の計算的一般均衡モデルを構築する。
• 市場清算メカニズムを通じて、家庭の投資意思決定と小売電力市場の結果との相互作用を組み込む。
• オープンソースのモデリングツールを用いて、固定買取価格（FIT）、小売料金制度（体積料金型対固定料金型）、技術コスト仮定の異なる組み合わせの下で2030年のシナリオをシミュレーションする。
• シュミットら（2017年）の予測に基づいてPVおよび蓄電池のコストをキャリブレーションし、保守的なコスト低減経路に対する感度分析を実施する。
• 自家消費インセンティブおよび系統接続制約を考慮した異なる料金制度下での家庭の最適化行動をモデル化する。
• 系統レベルの成果指標として、再生可能エネルギー設備総容量、ピーク時の系統送電量、プロスーメージ家庭が負担する非エネルギー系統コストの割合を分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 異なる固定買取価格水準が、住宅用太陽光発電の投資意思決定および最適な蓄電池容量にどのように影響を与えるか？
• RQ2 小売料金制度における固定部分と体積部分の違いが、家庭の自家消費および蓄電池貯蔵のインセンティブにどの程度影響を与えるか？
• RQ3 異なる料金制度設計が、プロスーメージ家庭が負担する非エネルギー系統コスト（例：送電線インフラ、再生可能エネルギー補助金）の合計に与える影響は何か？
• RQ4 プロスーメージのインセンティブを著しく損なわず、ピーク時のPV系統送電量を制限できるような料金制度設計は可能か？
• RQ5 料金制度構造が、系統レベルの要請（ピークカット・谷埋め）とプロスーメージ行動の整合性にどのように影響を与えるか？

主な発見

• 低水準の固定買取価格は、家庭が余剰発電の報酬とシステム規模のトレードオフを考慮せざるを得ないため、太陽光発電の投資を著しく減少させる。
• 最適な蓄電池容量および自家消費水準は、固定買取価格の変化に対して相対的に頑健であり、これは主に発電量と家庭需要の時間的不一致に起因する。
• 小売料金制度における高い固定部分は、最適な蓄電池容量と自家消費率を低下させ、結果としてエネルギー消費への家庭の貢献は低下するが、非エネルギー系統コストへの貢献は増加する。
• 固定料金が高水準の家庭は、送電線インフラや再生可能エネルギー補助金など、非エネルギー系統コストへの貢献が増加し、分配的不平等を生じる可能性がある。
• 最大買取価格政策は、プロスーメージのインセンティブを著しく損なわず、ピーク時の系統混雑を効果的に低減できる。これは、系統負荷軽減の有効なメカニズムである。
• 高水準の固定買取価格と固定料金部分の増加を組み合わせることで、高水準のPV導入を促進するとともに、プロスーメージ家庭が系統コストに公平に貢献することを可能にし、脱炭素化と財政的持続可能性の両立を支援できる。