分布式光伏發電經濟效益分析

張銘杰

(廣東電網有限責任公司 佛山順德供電局，廣東 順德 528300)

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分布式光伏發電經濟效益分析

張銘杰

(廣東電網有限責任公司 佛山順德供電局，廣東 順德 528300)

摘要：隨著能源格局的調整，分布式光伏發電將變得越來越重要；但光伏發電初投較大，其建設和普及不應是盲目的，而應建立在科學的經濟效益分析的基礎之上。綜合光伏發電收益、光伏發電成本、系統備用容量成本和系統網損改善增益等幾個方面的要素，確立了分布式光伏發電的經濟效益評價原則，構建出了合理的評價模型，并進行了算例計算，計算了光伏發電的正向效益、負向效益和總效益，最后進入總的評價和分析，得出了相關結論，即從綜合角度看，光伏發電的廣義收益大于廣義支出。隨著技術的不斷進步，光伏組件的價格會大幅走低，光伏電池的光-電轉化效率會大幅上升，屆時直接經濟效益將日益凸顯，政府應運用公益性資金適當擴大光伏發電普及面。

關鍵詞：光伏發電;經濟效益;分析

隨著煤炭等傳統能源的日益緊張以及環境污染的不斷加劇，應用清潔新能源的呼聲日益高漲。在眾多新能源構成的序列中，分布式光伏發電正呈現出越來越強勁的發展勢頭。光伏發電初期投入較大，但同時帶來發電效益和低碳效益，如何衡量光伏發電投資與經濟效益之間的關系成為推廣光伏系統的重要砝碼。本文基于光伏系統全壽命周期，從廣義的經濟效益出發，構建合理的評價模型，以尋求該課題的突破。

1評價原則的確立

結合多年的電網工作經驗，分布式光伏系統經濟效益的評價原則為：1)對于不同考察對象，經濟效益有正有負，應將各種正負效益逐一列出，然后進行總加統計，以此形成總的經濟效益；2)正向經濟效益是一個廣義的概念，其既包括太陽能轉化為電能所產生的直接效益，也包括因光伏發電而減少的碳排放(相當于節省了治理碳排放的資金)；3)反向經濟效益主要指光伏發電所需消耗的成本，但不限于光伏組件、逆變系統和接入系統等直接費用，還應包括因吸納光伏系統而需增加的系統備用容量的成本；4)因光伏接入而導致的網損變化也是需要考慮的因素之一，計算經濟效益時應考慮資金的時間價值，即在采用“復利”的基礎上進行現值和年值的轉換。

2評價模型的建立

2.1光伏發電的正向效益計算

1)電量效益。以第t年為考量水平年，其發電量計算和電量效益如下：

(1)

式中，E1是發電量對應的售賣收入；Gt是第t年發電量；Pr是上網電價；Ht是峰值日照時間(全年)；P0是光伏裝機容量；R是光伏系統性能比；d是光伏電池衰減率。

2)網損改善效益。根據相關文獻[1]，網損改善效益可用下式表示：

(2)

式中，ΔW是網損改善增量；W1、W2分別是光伏接入前后的系統網損。

3)因光伏發電而帶來碳減排所對應的經濟效益。這部分效益是間接的，其含義是碳減排量與碳交易價格之積。而碳減排量是指發同等電量情況下，傳統火電廠需排放的CO2(含網損變化部分)。該部分效益可表示為：

(3)

式中，PT是碳交易價格；mc是火電廠CO2排放指數。

2.2光伏發電的負向效益計算

1)光伏發電系統的投資和運維成本。指全壽命周期內，用于光伏發電系統的設備采購、工程建設和運行維護等費用的總和。顯然，從工程經濟角度出發，該部分費用應考慮資金的時間價值[2]。

(4)

式中，E2是光伏發電系統的投資和運維成本；It是第t年資本投入；Eopt是第t年運維費用(包括故障修理和設備重置)；i是折現率。

2)因系統備用容量增加而付出的經濟代價。由于光伏發電的穩定性不強，為保證分布式光伏接入后全系統的安全可靠，系統需準備一定的備用容量以應對突發事件。關于備用容量增加的成本估算可采用確定性評估方法，如下式所示：

(5)

3)光伏發電的碳成本。雖然光伏系統投運后能帶來碳減排，但光伏發電設備在制造、運輸、安裝以及運行維護過程中會產生碳排放；另外，系統備用容量增加也涉及到碳排放增加。本著精細計算原則，這兩部分均應統計到效益評價模型中。具體如下式所示：

(6)

式中，Cs是光伏系統自身從設備制造到全壽命周期內運維所造成的碳排放負效益；Cb是備用容量增加所造成的碳排放負效益；C0是初始碳投資成本(即消耗電能來制造、建設光伏系統)；Cm是運維中的可能碳排放，為簡便起見，認為其和初始碳投資C0之間是系數β的關系；k是生產單位功率光伏系統所消耗的電能；s是光伏設備制造地與光伏電站的距離；W是光伏組件總重量；g是設備運輸過程的碳排放強度。

2.3總效益計算

“2.1”和“2.2”部分各計算了正向效益與負向效益，總效益應是兩者的代數和，同時注意將某些基于全壽命周期而得到的計算值分攤到1個年度內。這樣，最終得到總經濟效益的計算公式如下所示：

(7)

式中，n是光伏系統壽命。

3算例分析

以IEEE 14節點為例[3](限于篇幅，具體網絡及參數不做列示)，常規火力電源接在1、6、8、9和11號節點上，光伏電源接入3號節點，平衡節點為1號節點。

相關參數設定：1)光伏裝機10 MW，系統總負荷約為260 MW；2)光伏系統投資額為1.1億元(攤派到5年)，建成后年運維費的比例為1.8%；3)項目壽命設定為20年；4)日均峰值日照時間取4.301 h，光伏系統性能比設定為0.8；5)光伏組件總質量為860 t，運輸距離為350 km, 運輸碳排放強度為0.155 3 kg/(t·km)；6)光伏上網電價為1元/(kW·h)；7)火電廠CO2排放指數為0.70 kg/(kW·h)。

3.1正向效益測算

1)由本文建立的模型，得到光伏系統年發電量為11 895.04 MW·h，直接售電收入1 189.504萬元。另外，算例所示光伏系統的投運，能減少碳排放9 040.032 t，按國際社會確定的碳排放權價格107.5元/t計算，該項收益為97.183萬元。

2)應用MATPOWER軟件，選取全年某一天作為年均典型日，將其白天時段劃分為6個區間，計算網損改善情況(見表1)。

表1　典型日的網損改善情況　(MW)

顯然，光伏接入是有利于降低網損的。根據上述相關公式，計算得到年網損減少約為1 065.23 MW·h，這樣直接產生經濟效益為106.523萬元；另外，網損降低使碳排放減少810.1 t，間接收益8.708萬元。

3.2負向效益測算

1)根據工程經濟關于現值、年值的轉換方法，得到光伏系統設備年攤派投資為1 033.715萬元；另外，光伏系統設備制造耗電統計約為2 500 kW·h，取β=5%，根據相關公式，可得為形成算例的光伏發電所需的碳排放每年為1 007.3 t，則折合費用為10.828萬元。

2)取備用容量系數為0.25，由本文給出的相關公式，可得年備用代價為295.302萬元；因備用容量投入而增加的碳排放為2 230.4 t，折合費用為23.97萬元。

3.3總計分析

將上述計算數據進行合并(見表2)相關分析如下：1)從綜合角度看，光伏發電的廣義收益大于廣義支出，是值得投入的；2)由于目前光伏組件價格較高，使得光伏系統的直接經濟效益不甚理想(當然，這和光照時間等條件密切相關)，相信在可預見的未來，隨著技術的不斷進步，光伏組件的價格會很大走低，光伏電池的光-電轉化效率會大幅上升，屆時直接經濟效益就凸顯出來了；3)低碳經濟效益是比較客觀的，且隨著光伏滲透率的提高，該項效益會直線上升，因此從這個層面講，政府應運用公益性資金適當擴大光伏發電普及領域。

表2　算例所示光伏發電1年的廣義經濟效益匯總　(萬元)

4結語

光伏發電是一項系統工程，不僅能緩解傳統一次能源的緊缺，更能換來低碳環保的能量使用環境。因此，對光伏發電系統的經濟效益評價，不僅要看其發了多少電，還應考慮因采用光伏而減少的碳排放。從本文計算結果來看，分布式光伏發電的總經濟效益是正方向的，值得推廣。

參考文獻

[1] 林麗華.淺談分布式光伏發電經濟效益[J].現代物業,2012(2):38-39.

[2] 魏 明.同步跟蹤技術用于光伏發電站的經濟效益分析[J],上海電力,2013(3)：48-50.

[3] 羅鳳章.并網光伏發電工程的低碳綜合效益分析模型[J],電力系統自動化,2013(9)：173-174.

責任編輯彭光宇

Distributed Photovoltaic Economic Benefit Analysis

ZHANG MingJie

(Guangdong Power Grid Co. Ltd., Foshan Shunde Power Supply Bureau， Shunde 528300， China)

Abstract：With the adjustment of energy structure, distributed photovoltaic power generation will become increasingly important. However, the beginning investment of photovoltaic power generation is larger, the construction and popularization should not be blind, and should establish on the basis of analyzing the economic benefits of science. Integrated photovoltaic yield spare capacity, photovoltaic power generation cost and system cost, system network loss of several aspects, such as improving gain factor, the economic benefit evaluation principle of distributed photovoltaic. Build a reasonable evaluation model with an example of calculation in photovoltaic positive, negative and total benefits. Finally, we do the overall evaluation and analysis, concluded from the perspective of the integrated photovoltaic generalized yield is greater than the general spending, along with the advance of technology, photovoltaic modules of the price will be much lower, the light of the photovoltaic cells-electricity conversion efficiency will rise sharply, direct economic benefits will increasingly highlight, and the government should be appropriate to the use of public welfare funds to expand photovoltaic popularization。

Key words:photovoltaic power generation， the economic benefit， analysis

收稿日期：2015-05-05

作者簡介：張銘杰(1973-)，男，經濟師，主要從事電力經濟等方面的研究。

中圖分類號：TP 183

文獻標志碼:B