基于二層規劃模型光伏電站經濟性評價

涂宏燁+張冀新

摘要：光伏電站運行經濟性是制約其商業化運營的主要因素，通過建立二層規劃模型對A地光伏電站進行有效評價，以光伏電站經濟運行為基礎兼顧經濟成本，獲取綜合效益最優化。結果表明，A地光伏電站的投入與回報從目前來看還未平衡：但從長遠來看，A地光伏電站的效益能力高于成本和負荷能力，具有良好的經濟性和較高的投資價值，綜合考慮光伏電站在提高可靠性、降損效益等投資方面的效益，A地光伏電站的投資可以是經濟的。

關鍵詞：光伏電站；二層規劃模型；經濟性：可靠性

一、引言

在過去幾年里，太陽能產業的發展一直在發達國家受到重視，而我國的太陽能行業還算是處在初級階段。我國太陽能資源非常豐富，全國太陽輻射總量能達每天335～837kJ/c㎡，由于技術原因，相比西方國家，太陽能應用范圍較窄，利用率偏低。但是，隨著我國對太陽能產業的越發重視，用電需求量的增長和供電能力的欠缺將很快打破這種局面。

國家能源局于2015年12月15日向各省（自治區、直轄市）發改委、能源局等有關部門下發《太陽能利用十三五發展規劃（征求意見稿）》，規劃到2020年底，光伏發電總裝機容量達到1 5億千瓦，其中分布式光伏發電規模顯著擴大，累計裝機達到7000萬千瓦，接近光伏總裝機的一半。因此，對光伏電站經濟性進行合理評價，建立經濟性評價體系與模型進行客觀評析就顯得尤為重要。

二、研究綜述

我國光伏產業自2011年以來逐漸陷入困境，王文祥等人認為我國光伏產業遭遇瓶頸的主要原因并非產業生命周期運動，而應歸結于產能的階段性過剩，即地方政府對產業的不當干預，導致了光伏產業投資的“潮涌現象”：從政策角度評析，McDonaldand Pearce則認為光伏產業的發展要將環境責任和經濟刺激政策結合起來，而不能一概而論。而光伏發電作為我國可再生能源的重點發展方向。目前，國內學者已在這個方向進行了深刻且有益的探索，給其他學者提供了借鑒和幫助。謝東等人以用戶側為維度，建立了分布式發電經濟性分析模型，以湖北省典型地區為范例，對其經濟性進行分析，為用戶提供投資參考：肖浩等人以微電網為研究對象，將運行的凈收益最大化為目標，建立了計及光伏余電上網補貼收益的微電網綜合經濟優化模型。在此基礎上，以實際示范工程為例，對比分析了光伏余電上網補貼與不補貼情形下的微網經濟效益：吳瓊等人則以基于用戶側和供給側進行耦合性分析，以家用光伏發電系統為研究對象，根據分布式光伏系統“自用為主、余電上網”的應用原則，構建家用分布式光伏發電系統經濟性評價模型。研究結果表明，現行政策下家用光伏發電系統的動態投資回收年限為12.4a；在中國，促進光伏產業發展最實際、最有效的政策是提高上網電價：劉冠群等人則在光伏發電系統中引入儲能技術，為平抑光伏出力的波動提供了可能，合理選擇儲能容量必須顧及光伏出力波動性要求及電站的經濟運行。因此，在考慮調度計劃的前提下，提出了一種成本經濟函數，該目標函數可充分保證光伏電站的經濟性，并最大程度地滿足調度中心對于光伏出力波動性的限制，使光伏電站功率盡可能平滑、穩定地輸出。通過對該目標函數的優化，確定最優儲能容量，并通過算例對不同波動性要求下的儲能容量進行了計算比較。欒偉杰等人在分析分布式光伏發電和負荷的時序特性的基礎上，提出了綜合考慮混沌思想和自適應度調整的改進粒子群算法。在經濟性評價上，曾博等人構建了涵蓋SDN核心環境貢獻的綜合評價指標體系，統籌考慮了SDN自身及經由外部耦合系統所產生的直接和間接環境效益。

從現有研究來看，國內外對光伏發電的關注主要集中在行業動態、補貼政策、投資可行性等，對光伏電站發電運營經濟性分析上較少。因此，如何合理地挖掘光伏電站的運行潛力、準確地進行光伏電站進行經濟性方法評價是光伏規劃和運行的重要課題。本文建立了集光伏電站經濟性評價因素和光伏電站優化運行的綜合經濟性評價的二層規劃模型：上層規劃為考慮經濟、發電、網損和可靠性的效益最優化為前提的經濟性問題，下層規劃是針對光伏電站經濟性評價指標體系，從負荷、成本和效益三個方面來綜合考慮三個指標與光伏電站經濟性評價的關聯性。最后通過已建立的二層規劃模型，從各維度進行定量評估，給出影響光伏電站綜合效益的關鍵因素，為光伏發電運營模式及相關配套政策的制定奠定了理論基礎。

三、綜合效益分析二層規劃模型

（一）上層規劃模型

本文在評估光伏電站綜合效益時，以成本和效益為主要指標，對投資成本等年值進行篩選和分析，使其保持可比性，并用年華綜合效益指標來考察最終結果，其計算模型為：發電比較容易實現，但是光伏發電受天氣影響較大，很難達到理想情況下的效率。目前，A地已經建成小水電站64座、抽水蓄能電站2座、光伏裝機18WM、大中型沼氣工程4處，“十三五”期間擬新建的大型新能源項目多達9個，其中包含300MW的光伏扶貧項目，已經建成2MWp分布式光伏電站，待建3.5MWp分布式屋頂光伏電站。眾多的新能源項目建成或開工，大多數采用并網連接方式，由此衍生出來對電網的穩定性和電能質量的影響日益突出，急需尋找相應的解決方案。

從A地的產業經濟發展情況來看，第一產業，第二產業，第三產業年均增長率分別為12.6%，10.8%，16.0%。三大產業的快速發展都離不開電力的保障，所以電力負荷也保持較快的增長水平。其中，用電以第二產業用電為主，由2010年的2.03億kW.h增長到2014年的2.74億kW·h。工業化同時也帶動了第三產業的發展，用電量由2010年的0.25億kW·h增加到2014年的0 6億kW，h。居民生活用電也逐年上升，由2010年的0.89億kW，h增加到2014年的1 41億kW，h。從供電規模來看，供電面積640.6平方公里，供電戶數18 96萬戶，供電人口61 4萬人，供電人口占全縣92.5%，年用電量為4 3億kwh。目前已建成220千伏變電站1座，線路1條（薄路線），線路總長59.79km：110KV變電站4座，線路8條，線路總長113.386km；35KV變電站15座，線路23條，線路總長度318.578km；97條10千伏公用線路，總長度1717.57hn。在C、D兩大供電分區中形成以220千伏變電站為主體、以110千伏變電站為支撐、以35千伏電網為骨架的縣域電網。從負荷情況來看，A地在一年的七月和十二月時，最大負荷分別達到了12.7MW和12.3MW，平均負荷分別為10 93MW和11 09MW。典型日的負荷以8：00～17：00區間的負荷值較高，最高時達到了12 7MW，而在夜間時負荷會變小，最小的時候只有6MW。由此可知，A地負荷峰谷差較大，在經濟性評價上有較大影響。

根據表1建立的光伏電站經濟性評價指標體系，以A地的原始數據為基礎，綜合上述運算步驟，對A地的光伏電站經濟性進行綜合評價和排序。光伏電站經濟性評價的一級指標權重為一級指標值及綜合評價結果如表2所示，A地光伏電站綜合效益評估結果如表3所示。

（三）結果分析

從一級指標層的權向量分布來看，成本（B2）的權重最大，表明成本的投入在A地光伏電站經濟性評價中占比重較大，成本的增多或減少對經濟性影響最大。而衡量光伏電站效益能力（B3）權重最小，表明A地光伏電站在投入和產出的效益比上的離散程度不大，也就是說從目前來看，A地光伏電站的投入與回報還未平衡。長遠來看，A地光伏電站的效益能力高于成本和負荷能力，且A地5 5MWp光伏電站全生命周期為20～25年，具有良好的經濟性和較高的投資價值。

五、結語

光伏電站的建設投資成本較高，但若能控制并降低光伏機組設備的裝機成本，就能有效提高光伏電站綜合效益。若從全社會的角度出發，綜合考慮光伏電站在提高可靠性、降損效益等投資方面的效益，光伏電站的投資可以是經濟的。因此，運用一套全面客觀的光伏電站經濟性評價指標體系，并結合有效的評價方法，不僅可以客觀全面地反映制約其事務經濟性提升的影響因素，而且可以幫助政府和其他重要部門制定合理有效的市場規則、采取必要的策略，實施有效的措施。