光伏微電網技術經濟性分析

張震

摘 要：光伏微電網是實現分布式光伏消納利用的有效方式，具有廣闊的發展前景。本文建立了光伏微電網的技術經濟性計算模型，針對光伏微電網應用于商業用戶的情景，進行了技術經濟性分析，得出該系統內部收益率為5%，投資回收期為14.9年，同時進行了盈虧平衡分析。本文的研究可以為光伏微電網的研究和工程應用提供理論參考和工程指導。

關鍵詞：光伏微電網；技術經濟性；盈虧平衡分析

中圖分類號：TM615 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）01-0157-03

Abstract：Photovoltaic-based microgrid is an effective way to consume distributed photovoltaic generation， and has broad prospects for development. This paper establishes a technical economic calculation model of photovoltaic-based microgrid， and carries out techno-economic analysis and breakeven analysis in one microgrid scenarios for commercial users. The result shows that its internal rate of return is 5%， and the payback period is 14.9 years. This paper can provide a theoretical reference and guidance for engineering research and engineering applications of photovoltaic-based microgrid.

Key words： Photovoltaic-based microgrid； techno-economic analysis；break even analysis

當前，光伏產業迅速發展。在光伏微電網發展初期，大多關注與微電網規劃[1-2]、配置[3]、控制與運行[4-5]相關的關鍵技術研究和設備研發，目前針對光伏微電網的經濟性研究較少。國外的研究主要集中在從微源控制、微電網的投資、建設及運營過程，以及參與者的多元化等方面剖析微電網效益；國內的研究主要集中在對微電網的商業運營模式方面、綜合效益評估方面。目前，國內相關的研究均未對技術經濟性評價指標進行深入計算與分析，更缺少針對光伏微電網技術經濟性的研究。

因此，本文建立了針對光伏微電網的技術經濟性模型，開展光伏微電網的技術經濟性分析，通過具體的技術經濟可行性計算，量化光伏微電網的經濟貢獻與項目實施的風險，為光伏微電網的產業化提供工程經濟層面的指導。

1 光伏微電網技術經濟性計算模型

1.1 財務分析模型

根據光伏微電網綜合效益評價的特殊性，建立綜合財務分析模型，結合一般項目財務分析理論和方法，把外部因素內部化。光伏微電網的主要財務分析模型[6-8]如式（1）～式（6）所示。

1.1.1 靜態評價指標

（1）光伏微電網項目投資收益率。

式中：表示投資收益率，為業務總收入，為項目運營總周期。基準收益率為的條件下，若，則項目可以考慮接受；若，則項目應予以拒絕。

（2）光伏微電網項目靜態投資回收期。

式中：表示靜態投資回收期（年），表示現金流入，表示現金流出，表示年限。

設基準投資回收期為，若，則項目可以考慮接受；若，則項目應予以拒絕。

1.1.2 動態評價指標

（1）內部收益率。

式中：為內部收益率。指標放映出投資方案所做出的貢獻，反映出項目資金占用的效率。當收益既定時，收到的時間越早，IRR越大。

（2）光伏微電網項目動態投資回收期。

式中：為動態投資回收期（年）。

根據全部投資現金流量表中累計凈現金流量現值計算求得。

（5）

設基準投資回收期為，若，則項目可以考慮接受；若，則項目應予以拒絕。

（3）光伏微電網項目凈現值。

式中：表示凈現值，表示基準折現率，一般取為8%。若，方案予以接受；若，臨界狀態；若，方案應予以拒絕。

1.2 光伏微電網系統不確定性分析模型

1.2.1 系統設備投資年成本

光伏微電網設備投資年成本主要包括光伏系統年成本，儲能系統年成本、儲能雙向變流器模塊年成本。

式中：為光伏系統容量；為儲能雙向變流器總功率；，，分別為光伏組件單價、儲能電池單價和儲能變流器單價；為系統運行年限；為貼現率4%。

1.2.2 系統年收益

光伏微電網年收益為：

式中：、、分別為電網售電電價、光伏上網和光伏補貼電價，元/kWh；、、、分別為負荷功率、光伏上網功率、微電網向電網購入電能功率及光伏出力。

1.2.3 盈虧平衡分析

假設在盈虧平衡點處，.本文選取的4類指標的盈虧平衡點計算方法如式（9）～式（13）所示。盈虧平衡發電產量：

式中：為盈虧平衡點生產的最小規模。

盈虧平衡銷售收入：

式中：R*為盈虧平衡點銷售收入的最低要求。

盈虧平衡生產能力利用率：

式中：為盈虧平衡點生產能力利用率的最低比例。生產能力利用率越小，表示項目的可靠性越大，即抗風險能力越強。

盈虧平衡發電銷售價格：

式中：為盈虧平衡點銷售價格的最低值。

1.3 敏感性分析模型

敏感度系數指項目評價指標變化的百分率與不確定因素變化的百分率之比。敏感度系數越高，表示項目效益對該不確定因素的敏感程度越高。

（14）

式中：為評價指標A對不確定因素F的敏感度系數；ΔF/F為不確定因素F的變化幅度；ΔA/A為不確定因素F發生ΔF變化時，評價指標A的相對變化率。

2 光伏微電網系統概述

選取某光伏微電網為算例，接入光伏系統的發電容量共157kW，接入儲能系統31.7kWh，逆變器44kW，微電網各組件參數如文獻[9]所示。典型日光伏出力與居民負荷如圖1示。

模型中取居民生活用電峰谷電價，高峰時段為14：00-17：00及19：00-22：00，電價為0.96元/kWh，低谷時段為00：00-08：00，電價為0.29元/kWh，其他時段為平時段，電價為0.58元/kWh，光伏上網電價為0.38元/kWh，光伏補貼為0.42元/kWh。峰谷分時電價下光伏微電網的運行策略如文獻[9]所示。

3 系統經濟性

3.1 初始條件設定

表1為光伏微電網系統總投資明細。安裝工程費按設備投資的8%計算；工程建設其它費用包括土地費用、項目前期費、建設單位管理費、設計費等，共計14.33萬元；預備費包括基本預備費和漲價預備費，其中基本預備費的費率為5%，不計漲價預備費；遞延資產費用包括生產人員準備費和辦公及生活家具購置費；流動資金按上述建設投資總額的8%計算[10]。運行設備壽命取15年，建設期1年，項目計算期為16年。

3.2 經濟性計算結果分析

利用上述財務分析模型，本文對某光伏微電網系統進行了財務分析，如表2。

通過財務評價可知，建設該光伏微電網的項目總投資為251.31萬元，其中建設投資為202.71萬元，占總投資的比例為80.66%。該光伏微電網在計算期內的年均收入為23.47萬元，年均總成本費用為16.75萬元，年均利潤總額為6.72萬元，年均所得稅為1.68萬元，年均稅后利潤為5.04萬元。本項目的稅后投資利稅率為2.67%，稅后投資收益率為2.01%，稅后內部收益率為3%，小于基準收益率8%，投入資金內部償付能力不足；稅后凈現值為13.31萬元，說明本項目的資金利用情況一般。這是由于現階段由于儲能用鋰電池和變流器組件的成本較高，然而，通過配置儲能帶來的系統供電可靠性收益和環境效益意義重大。近年來鋰電池成本和儲能變流器組件價格一直呈現著下降趨勢。

3.3 盈虧平衡分析

盈虧平衡分析通過計算項目達產年主要經濟指標的盈虧平衡點，分析項目成本與收入的平衡關系。本文通過產量、銷售收入、生產能力利用率和銷售價格4個指標的盈虧平衡點作為盈虧平衡分析的主要指標。

該光伏微電網年總發電量Q為171915kWh，年均收入R為26.15萬元，則光伏度電價格P為1.52元/kWh，年固定成本F為13.51萬元，年可變成本3.24萬元，年單位發電可變成本V為0.188元/kWh。表3為光伏微電網的盈虧平衡分析指標。

由表3可知，采用單因素盈虧平衡分析的方法，即在其它計算參數不變的條件下，光伏微電網的發電產量若低于101.43MW·h/年，或銷售收入低于154.17萬元/年，或生產能力利用率低于58.99%，或發電的銷售價格低于0.95元/（kW·h）時，則項目無法獲得收益；上述盈虧平衡指標等于平衡點數值時，項目收入與成本持平；當上述盈虧平衡指標高于平衡點數值時，項目可獲得收益。

4 結語

本文建立了光伏微電網系統的技術經濟性模型，對某光伏微電網系統進行了技術經濟性分析，所得的結果較為合理。所研究的光伏微電網系統稅后投資收益率、稅后內部收益率、稅后動態投資回收期和稅后凈現值分別為2.81%、5%、14.9年和13.31萬元。利用盈虧分析的數學模型，進行了光伏微電網系統的盈虧平衡分析，找到了盈虧平衡點。本文的研究可以為光伏微電網的研究和工程應用提供理論參考和工程指導。

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