戶用屋頂分布式光伏發(fā)電成本效益分析

張伊美 劉欣明

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戶用屋頂分布式光伏發(fā)電成本效益分析

張伊美 劉欣明

（國網(wǎng)北京昌平供電公司，北京 102200）

我國對分布式光伏發(fā)電大力扶持，但補貼正在逐年下降。本文介紹了分布式光伏發(fā)電的政策環(huán)境，在此基礎(chǔ)上建立了居民用戶的發(fā)用電成本和效益模型。選取北京市2017年居民用戶發(fā)用電數(shù)據(jù)，對分布式光伏投資回收年限進行測算，結(jié)果表明在現(xiàn)行補貼政策和投資成本下，平均回收成本時間為7.5年左右。在此基礎(chǔ)上分析了用戶實際用電量、上網(wǎng)占比、投資成本及補貼力度對投資回報率的影響，計算得到相同回報率下不同度電補貼對應(yīng)的單位容量光伏組件造價，為居民用戶投資分布式光伏提供了指導(dǎo)和依據(jù)。

分布式光伏；度電補貼；成本效益模型

光伏發(fā)電具有清潔環(huán)保、不受資源分布地域限制、易于被消納等優(yōu)點[1]。分布式光伏發(fā)電一直被國家大力支持，并在近幾年內(nèi)發(fā)展迅速。光伏電站2015年總裝機為15GW，2016年總裝機為34.54GW，僅2017年新增裝機便達53.06GW[2-3]。在2016年上調(diào)過一次可再生能源基金附加后，未來可再生能源基金附加難以上調(diào)，補貼來源方面便再未有加大力度的政策[2]。目前光伏組件成本逐漸下降，2018年國家推行的分布式光伏度電補貼也出現(xiàn)了首次下調(diào)，分布式光伏前景依然看好，但投資將逐漸趨于理性。

分布式光伏發(fā)電的形式有3種，即自發(fā)自用余電上網(wǎng)、全部自用和全額上網(wǎng)。本文僅討論自發(fā)自用余電上網(wǎng)和全部自用形式下的分布式光伏并網(wǎng)。居民報裝分布式光伏一般采用這兩種形式。

目前國內(nèi)關(guān)于分布式光伏發(fā)電的研究已有不 少[4-8]，但針對現(xiàn)有補貼政策和當前投資成本下的效益分析居多，對未來補貼下調(diào)和光伏組件成本下降的趨勢考慮不足，本文基于現(xiàn)有數(shù)據(jù)進行測算分析，并考慮補貼力度和投資成本等因素變化的影響，向用戶投資提供合理性化建議。

1 分布式光伏發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 政策環(huán)境

國家發(fā)改委、國家能源局等對分布式光伏并網(wǎng)工作出臺一系列相關(guān)政策[9-13]。針對分布式光伏發(fā)電，國家層面實行全電量補貼的政策，自并網(wǎng)之時起對分布式發(fā)電項目實行每千瓦時0.42元（含稅）的電價補貼，期限為20年。2017年12月19日，國家發(fā)改委下調(diào)了分布式光伏電價，2018年以后投運的分布式光伏發(fā)電項目，度電補貼標準降低至0.37元（含稅）。各地市也出臺了相關(guān)分布式光伏發(fā)電獎勵辦法。以北京市為例，北京市發(fā)改委為鼓勵分布式光伏發(fā)電，對2015年至2019年期間并網(wǎng)的分布式光伏發(fā)電項目，按每千瓦時0.3元（含稅）進行補貼，每個項目補貼持續(xù)5年。

1.2 分布式光伏發(fā)電投資成本

居民用戶投資分布式光伏發(fā)電項目，需購買光伏組件，逆變器，開關(guān)等輔助元件，以及安裝費等等，用戶需要維護光伏發(fā)電設(shè)備材料，維護成本大概1%～3%投資成本。光伏發(fā)電成本中，光伏組件約占50%～60%。總體建設(shè)費用已經(jīng)降至每千瓦時萬元以下[2]。

1.3 太陽能量環(huán)境和分布式光伏發(fā)電項目報裝趨勢

以北京市為例，太陽輻射量全年平均為4600～5700MJ/m2。年平均日照時數(shù)在2000～2800h之間，主要為2600h左右。輻射主要集中在4—8月，占全年55.1%。通過測算，按照最佳傾角31°敷設(shè)光伏電池板，年最大負荷發(fā)電小時數(shù)為1087h，平均每天2.98h[14]。

而從目前政策趨勢來看，補貼的拖欠將成為常態(tài)，光伏補貼是不可持續(xù)的。圖1為某區(qū)域居民分布式光伏2015—2017年業(yè)務(wù)受理和并網(wǎng)數(shù)據(jù)的增長情況。從圖1可以看出，2015—2017年，每年新增受理和并網(wǎng)用戶都在不斷增長，受理容量年增長率逐年降低。鑒于建設(shè)周期的存在，平均受理-并網(wǎng)周期約為135天，并網(wǎng)增長率一定程度上滯后于受理增長率，最大增長率出現(xiàn)在2016年。未來，分布式光伏發(fā)展需要從數(shù)量向質(zhì)量轉(zhuǎn)型。

圖1 某區(qū)域居民分布式光伏2015至2017年業(yè)務(wù)受理和并網(wǎng)增長率

2 戶用分布式光伏投資成本效益分析

2.1 戶用光伏投資成本效益模型

對于北京地區(qū)居民用戶來說，為滿足產(chǎn)權(quán)的合法性，安裝分布式光伏發(fā)電的有效位置主要為農(nóng)村宅基地和別墅的屋頂，為低壓單相或三相，用戶報裝容量在1～20kW。戶用光伏并網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，均為一個光伏并網(wǎng)點和一個公共連接點，分別計量發(fā)電量和上網(wǎng)電量。其中并網(wǎng)點計量發(fā)電量，公共連接點為雙向計量表，同時計收用電量和光伏上網(wǎng)電量，戶用光伏并網(wǎng)系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 戶用分布式光伏發(fā)用電計量關(guān)系

對圖中拓撲結(jié)構(gòu)做一個負荷平衡點，流入功率=流出功率，因此某時刻

光伏發(fā)電功率+電網(wǎng)供電功率=用戶負荷+上網(wǎng)功率

分布式光伏并網(wǎng)對用戶的用電情況不會造成影響，第年的實際用電量亦滿足此規(guī)律：

式中，c為實際用電量；Pg為光伏電源發(fā)出的發(fā)電量；Pm公共連接點處電表的計收用電量；Pog為用戶光伏發(fā)電產(chǎn)生的上網(wǎng)電量。

為簡化問題，認為上網(wǎng)電量逐年減少量與發(fā)電量衰減率一致，故有

對于用戶的投資回報，如式（4）所示。

故有

用戶每年通過電網(wǎng)企業(yè)光伏購電和國家補貼金額，以及自用電量帶來的用電費的節(jié)約，產(chǎn)生創(chuàng)收。以用戶投資回收年限來衡量光伏發(fā)電的效益，由于光伏發(fā)電的效率逐年遞減，且不同的政府補貼年限不同，因此每年光伏回報將不相同，呈逐年階梯性減少趨勢。

此外，對于居民用戶光伏效益，不考慮北京煤改電電價政策帶來的影響。這是因為電采暖電價時段為非光照時間，光伏發(fā)電并不會抵消此部分用電，僅需考慮并網(wǎng)前后的居民階梯電費差。

2.2 投資效益測算案例

圖3為北京市某地區(qū)典型居民用戶報裝光伏發(fā)電15kW的發(fā)電量、上網(wǎng)電量、計收用電量和實際用電量隨月份變化的趨勢圖。從圖3中可以看出，光伏發(fā)電呈現(xiàn)季節(jié)性，發(fā)電量較高的月份為5—9月。居民用戶的夏季實際用電量較大，已經(jīng)遠遠超出三檔階梯電價電量值。用戶光伏發(fā)電上網(wǎng)電量差值為用戶自發(fā)自用電量部分，抵扣了一部分計收用電量，使得用戶節(jié)省了一部分高額電費。

圖3 典型個人用戶逐月光伏發(fā)電情況（15kW）

表1 居民用戶年發(fā)用電和回收年限情況

注：日均最大發(fā)電小時=年發(fā)電量/(365×裝機容量)。

從樣本用戶測算結(jié)果還可以看出，居民用戶平均日最大發(fā)電小時數(shù)3h。同時，不同的發(fā)電效率，上網(wǎng)電量，實際用電情況均對回收年限產(chǎn)生影響。

3 投資回報影響因素相關(guān)性分析

用戶的實際用電量、上網(wǎng)電量比重、光伏投資成本以及光伏補貼力度均會對投資的回收年限產(chǎn)生影響，下面分別予以分析。

3.1 實際用電量和上網(wǎng)占比

以單相居民用戶安裝5kW分布式光伏并網(wǎng)為例，上網(wǎng)電量占發(fā)電量比重不應(yīng)超過50%[13]。分析不同上網(wǎng)電量占比時，用戶自身用電量與投資光伏回收年限的關(guān)系如圖4所示。

圖4 分布式光伏投資回收年限隨實際用電量變化趨勢

從圖4可以看出，上網(wǎng)電量占比越高，用戶投資成本的回收年限越長，這是因為光伏發(fā)電上網(wǎng)電價低于居民電價（兩者差值為居民輸配電價），用戶自用的電量越多，不經(jīng)電網(wǎng)而于本地消納的電量就越多，節(jié)省了更多的輸配電成本。

我國現(xiàn)行居民電價大多為階梯電價[15]，可按用電量區(qū)間劃分為三檔。上網(wǎng)電量占比不變的情況下，隨著用戶實際用電量增加，回收年限逐漸縮短。當實際用電量在一檔階梯電量區(qū)間內(nèi)時，實際用電量對回收年限的影響很小；在二檔和三檔階梯電量區(qū)間范圍時，回收年限縮短的速度相應(yīng)增加。當用戶實際用電量超過一定值時，自發(fā)自用電量全部替代三檔階梯電量，光伏發(fā)電已經(jīng)產(chǎn)生了最大效益，收益年限不再減少。

3.2 實際用電量和上網(wǎng)占比

以北京市政策為例，考慮3種補貼政策下的光伏投資成本與回收年限的關(guān)系：①2018年國家分布式光伏每千瓦時0.37元電補貼20年和市級補貼每千瓦時0.3元5年；②2020年后北京市取消市級補貼后的情況；③遠景時期光伏發(fā)電取消補貼之后的情況。

不同補貼政策下光伏投資回收年限與成本關(guān)系如圖5所示。從圖中可以看出，隨著補貼力度降低，光伏發(fā)電的回收年限逐漸變長；同時，在沒有補貼的情況下，通過降低光伏組件造價，也能大大縮短回收年限。

圖5 不同補貼政策下光伏投資成本與回收年限

參照北京當?shù)毓夥M件平均造價（約0.85萬元/ kW），按每千瓦時0.37元電補貼政策計算，平均7.54年可以回收成本；取消市級補助后，平均9.86年可以回收成本。若取消全部補貼，則光伏投資成本至少需降至3408元/kW，才能保證可以在8年內(nèi)回收成本。

4 結(jié)論

1）居民用戶用電價格低，報裝容量小，免征增值稅，可以就地消納。經(jīng)測算現(xiàn)行補貼政策下，平均回收成本時間為7.5年左右。在目前國家補貼和市級獎勵辦法的扶持下，處于較高水平。但實際補貼發(fā)放滯后，撥款周期長，平均延后1～1.5年，故回收年限將略高于理論測算值。

2）對于用電量大、上網(wǎng)比例低的用戶來說，回收年限短，更適合投資分布式光伏。

[1] 楊金煥, 于化叢, 葛亮. 太陽能光伏發(fā)電應(yīng)用技術(shù)[M]. 北京: 電子工業(yè)出版社, 2009.

[2] 中國儲能網(wǎng)新聞中心. 國家能源局邢翼騰: 對630后光伏市場的冷靜思考[EB/OL][2018-05-28]. http:// www. escn.com.cn/news/show-443503.html.

[3] 國家能源局. 2017年光伏發(fā)電新增裝機53.06GW居可再生能源之首[EB/OL] [2018-05-28]. http://www. china-epc.org/zixun/2018-01-24/32108.html.

[4] 張弼宏. 并網(wǎng)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的選型及配置方案研究[J]. 電工技術(shù), 2016, 17(8): 108-109.

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[9] 國務(wù)院. 國務(wù)院關(guān)于促進光伏產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的若干意見(國發(fā)[2013]24號)[Z]. 北京, 2013.

[10] 國家發(fā)展和改革委員會. 分布式發(fā)電管理暫行辦法(發(fā)改能源[2013]1381號)[Z]. 北京, 2013.

[11] 國家能源局. 分布式光伏發(fā)電項目管理暫行辦法[Z]. 北京, 2013.

[12] 北京市發(fā)展與改革委員會. 北京市分布式光伏發(fā)電項目管理暫行辦法(京發(fā)改規(guī)[2014]4號)[Z]. 北京, 2014.

[13] 國家電網(wǎng)公司. 國家電網(wǎng)公司關(guān)于印發(fā)分布式電源并網(wǎng)相關(guān)意見和規(guī)范(修訂版)的通知(國家電網(wǎng)辦[2013]1781號)[Z]. 北京, 2013.

[14] 美國國家航空航天局(NASA)官網(wǎng). https://www. nasa.gov/.

[15] 國家發(fā)展與改革委員會. 國家發(fā)展改革委印發(fā)關(guān)于居民生活用電試行階梯電價的指導(dǎo)意見的通知(發(fā)改價格[2011]2617號)[Z]. 北京, 2010.

Cost-benefit analysis of distributed photovoltaic power generation for residential roofs

Zhang Yimei Liu Xinming

(Beijing Changping Electric Power Company, Beijing 102200)

Our country has made great efforts to support the distributed photovoltaic power generation, but the subsidy is declining year by year. This paper analyzes the policy of distributed photovoltaic (DPV) from the perspective of social development and establishes the cost and benefit model of the consumer's electricity. The data of Beijing residents' hair consumption in 2017 is selected to calculate the return years of distributed PV investment. On this basis, the effects of the actual electricity consumption, the on-grid electric ratio, the investment cost and the subsidy on the rate of return on investment are analyzed. The costs of unit capacity photovoltaic components corresponding to different electric subsidies under the same return rate are calculated providing guidance and basis for residential users who have intention to invest in distributed photovoltaic.

distributed photovoltaic(DPV); electricity subsidy; cost and benefit model

2018-05-14

張伊美（1991-），女，碩士研究生，主要從事分布式光伏發(fā)電管理和電力市場分析工作。