新能源智能微電網項目的效益分析與評價

龔寧玉 李雨蓉 胡志杰 宋哲 楊慧敏

【摘? 要】本文將以上海電力大學微電網項目為例，對新能源智能微電網系統結構進行分析，并詳細探究這一項目的效益與評價，希望可以為相關工作者的研究提供一些幫助。

【關鍵詞】新能源;智能微電網;效益

前言：進入新時代后，新能源發電技術得到了人們的廣泛關注，但在并入大電網中其還存在較多問題。而智能微電網系統不但可以構建起微型配電網系統，還能夠對自我管理、控制孤立配電系統進行構建。因此，必須了解新能源智能微電網的系統結構，并詳細探究其帶來的經濟效益與社會效益，從而有效推廣微電網項目。

一、新能源智能微電網系統結構

通過對大量電力電子器件的利用，新能源智能微電網可以有效連接儲能裝置與分布式電源，不但能夠就近為末端用戶供電，還可以促進孤島運行或者是公共網絡并網的實現，其屬于自我控制、管理以及保護的一種自治系統，可以有效滿足人們對供電安全性、可靠性以及電能質量提出的要求。上海電力大學的微電網項目是以校園配電網建設為基礎，在充分考慮實際負荷的基礎上，對微電網規模進行確定，裝機容量既有幾千瓦，也有幾十兆瓦，在具體運用過程中，其新能源電力接入比例較高。

本文研究的新能源智能微電網系統主要運用的是可再生能源與拓撲結構。在這一系統結構中，光能屬于主要能源，常規能源則發揮著輔助作用，如公共電網等。而拓撲結構主要包括監控系統、主網連接設備、光伏發電系統、微電網中央控制系統以及儲能系統等。在校園中，既可以對附屬場所、建筑物墻面以及屋頂等已有的光伏發電系統進行利用，還能夠結合實際需求，加強自發自用地面光伏系統的建設，并保證各微源處在中央控制系統管理中。校園并網型微電網不但可以選擇并網運行，還能夠實現孤島運行。

太陽能雖然屬于可再生資源，但其具有不連續、不穩定等特點，必須為其配置相應儲能系統，智能微電網模式可以在依靠光伏發電的基礎上，加強對小型風電裝置的運用，為供電穩定性提供有力保障。

二、新能源智能微電網項目的效益分析與評價

（一）新能源智能微電網項目投資構成

分析國家發改委能源研究所相關數據可知，近年來，光伏發電成本大幅度下降，在2018年到2020年間，光伏系統成本分別是每瓦5.12元、4.89元以及4.62元。通常情況下，光伏系統投資包含以下內容：設備與安裝費用、基本預備費、建筑工程與其他費用、建設期利息以及漲價預備費。上海電力大學微電網項目的投資由主要設備投資、其他設備投資、熱管空調系統工程初投資、光伏工程初投資、運輸費用、安裝費用以及人員勞務費等構成，其中，設備與安裝投資占據了81%，建設工程投資占據了10%，其他費用占據了7%，而基本預備費則只有2%。設備與安裝費用主要包括光伏逆變器、直流電纜、接地黃綠線、交流配電箱、冷凝器以及直流電纜等，而光伏組件與支架投資在其中占據了60%比例，由此看來，這兩部分會給光伏系統總投資帶來較大影響。對光伏系統而言，只從建設成本方面計算，而不對工程其他因素進行考慮，那么隨著設備組件價格的降低，可以將設備成本控制在每瓦6元左右。

（二）光伏系統成本分析

在研究光伏發電成本時，應該對發電項目全生命周期進行考慮，如財務費用、成本費用、維護費用以及運行費用等。由于風能、光伏等新能源不存在燃料成本，這使得新能源智能微電網建設成本與運行成本比較穩定。美國的能源信息署表明，平準化發電成本這一模型是全生命周期成本的貼現數據，主要包含變動運行成本、燃油成本、資本成本、固定運行成本、財務成本、假定利用率水平以及維修成本等。依照相關分析可知，這一模型具體表現為：LCOE=，其中，I指初始投資，A是指第t年運營總支出，M是指當年發電量，i是折現率，N是指財務分析時的系統壽命，而t則是指系統運行年份。

光伏系統的運行維護成本可以依據一定比例從總固定投資中提取并估算。在具體運行過程中，光伏系統無需運用燃料等原材料，有著較低的維護費用，具體公式如下：維護費用=裝機成本×運行維護費率，其中運行維護費率是指運行維護費用在總固定投資中占據的比例，依照運行經驗，這一費率主要處在1%到3%范圍內，而且會隨著裝機容量的增加而降低。

（三）新能源智能微電網項目的效益

1.發電效益

并網發電系統總效率主要包含光伏組件陣列效率、交流并網效率以及逆變器效率。首先，光伏組件陣列效率。這一效率是指在每平方米1000瓦的太陽輻射強度下，實際直流輸出功率和標準功率的比值。在能量轉換、傳輸中，光伏組件陣列的損失結果如下：組件失配損失后的效率是98%，溫度影響后的效率是89%、表面塵埃遮擋損失后的效率是93%，直流線路損失后的效率是97%。綜合考慮后，光伏組件陣列效率取78.68%。其次，交流并網效率。其是指從逆變器向著高壓電網傳輸的效率，主要包含交流電氣連接線路損耗與升壓變壓器效率，通常處在94%到96%范圍內，該項目取94%。最后，逆變器轉換效率，即交流電功率和直流輸出功率的比值。在電能轉換時，逆變器主要會出現轉換損失、MPPT精度損失等，上海電力大學微電網項目取的是98%。綜上所述，系統總效率就是78.68%×94%×98%≈72%。

本文研究的項目運用的是多晶硅光伏組件，系統安裝總容量是1574.4kWp，根據上述得出的系統總效率，可以計算出項目的年發電量，具體公式如下：年發電量=系統安裝容量×年峰值日照時間×系統總效率。結合霧霾情況，依照1200小時計算日照時間，則光伏系統第一年發電是1574.4×1200×72%=1360281.6。考慮到組件效率每年衰減0.8%，可以通過計算獲得系統全壽命期發電量，如第一年發電量是1360281.6，年收益是829772;第五年發電量是1317272.16，年收益是803536;第十年發電量是1265417.61，年收益是771905;第二十五年的發電量是1121783.26，年收益是684288，總收益則是18869786。

2.經濟效益

光伏系統經濟效益如下：安裝容量是250kWp，運營期是25年，年衰減率是0.8%，光伏系統總效率是0.77。光伏系統的運行時段是用電的高峰、平段，工業用電價分別是1.4002元/千瓦時與0.8745元/千瓦時，依照25年計算，光伏發電成本應該是0.36元/千瓦時，結合系統電價1元/千瓦時，光伏系統年發電能夠產生的效益是31.52元。

3.社會效益

光伏系統的安裝與運用能夠對可再生資源進行充分利用，改變傳統能源單一供應情況，并促進新能源開發利用提升到戰略高度。同時，新能源智能微電網的建設還具有施工成本較低、無污染、無需能量儲存設備、無需額外占用土地以及降低輸配電損失等優點。

結論：綜上所述，做好新能源智能微電網項目效益分析與評價具有重要意義。因此，必須掌握主網連接設備、光伏發電系統、微電網中央控制系統等微網結構，并做好光伏系統投入與成本分析，明確智能微電網項目的發電效益與無污染等社會效益，促進智能微電網發展，從而為我國節能減排事業更好發展奠定基礎。

參考文獻：

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[2]錢志新.能源微網系統——中國未來經濟可持續發展的基石[J].中國科技產業，2013（04）：66-67.

（作者單位：上海電力大學經濟與管理學院工程管理系）