光伏電站系統設計評價指標的研究

牟娟 范忠瑤 汪明雪

0?引言

傳統設計軟件以發電量最大為設計目標。然而，投資收益最大化方是運營商最關注的。多算例顯示，發電量最大時投資收益并非最大。以甘肅某項目為例，發電量甘肅某項目傾角35°時發電量最大、對應資本金稅后收益26.59%，而傾角25°時資本金稅后收益27.29%^[1]。

本文通過全面對比分析反映光伏電站系統性參數的各個指標，包括系統評價指標和財務評價指標，具體為系統效率、度電成本、系統可利用率、發電設備平均利用小時數、內部收益率、凈現值、投資回收期、投入/產出比共8項指標，對比各指標的定義、計算方法、計算所涉及的參數內容，分析得出可以全面反映運營商關注參數的系統性指標。為后續光伏系統優化設計提供參考。

1 光伏電站系統評價指標

1.1?系統效率（Performance Ratio）

系統效率（簡稱PR）是綜合反應電站設計水平、施工質量、部件性能和維護水平高低的指標，是綜合評判光伏電站價值的客觀依據。PR定義如式（1）所示。

式（1）

其中，E是并網點流量發電量（kWh），是光伏組件額定功率之和（kW），H是光伏陣面上輻射量（kWh/m2），G是額定功率的光照條件（1000W/m²）。

PR并不是系統的優化指標，也不是項目的經濟指標，但是一個光伏系統評價質量的關鍵指標。PR達到90%是現代光伏技術追求的一個標準。

1.2?度電成本（Levelized Cost of Electricity）

光伏發電的度電成本（簡稱LCOE）是指光伏項目單位上網電量所發生的綜合成本，主要包括光伏項目的投資成本、運維成本和財務費用。度電成本是光伏電站經濟性的考核指標，降低度電成本是我們提高效益追求的目標。

目前對光伏電站度電成本的主要分析方法有靜態和動態兩種：

（1）靜態成本法

式（2）

其中C是度電成本（元/kWh），N是年均發電量（kWh），M是年均維修費（元），O是年均經營成本（元，包括材料費、管理費、工資及福利費），T是年均折舊費（元），S是年均財務費用（元）。

（2）動態成本法

式（3）

其中I是項目的初始總投資（元），n是項目的壽命期（年），i是折現率，CRF是等額資金回收系數，（O+M）是年均運維費用（元）。

動態成本又叫做全壽命期成本，是把光伏電站生命周期內所有的費用在壽命期間進行平攤。

1.3?系統可利用率

光伏系統利用率是指統計周期內除去光伏系統因定期維修和故障時數后剩余時數和除去非設備自身責任停機時數后剩余時數的比值，用百分比表示。

式（4）

其中，A是停機小時數（小時，不包括待機時間），B是非設備自身責任的停機小時數（小時），T是統計期內的公立小時數（小時）。非設備自身責任的停機小時數包括以下情況：電網故障（電網參數在技術規范范圍之外）、氣象條件（包括天氣狀況和環境溫度）超出技術規范規定的運行范圍、不可抗力、合理的理性維護時間、合理的例行維護時間。

1.4?發電設備平均利用小時數

發電設備平均利用小時數是指統計周期內的發電量與發電設備平均容量的比值，式（5）所示，其是反映發電設備生產能力利用程度及其水平的指標。利用小時數越高，說明設備的使用越充分，每度電中攤銷的固定資產投資越低，或者說在電價相同的情況下固定資產投資回收得越快。

式（5）

其中，E是統計周期內的光伏電站發電量（kWh），是統計周期內的光伏電站發電設備平均容量（kW）。

2?光伏電站財務評價指標

2.1?內部收益率（IRR）

內部收益率（簡稱IRR）是相對指標，指使得項目各年現金流折現到項目建設期初的現值之和等于零時的折現率，其含義可以理解為項目投資可以獲得的年率化的投資回報水平。IRR的計算公式如式（6）所示^[2]。

式（6）

其中，n為項目現金流總期數，CI_t為t期的現金流入量，CO_t為t期的現金流出量，R值即為對應現金流量的內部收益率。

內部收益率指標優點是直觀、易理解，但對于凈現金流序列符號正負變化多次的非常規項目，R的取值不唯一，失去了IRR指標的使用價值，所以只能適用符號正負變化僅一次的常規項目，一般情況下，電力項目投資的現金流分部比較正常，IRR指標還是比較使用的。

內部收益分全投資財務內部收益率和資本金財務內部收益率，對于一個既定項目來說，全投資內部收益率完全由項目的凈現金流所決定，衡量項目本身的投資盈利能力，與融資結構無關。而資本金內部收益率則完全取決于貸款比例和貸款利率，在全投資內部收益率大于貸款利率的情況下，貸款比例越大，則資本金內部收益率越高，反之，則越低。

影響財務內部收益率的主要指標有：項目發電量（發電小時數）、電價、投資成本、貸款利率、年經營成本，另外還有補貼資金回收期、稅收優惠、資本金出資比例等次要影響指標。

2..2 凈現值（NPV）

凈現值（簡稱NPV）定義為項目壽命期內各年的凈現金流量按照應達到的基準收益率貼現到項目初始時點上的現值之和。NPV反映了項目所占用的尚未收回的資金及已收回的資金進行再投資，獲得以基準收益率的遞增幅度獲利之外，在整個項目壽命期內所獲收益現值的大小。計算公式如式（7）所示。

式（7）

其中k為基準收益率或資本成本。

凈現值是一個絕對數指標，反映了項目的盈利總額。

NPV的大小，在項目其他條件（如投資、收入、年經營費用等）不變的前提下，完全取決于基準收益率k的大小。

2..3 投資回收期

投資回報周期是計算項目投產后在正常生產經營條件下的收益額和計提的折舊額、無形資產攤銷額用來回收項目總投資多需的時間，與行業基準投資回收期對比分析項目投資財務效益的一種靜態分析法。投資回收期指標所衡量的是收回初始投資的速度快慢。

投資回報周期的計算方法通常使用列表法。通過列表計算累計凈現金流量，來確定項目的投資回報周期。

（1）靜態投資回收期

靜態投資回報周期是指不考慮資金的時間價值時，收回投資所需要的時間。靜態投資回收期可以在一定程度上反映出項目方案的資金回收能力，其計算方便，有助于對技術上更新較快的項目進行評價。但它不能考慮資金的時間價值，也沒有對投資回收期以后的收益進行分析，從中無法確定項目在整個壽命期的總收益和獲利能力。

建設期的投資回收期（PP）=最后一項為負值的累計凈現金流量對應的年數+最后一項為負值的累計凈現金流量絕對值÷下年凈現金流量 或：=累計凈現金流量第一次出現正值的年份-1+該年初尚未回收的投資÷該年凈現金流量。

（2）動態投資回收期

動態投資回收期是把投資項目各年的凈現金流量按基準收益率折成現值之后，再來推算投資回收期，這就是它與靜態投資回收期的根本區別。動態投資回收期就是凈現金流量累計現值等于零時的年份。

動態投資回收期要比靜態投資回收期長，原因是動態投資回收期的計算考慮了資金的時間價值，這正是動態投資回收期的優點。但考慮時間價值后計算比較復雜。

投資回報周期P't =（累計凈現金流量現值出現正值的年數-1）+上一年累計凈現金流量現值的絕對值/出現正值年份凈現金流量的現值。

2.4 投入/產出比

投入/產出比（簡稱C/I Ratio）是指項目壽命期內的總成本與總收益的比值，其計算公式為：

R_C/I = 壽命期總成本/壽命期總收益^[3]

總成本包括系統初始投資、運行期總運維費用、總的財務費用及固定資產殘值，總收益包括系統運行期的總發電收益，同時考慮折現率、棄光率及組件功率衰減的影響。投入產出比在計算過程中幾乎考慮了光伏電站整個壽命期的所有投入與產出，并考慮了資金的時間價值。投入產出比適用于科技項目、技術改造項目和設備更新項目的技術經濟評價指標，其值越小，表明經濟效果越好。

投入/產出比與內部收益率IRR的關系如式（8）所示^[4]。

式（8）

式中，n_c—項目建設期;n_g—項目運行期，在光伏項目中，n_c=0.6，n_g=25。則上式可簡化為：

式（9）

由投入/產出比定義可知，當項目的建設期和運行期確定后，R_C/I與IRR存在一一對應的關系，圖1所示。

與IRR相比，投入產出比更能直觀表現項目的經濟性和可行性，且在項目建設期和運行期確定后和IRR值具有一一對應的關系。

3?小結

綜上所述，在光伏電站各項評價指標中，系統效率（PR）是評價電站質量好壞的關鍵指標;LCOE是電站經濟性的考核指標，其不涉及電價和收益的計算，PR、LCOE和設備小時數都是光伏電站系統性能指標，即在一個項目滿足可行性的前提下，業主需要從設計、運維等方面盡可能去提高PR和小時數、降低LCOE，即所謂的降本增效，提高電站經濟效益。而從投資商角度出發，投資光伏項目必須考慮電價、收益、貸款和利息等，因此光伏項目財務評價時使用的指標應以財務內部收益率為主，財務凈現值和投資回收期為輔。由此，建議光伏系統優化設計首先關注的指標為內部收益率IRR。

參考文獻：

[1] 喬偉. 光伏電站建設投資和設計優化分析[C]. 第二屆中國國際能源峰會， 2015， 北京

[2] 發改委建設部. 方法與參數[M]，北京：中國計劃出版社， 2006，22.

[3] 王斯成. 如何提高光伏電站的效益[A]. 光伏精細化設計論壇[C]. 呼和浩特，2016-07.

[4] 劉朋杰，一種新的項目評價指標[J]，東北電力大學學報，2002，22（3）：53-55.