淺談?dòng)?jì)算分布式光伏項(xiàng)目中業(yè)主企業(yè)自用電比例的方法

崔巧偉

引言：目前，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)多建于建筑物屋頂，電力消納方式主要分為全額上網(wǎng)、自發(fā)自用余電上網(wǎng)。選擇后者時(shí)，發(fā)電企業(yè)常常需要考慮在最大程度利用屋頂面積的同時(shí)，業(yè)主企業(yè)是否能全部或大部分消納掉系統(tǒng)所發(fā)電量。由于余電上網(wǎng)的電價(jià)通常遠(yuǎn)低于自發(fā)自用電價(jià)，當(dāng)余電上網(wǎng)比例高時(shí)，項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性將大打折扣。時(shí)下由國(guó)家發(fā)改委、能源局著力推進(jìn)的分布式發(fā)電市場(chǎng)化交易體系是對(duì)這一問(wèn)題的有效解決措施，然而在此體系充分建立健全之前，本文將粗淺探討計(jì)算項(xiàng)目中業(yè)主企業(yè)自用電比例的方法。

一、企業(yè)用電量與項(xiàng)目發(fā)電量的比較

眾所周知，不同行業(yè)耗電量不同，同一行業(yè)采用不同的生產(chǎn)方式也可導(dǎo)致耗電量的不同;進(jìn)一步說(shuō)，一個(gè)企業(yè)的用電負(fù)荷或隨市場(chǎng)需求、季節(jié)等因素呈現(xiàn)階段性變化，也可能在一天之內(nèi)根據(jù)峰谷電價(jià)時(shí)段、生產(chǎn)需要、排班方式等因素發(fā)生變化。與此同時(shí)，光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電功率在一天之內(nèi)、不同季節(jié)也呈現(xiàn)不同規(guī)律。例如，一個(gè)企業(yè)冬季耗電量大，夏季耗電量小，而光伏系統(tǒng)是冬季發(fā)電量小，初夏發(fā)電量大，這樣則會(huì)導(dǎo)致余電上網(wǎng)比例較大。因此，計(jì)算項(xiàng)目自發(fā)自用電量的比例時(shí)，需要將企業(yè)每個(gè)月的用電情況與光伏項(xiàng)目每個(gè)月的預(yù)計(jì)發(fā)電情況相比較。本文以河南某企業(yè)和15MW裝機(jī)容量的光伏發(fā)電項(xiàng)目為例進(jìn)行探討，首先獲得企業(yè)某一年的各月分時(shí)段用電量，見(jiàn)表1。

太陽(yáng)能發(fā)電時(shí)間段選取8：00-18：00，則與之對(duì)應(yīng)的企業(yè)用電時(shí)段為峰段和平段的12：00-18：00。其次，將項(xiàng)目各月預(yù)計(jì)發(fā)電量根據(jù)裝機(jī)規(guī)模、歷史峰值日照時(shí)數(shù)（參考NASA數(shù)據(jù)）計(jì)算出來(lái)，并與企業(yè)峰平時(shí)段用電量進(jìn)行比對(duì)，見(jiàn)表2。

從表2可以看出，企業(yè)各月峰平合計(jì)用電量高于項(xiàng)目各月預(yù)計(jì)發(fā)電量。由此能得出項(xiàng)目所發(fā)電量能夠被企業(yè)全部消納的結(jié)論嗎？并不能。因?yàn)樵谡Ｌ鞖馇闆r下，系統(tǒng)的發(fā)電功率是呈“幾”字形變化的（如圖1所示），如果企業(yè)在該時(shí)段內(nèi)的用電負(fù)荷相對(duì)穩(wěn)定不變，以4月份為例，系統(tǒng)發(fā)電功率在首尾時(shí)段低于企業(yè)用電負(fù)荷，這時(shí)所發(fā)電量可被全部消納，而在中間時(shí)段高于企業(yè)用電負(fù)荷，這時(shí)所發(fā)電量只能被部分消納，消納不了的電量則自行選擇并入電網(wǎng)。

二、企業(yè)用電負(fù)荷與項(xiàng)目峰值發(fā)電功率的比較

項(xiàng)目發(fā)電量是用峰值日照時(shí)數(shù)計(jì)算得出，對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)發(fā)電功率也是最高值。那么可以用企業(yè)在相應(yīng)時(shí)段內(nèi)的平均用電負(fù)荷與系統(tǒng)峰值發(fā)電功率相比而得出自用電比例嗎？并不一定。峰值日照時(shí)數(shù)是由全天太陽(yáng)能輻照總量除以太陽(yáng)能電池板標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件1000W/m2所得出的數(shù)值，而一天之內(nèi)的太陽(yáng)能輻照度并不是在有日照的整個(gè)時(shí)間區(qū)間都能達(dá)到1000W/m2，可能僅有一個(gè)小時(shí)，可能沒(méi)有，也可能數(shù)個(gè)小時(shí)，系統(tǒng)發(fā)電功率是隨太陽(yáng)能輻照度變換的，如圖2所示。

這就是上節(jié)所說(shuō)的，在正常天氣情況下，系統(tǒng)實(shí)際發(fā)電功率是呈“幾”字形變化的，峰值功率對(duì)應(yīng)的時(shí)間與實(shí)際發(fā)、用電時(shí)間相差數(shù)個(gè)小時(shí)，如此得出的結(jié)果可能與實(shí)際相去甚遠(yuǎn)。如表3所示，1月份企業(yè)峰段、平段平均用電負(fù)荷10.13MW、8.70MW均低于系統(tǒng)峰值發(fā)電功率11.70MW，但實(shí)際系統(tǒng)發(fā)電功率曲線如圖1所示（2016年1月份某一天的數(shù)據(jù)）。其一天之內(nèi)的最大功率只有5.65MW，若企業(yè)用電負(fù)荷恒定，則全部發(fā)電量均可被消納。這時(shí)用企業(yè)平均用電負(fù)荷與系統(tǒng)峰值發(fā)電功率比較無(wú)法得出貼近實(shí)際的自用電比例。同樣的原因， 用企業(yè)平均用電負(fù)荷與系統(tǒng)平均發(fā)電功率比較也無(wú)法得出貼近實(shí)際的自用電比例。

三、計(jì)算企業(yè)自用電比例的方法

首先，通過(guò)電費(fèi)結(jié)算單、咨詢業(yè)主企業(yè)等渠道確定其在光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電時(shí)段的用電負(fù)荷曲線。如果生產(chǎn)穩(wěn)定，企業(yè)在一段時(shí)期內(nèi)（如同一季節(jié)）的每日用電負(fù)荷應(yīng)是基本恒定或無(wú)太大波動(dòng)的。平均用電負(fù)荷明顯高于峰值發(fā)電功率時(shí)，發(fā)電量基本能被全部消納，但考慮到設(shè)備故障、檢修等特殊情況，應(yīng)預(yù)留5%-10%的余電上網(wǎng)電量進(jìn)行項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性等的測(cè)算分析。本文主要討論用電負(fù)荷低于峰值發(fā)電功率時(shí)的處理方法。

其次，預(yù)測(cè)光伏系統(tǒng)發(fā)電功率變化曲線。由于影響系統(tǒng)發(fā)電功率的因素除了太陽(yáng)能輻照度，還有溫度、組件表面清潔度等因素，例如夏季雖然太陽(yáng)輻照度很強(qiáng)，但并不是發(fā)電功率最高的時(shí)候，因?yàn)楦邷貢?huì)使系統(tǒng)效率下降，因此不能單純依據(jù)太陽(yáng)能輻照度數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)功率變化曲線。最好采用標(biāo)桿光伏電站的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，所謂標(biāo)桿是指系統(tǒng)綜合效率達(dá)到80%、組件表面清潔度較高、設(shè)備故障及檢修頻次在正常范圍內(nèi)。將標(biāo)桿電站最近幾年相同日期、相同時(shí)點(diǎn)采集的發(fā)電功率求平均值（如表4所示），得到一組新的全年每日發(fā)電功率數(shù)據(jù)。

通過(guò)excel、matlab等擬合出平均值中這些離散數(shù)值的函數(shù)，如圖3所示多項(xiàng)式：

f（x） = 0.1604x6 - 12.078x5 + 381.9x4 - 6488.5x3 + 62000x2 - 311613x + 636664（為了顯示方便，各系數(shù)值保留四位小數(shù)）

假設(shè)業(yè)主企業(yè)這天的用電負(fù)荷為4500kW，即圖3中的直線。則該企業(yè)當(dāng)天的用電量S可用X軸與函數(shù)曲線圍成的面積S1減直線與函數(shù)曲線圍成的面積S2所表示，即

S= S1- S2

用定積分分別求出S1、 S2，即

將剩余364天的企業(yè)用電量用同樣的方法算出，365天的用電量之和與發(fā)電量之和的比值算出企業(yè)用電比例。由于數(shù)據(jù)眾多，計(jì)算復(fù)雜，以上計(jì)算步驟可通過(guò)編程軟件進(jìn)行簡(jiǎn)單編程，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)集中、快速的數(shù)據(jù)處理。

四、結(jié)語(yǔ)

當(dāng)企業(yè)用電量看似很高時(shí)，發(fā)電量不一定能被完全消納，當(dāng)企業(yè)用電負(fù)荷比系統(tǒng)裝機(jī)規(guī)模小時(shí)，發(fā)電量也有可能被完全消納。本文提出的企業(yè)用電比例計(jì)算方法比單純靠企業(yè)用電量與系統(tǒng)發(fā)電量、用電負(fù)荷與峰值發(fā)電功率的比較結(jié)果更貼近實(shí)際，但尚存在以下缺點(diǎn)：在缺乏數(shù)據(jù)處理軟件時(shí)計(jì)算過(guò)程繁瑣、歷史數(shù)據(jù)不易獲取、預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的精度或準(zhǔn)確度還不夠高等，將在今后的探討中繼續(xù)改進(jìn)。

在實(shí)際項(xiàng)目中，最保險(xiǎn)的方法是選擇用電負(fù)荷穩(wěn)定且明顯高于發(fā)電系統(tǒng)峰值功率的企業(yè)作為業(yè)主，但分布式光伏行業(yè)的稀缺資源是優(yōu)質(zhì)屋頂，在企業(yè)有足夠大優(yōu)質(zhì)屋頂?shù)那闆r下，對(duì)于光伏項(xiàng)目投資者來(lái)說(shuō)，裝機(jī)規(guī)模越大越有利于管理和規(guī)模擴(kuò)張。因此，在計(jì)算結(jié)果顯示自用電比例過(guò)低，不滿足經(jīng)濟(jì)性要求時(shí)，分布式發(fā)電市場(chǎng)化交易體系的成熟將為光伏項(xiàng)目投資者提供新的售電渠道。

參考文獻(xiàn)：

[1]《太陽(yáng)能電池組件特性與輻照度、溫度等關(guān)系》，http：//blog.sina.com.cn/s/blog_a649c8810102wsy9.html

[2] 杜撰數(shù)據(jù)，僅用于計(jì)算示例。

[3]《太陽(yáng)能電池組件特性與輻照度、溫度等關(guān)系》