農(nóng)村家庭分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)推廣模式研究

蘇尤麗，孫巖松

（新疆財(cái)經(jīng)大學(xué) 信息管理學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830012）

一、引言

光伏發(fā)電作為一種可再生的清潔能源，能有效緩解我國當(dāng)前的資源短缺問題，為解決環(huán)境污染提供了有效途徑。分布式光伏發(fā)電指在用戶側(cè)安裝太陽能電板以及光伏組件，將太陽能直接轉(zhuǎn)換為電能，是一種新型的新能源利用方式，能有效減少國家電網(wǎng)因遠(yuǎn)途輸配電而造成的電力損失，減少相關(guān)的投資建設(shè)費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用。

在光伏發(fā)電的實(shí)際應(yīng)用與推廣方面，國外學(xué)者研究較早，早期主要圍繞可行性進(jìn)行分析，經(jīng)過多年的發(fā)展已驗(yàn)證了在日光充足、日照時間長的地區(qū)發(fā)展分布式光伏發(fā)電可以帶來可觀的經(jīng)濟(jì)和社會效益[1-2]。目前的研究則在驗(yàn)證了可行性的基礎(chǔ)上探討怎樣把效益擴(kuò)大化，如Kirsten Ulsrud等人認(rèn)為，業(yè)務(wù)和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性是農(nóng)村光伏系統(tǒng)能否成功運(yùn)作的核心，他借鑒了從印度向肯尼亞轉(zhuǎn)移太陽能微型電網(wǎng)的經(jīng)驗(yàn)，研究了空間轉(zhuǎn)移戰(zhàn)略如何與當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)相結(jié)合，以促進(jìn)創(chuàng)造性的學(xué)習(xí)過程業(yè)務(wù)[3-4]；Ehsanul Kabira對太陽能發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)及阻礙進(jìn)行了分析，提出監(jiān)管政策框架要與太陽能發(fā)電未來前景之間做到有益互動[5]。國內(nèi)學(xué)者方面，溫澤坤等以江西5 kW家庭式光伏發(fā)電系統(tǒng)為例分析了其環(huán)境與經(jīng)濟(jì)效益[6]；郭躍飛以高平市野溝村為例對戶用分布式光伏扶貧模式進(jìn)行分析，研究了光伏扶貧在經(jīng)濟(jì)、政治、社會、生態(tài)方面取得的成效和經(jīng)驗(yàn)[7]；張欣使用層次分析法、模糊綜合評價(jià)法對河北省廣宗縣分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目綜合效益進(jìn)行評價(jià)研究[8]；張敦虎等人在采用平準(zhǔn)化度電成本模型(LCOE)的基礎(chǔ)上，開發(fā)出了平準(zhǔn)化度電凈現(xiàn)值模型(LNPVE)，分析了宜昌市漁峽口鎮(zhèn)村級光伏扶貧電站項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性[9]。

綜上所述，目前國外學(xué)者對分布式光伏發(fā)電的研究主要集中在怎樣合理運(yùn)營來獲得收益，國內(nèi)學(xué)者的研究則主要圍繞分布式光伏發(fā)電所能帶來的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)等方面的效益。對于我國廣大農(nóng)村地區(qū)而言，光伏發(fā)電尚屬新鮮事物，購買、租賃等光伏系統(tǒng)推廣模式層出不窮，因此有必要對不同的推廣模式進(jìn)行對比分析，找出所能帶來的效益上的不同，為光伏系統(tǒng)的推廣以及用戶的購買使用提供借鑒。

二、研究內(nèi)容

（一）國內(nèi)分布式光伏發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀

伴隨著一系列光伏政策的出臺和光伏扶貧項(xiàng)目的落地，在過去的幾年中，我國的光伏發(fā)電裝機(jī)容量有了飛躍式的提高，由2012年的341萬kW提高到了2018年的17 400萬kW，其中主要集中在大型的地面光伏發(fā)電站，多建設(shè)在太陽能資源較豐富的西北地區(qū)。但是，由于西北地區(qū)地域廣闊，人口較少，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相對較差，因此對新能源發(fā)電的消納能力不足，出現(xiàn)了棄光限電的現(xiàn)象[10-11]。而我國中東部地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快，人口集中，對電力的需要量大，于是一些光伏企業(yè)開始推廣小型的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)。

在以往的政策中，我國的電網(wǎng)公司只吸收火電、水電等相對穩(wěn)定的常規(guī)電源，而分散的小型新能源發(fā)電由于發(fā)電量不穩(wěn)定、影響電力負(fù)荷預(yù)測準(zhǔn)確度等問題，想要并入電網(wǎng)的難度較大，普通家庭用戶購買小型分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的欲望很小。根據(jù)2017年的光伏新政，利用太陽能、風(fēng)能等新能源發(fā)電的系統(tǒng)，如果電壓不超過10 kV而且單個發(fā)電設(shè)備裝機(jī)容量不超過6 MW，就能免費(fèi)的連接到國家電網(wǎng)。對于安裝的新能源發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出的電，用戶可以選擇自用，也可以賣給國家電網(wǎng)獲取收益。目前我國的智能電網(wǎng)發(fā)展水平已達(dá)到世界前列，并且已覆蓋到縣市一級。

（二）研究對象

本文針對目前比較流行的三種光伏發(fā)電系統(tǒng)推廣模式進(jìn)行研究，分別討論不同的推廣模式下的經(jīng)濟(jì)效益，并對環(huán)境效益作總體研究，為光伏發(fā)電系統(tǒng)的推廣方式、用戶的模式選擇提供借鑒。

隨著光伏技術(shù)的發(fā)展，光伏組件價(jià)格不斷下降，發(fā)電效率及使用壽命等大大提高，這為農(nóng)村家庭屋頂安裝小型太陽能發(fā)電系統(tǒng)提供了條件。農(nóng)村地區(qū)嚴(yán)重依賴國家電網(wǎng)輸送電力，而華北地區(qū)工廠較多，電網(wǎng)壓力大，尤其到了夏季用電高峰時期，處于供電網(wǎng)末端的農(nóng)村地區(qū)經(jīng)常不得不拉閘限電，給農(nóng)村的生產(chǎn)生活帶來不便。家庭屋頂發(fā)電不僅可以方便居民生活用電，而且能夠給用戶帶來收益。此外，華北地區(qū)空氣污染嚴(yán)重，推廣小型分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，使用清潔能源供電，可減少當(dāng)?shù)囟趸?、二氧化硫、氮氧化物等污染物的排放，有效緩解環(huán)境污染。

本文以河北省邢臺市為研究對象。邢臺市地處東經(jīng)114.48°，北緯37.07°，是我國太陽能資源三類地區(qū)，太陽能電池板最佳安裝傾角為35°，最佳傾角下峰值日照時數(shù)為4.94 h[12]。表1為邢臺市峰值日照時數(shù)。年均峰值日照時數(shù)為4.28 h。

表1 邢臺市峰值日照時數(shù)

三、不同模式下發(fā)電收益分析

目前國內(nèi)的光伏發(fā)電系統(tǒng)推廣模式主要有三種：（1）用戶全額購買光伏電板及組件，發(fā)電收益全部由用戶所得；（2）用戶貸款購買光伏電板及組件，用發(fā)電收益來償還貸款；（3）用戶提供自家屋頂，讓光伏發(fā)電系統(tǒng)免費(fèi)裝在自家屋頂，發(fā)電收益由光伏發(fā)電公司所得，用戶每年可獲得分紅。光伏發(fā)電系統(tǒng)安裝20年后，用戶獲得其所有權(quán)，即20年后的發(fā)電收益由用戶所得。

（一）全額購買

太陽能與電能轉(zhuǎn)換公式如下：

其中G為光伏系統(tǒng)的年均發(fā)電量；W為太陽能電池板安裝容量；H為最佳傾角下峰值日照時數(shù)，取年平均4.28；η為光伏系統(tǒng)的發(fā)電效率，考慮到當(dāng)前的技術(shù)條件、環(huán)境因素以及光伏企業(yè)和電站開發(fā)商等對光伏組件衰減率的要求，假設(shè)第25年光伏系統(tǒng)的發(fā)電效率為80%，即η取值80%[13]，則：

其中n=25，x 為光伏發(fā)電每年降低的發(fā)電效率，約為0.008 9。以10 kW太陽能系統(tǒng)為例，光伏系統(tǒng)的首年發(fā)電量為15 449 kW。對于所發(fā)電量，用戶可選擇“全額上網(wǎng)”或者“自發(fā)自用、余電上網(wǎng)”。目前國家政策對分布式光伏發(fā)電采取單位電量定額補(bǔ)貼的方式，即對光伏系統(tǒng)的全部發(fā)電量都進(jìn)行補(bǔ)貼，所以無論是自發(fā)自用電量還是余電上網(wǎng)電量均按同一標(biāo)準(zhǔn)獲得國家補(bǔ)貼。下面分別分析這兩種方式所能帶來的收益。

1.全額上網(wǎng)

全額上網(wǎng)是指所發(fā)電量全部并網(wǎng)賣給電網(wǎng)公司。邢臺地區(qū)的光能發(fā)電上網(wǎng)電價(jià)為0.36元，國家補(bǔ)貼為0.08元，一度電總收入為0.44元。發(fā)電收益計(jì)算公式為：

其中，R為發(fā)電收益；P為度電總收入；C為發(fā)電量。以此計(jì)算，10 kW太陽能系統(tǒng)第一年發(fā)電收入為6 812.50元。前25年的發(fā)電量、發(fā)電收入如表2所示[14]，25年的發(fā)電總收入為153 305.79元。

表2 25年太陽能發(fā)電量及發(fā)電收入

年份 發(fā)電效率/% 發(fā)電量/kW·h（年） 發(fā)電收入/元14 88.24 13 784 6 065.04 15 87.45 13 662 6 011.07 16 86.67 13 540 5 957.57 17 85.90 13 419 5 904.54 18 85.14 13 300 5 851.99 19 84.38 13 182 5 799.91 20 83.63 13 064 5 748.29 21 82.88 12 948 5 697.13 22 82.15 12 833 5 646.43 23 81.41 12 719 5 596.17 24 80.69 12 605 5 546.37 25 79.97 12 493 5 497.01

2.自發(fā)自用、余電上網(wǎng)

自發(fā)自用、余電上網(wǎng)是指所發(fā)電量一部分用戶自己使用，多余電量接入電網(wǎng)賣給電網(wǎng)公司。邢臺市執(zhí)行階梯電價(jià)，電價(jià)水平如表3所示：

表3 河北省邢臺市階梯電價(jià)收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)（居民生活用電部分，單位：元）

從上表可以看出，無論是第幾檔的居民用電，其價(jià)格都要高過光能發(fā)電上網(wǎng)電價(jià)。將用戶使用自發(fā)電所節(jié)省下的電費(fèi)算作收益，計(jì)算發(fā)電總收益，公式如下：

當(dāng)居民每月用電為150 kW·h，每年用電1 800 kW·h時，需繳納電費(fèi)936元。自發(fā)自用、余量上網(wǎng)模式下，用戶第1年可獲收益為1 800×0.52+（15 483—1 800）×0.36+15 449×0.08=7 097.8元，相比全額上網(wǎng)，多出的部分為居民用電價(jià)格與光伏發(fā)電上網(wǎng)電價(jià)之間的差值，差值為285.3元。

由此可見，因?yàn)榫用裼秒妰r(jià)格要高于光伏發(fā)電上網(wǎng)電價(jià)，因此用戶應(yīng)盡可能的選擇“自發(fā)自用、余電上網(wǎng)”模式。此外，由于目前采用的是階梯電價(jià)，因此對于用電量較大的用戶來說，采用該模式能獲得更大的收益。

除了經(jīng)濟(jì)效益外，采用自發(fā)自用、余額上網(wǎng)模式還能方便居民生活。鄉(xiāng)村電網(wǎng)或多或少都存在一些問題，斷電情況屢有發(fā)生，而自家的太陽能發(fā)電系統(tǒng)正好可以彌補(bǔ)國家電網(wǎng)的不足，保證電力的不間斷供應(yīng)。

（二）銀行貸款

根據(jù)邢臺市某光伏發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)銷商報(bào)價(jià)，10 kW太陽能發(fā)電系統(tǒng)的價(jià)格為4萬元，用戶可以通過銀行貸款來全額購買光伏發(fā)電系統(tǒng)，利用每年的發(fā)電收益來償還。目前銀行對貸款購買光伏發(fā)電系統(tǒng)所征收的年利率為7.8%。

如果用戶選擇只償還利息，則每年需償還利息3 120元。全額上網(wǎng)情況下，10 kW光伏發(fā)電系統(tǒng)的投資回收期為12年。也就是說，從第12年開始，用戶即可還清所有本息。這其后的第13～25年間，用戶還可獲得34 881元的收入。

自發(fā)自用、余量上網(wǎng)情況下，用戶每使用1 kW·h自發(fā)電，與并網(wǎng)相比，可多獲得0.16元的收益，多出的收益占上網(wǎng)電價(jià)的44.44%，明顯高于光伏系統(tǒng)貸款利率水平。因此，銀行貸款購買光伏系統(tǒng)模式下，依然建議用戶采用“自發(fā)自用、余量上網(wǎng)”模式。

用戶將每年所有的發(fā)電收益全部用來償還本金和利息的情況下，收益如表4所示，剩余收益為97 278 元。因此建議用戶選擇將每年的發(fā)電收益全部用來償還本息。

表4 貸款購買光伏發(fā)電系統(tǒng)收益（單位：元）

（三）免費(fèi)安裝

以邢臺市某光伏發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)銷商為例，用戶無需購買光伏發(fā)電系統(tǒng)，可選擇提供自家屋頂用來安裝光伏發(fā)電系統(tǒng)，這樣每年可獲得分紅1 500元。光伏系統(tǒng)建成運(yùn)行20年后，用戶可獲得光伏系統(tǒng)的擁有權(quán)。當(dāng)前技術(shù)條件下，光伏系統(tǒng)的使用壽命可達(dá)到25年以上。以光伏系統(tǒng)的壽命周期為25年為例，在前20年獲得的總計(jì)3萬元的分紅以外，用戶還可獲得光伏系統(tǒng)第21～25年的發(fā)電收益。這5年間，總計(jì)可獲得28 000元的發(fā)電收益。與前面兩種途徑相比，選擇免費(fèi)安裝光伏發(fā)電系統(tǒng)收益較小，但是勝在用戶無需資本投資，這樣就降低了投資風(fēng)險(xiǎn)。

四、經(jīng)濟(jì)效益分析

本研究針對邢臺市光伏發(fā)電系統(tǒng)的推廣進(jìn)行討論，居民在考慮是否選擇安裝光伏發(fā)電系統(tǒng)時，主要關(guān)心其是否能夠帶來足夠的經(jīng)濟(jì)效益。其中凈現(xiàn)值(NPV)、和回收期(PBP)是經(jīng)濟(jì)影響評估中決定是否進(jìn)行項(xiàng)目投資的關(guān)鍵[15]。

（一）凈現(xiàn)值(NPV)

凈現(xiàn)值(Net Present Value)是一項(xiàng)投資所產(chǎn)生的未來現(xiàn)金流的折現(xiàn)值與項(xiàng)目投資成本之間的差值。凈現(xiàn)值法是評價(jià)投資方案的一種方法。

成本構(gòu)成：總資本投資（IC），累計(jì)年度運(yùn)營和維護(hù)成本（A）

凈現(xiàn)值計(jì)算公式如下：

表5 凈現(xiàn)值

25年的凈現(xiàn)值之和為108 238元，減去4萬元的初始資本投資，凈現(xiàn)值之和為68 238元，符合投資條件。

（二）回收期(PBP)

回收期(Pay-back Period)指所有利益的近期價(jià)值等于所有成本加上資本投資的近期價(jià)值的年份，回收期計(jì)算公式如下：

由于本文中不考慮年度運(yùn)營和維護(hù)成本，因此NPV(A)=0,

公式可簡化為：

結(jié)合表4、5分析可得，當(dāng)前補(bǔ)貼情況下全額購買和貸款購買10 kW光伏發(fā)電系統(tǒng)的投資回收期分別為7年和9年。

五、補(bǔ)貼退坡機(jī)制下經(jīng)濟(jì)效益分析

4月2日，國家發(fā)展改革委印發(fā)《關(guān)于2020年光伏發(fā)電上網(wǎng)電價(jià)政策有關(guān)事項(xiàng)的通知》，從今年6月1日起，戶用分布式光伏補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整為每千瓦時0.08元。相較于2019年的光伏上網(wǎng)電價(jià)和補(bǔ)貼政策，“自發(fā)自用、余電上網(wǎng)”模式的戶用分布式光伏補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)下調(diào)0.1元，降幅為55.5%。財(cái)政補(bǔ)貼上的壓力以及出于對光伏行業(yè)整體健康發(fā)展的考慮，光伏發(fā)電度電補(bǔ)貼不斷下降直至消失已成為大趨勢。下面模擬國家度電補(bǔ)貼為0、0.02、0.04、0.06、0.08元的補(bǔ)貼退坡情景下的發(fā)電收益，其他參數(shù)與前文一致，模擬結(jié)果如圖1所示：

圖1 補(bǔ)貼退坡情景下發(fā)電收益仿真

總體來看，隨著國家度電補(bǔ)貼的減少，居民安裝光伏發(fā)電系統(tǒng)所得收益呈伴隨下降趨勢；當(dāng)補(bǔ)貼退至為0元（kW·h）時，每年的發(fā)電收益要比現(xiàn)有補(bǔ)貼水平0.08元（kW·h）下降1 000～1 200元。

圖2為有補(bǔ)貼（0.08元/kW·h）和無補(bǔ)貼時10 kW光伏發(fā)電系統(tǒng)25年發(fā)電收益凈現(xiàn)值對比仿真：

圖2 補(bǔ)貼退坡情景下發(fā)電收益凈現(xiàn)值對比仿真

具體分析無補(bǔ)貼情況下發(fā)電收益凈現(xiàn)值，結(jié)果如表6所示：

表6 無補(bǔ)貼情況下收益凈現(xiàn)值

取消補(bǔ)貼后25年內(nèi)的發(fā)電收益凈現(xiàn)值為88 558元，減去4萬元的初始資本投資，凈現(xiàn)值之和為48 558元?？梢婋m然取消補(bǔ)貼后發(fā)電收益下降幅度較大，但由于NPV>0，所以仍然具備投資價(jià)值。

貸款購買10 kW光伏發(fā)電系統(tǒng)情況下，若無國家補(bǔ)貼，還本付息的時間將要增長，如表7所示，投資回收期為12年。以光伏系統(tǒng)25年為生命周期計(jì)算，還清本息后還可獲得收益63 562.34元。而如果用戶選擇只用發(fā)電收益償還利息的話，投資回收期要長達(dá)20年，且剩余回報(bào)僅為7 432元，收益幾乎可忽略不計(jì)?？梢姡瑹o國家補(bǔ)貼對貸款購買光伏系統(tǒng)的用戶影響較大。

表7 無補(bǔ)貼情況下貸款購買光伏發(fā)電系統(tǒng)收益（單位：元）

六、總結(jié)及建議

（一）總結(jié)

家庭屋頂太陽能發(fā)電不僅能給農(nóng)村地區(qū)人民帶來經(jīng)濟(jì)收益，還能推廣使用清潔能源，有效緩解環(huán)境污染。此外，太陽能發(fā)電系統(tǒng)的推廣使用能促進(jìn)我國新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

本文對光伏發(fā)電系統(tǒng)不同推廣模式下用戶的收益進(jìn)行了研究，研究結(jié)果表明，在光伏發(fā)電系統(tǒng)使用年限內(nèi)，全額購買光伏發(fā)電系統(tǒng)與貸款購買相比可多帶來5～6萬元的發(fā)電收入；采用自發(fā)自用、余電上網(wǎng)能給用戶帶來更多的收益，用電量大的用戶安裝分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)更為適合；取消國家補(bǔ)貼電價(jià)對貸款購買光伏發(fā)電系統(tǒng)的用戶影響較大。

（二）建議

在當(dāng)前仍有國家補(bǔ)貼的情況下，用戶收益較多，但過度依賴政府補(bǔ)貼不僅會給政府帶來財(cái)政上的負(fù)擔(dān)，也不利于整個產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，未來取消補(bǔ)貼、光伏發(fā)電平價(jià)上網(wǎng)的趨勢已不可避免。在此條件下，只有提高光伏產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平、實(shí)現(xiàn)技術(shù)上的創(chuàng)新、降低太陽能電池板及相關(guān)組件的價(jià)格，才能吸引更多的用戶加入到新能源發(fā)電的行列來。

對于普通的農(nóng)村家庭來說，一次性拿出4萬元來購買光伏系統(tǒng)可能會較為勉強(qiáng)，并且在當(dāng)?shù)毓夥l(fā)電還屬于新興事物，收益性暫不明朗。在推廣光伏發(fā)電時，企業(yè)可先采用模式三，在每個村級單位尋找示范用戶為其免費(fèi)安裝光伏發(fā)電系統(tǒng)，每年付給其租金，收益歸企業(yè)所有，但是發(fā)電量、發(fā)電收益等信息可向用戶公開，起到激勵作用。此外，如果取消國家補(bǔ)貼，對貸款購買光伏系統(tǒng)的用戶收益影響較大[16]。因此，在取消國家補(bǔ)貼的大趨勢下，應(yīng)該適當(dāng)降低光伏系統(tǒng)貸款利率。