EPC模式分布式光伏發電技術經濟探析

北京燃氣能源發展有限公司 荊 奇

1 引言

光伏發電站作為一種利用可再生能源發電技術，在當前我國能源消費結構優化過程中，發揮著重要的作用。現階段，為進一步提升光伏發電站的經濟效益，將一批新模式融入分布式光伏發電站的建設工作當中，已經成為一項極為必要的工作。

2 將EPC 模式應用到分布式光伏發電技術中的意義

在電子技術不斷發展的背景下，各種電子設備得到了廣泛的應用，這一情況的出現使得人們對電力資源的需求量不斷增長，但受化石能源日漸短缺、傳統火力發電技術產生電能的成本不斷增加、構建清潔低碳社會等因素的影響，人們對清潔可再生能源的需求越發迫切。現階段，為切實降低電能資源的供應成本，滿足人們對電力資源的實際需要，分布式光伏發電技術作為一種清潔可靠的電能供應技術，受到了人們的廣泛歡迎。

并且，隨著近年來分布式光伏發電站建設逐漸步入到規模化建設應用階段，人們已經發現相較于常規的發電技術，分布式光伏發電技術在節能減排方面，有著極為明顯的社會經濟效益與生態環境效益，并且隨著科學技術的不斷發展進步，分布式光伏發電站裝機成本與系統造價正在逐年下降，這一情況的出現，進一步提升了節能服務的發展潛力，為EPC 模式的應用提供了有效的支持。具體來說，EPC 模式是一種以市場為基礎的全新節能機制，在實際應用過程中，可以用節約的能源費用支付節能項目的成本，在節能低碳社會發展的過程中，EPC模式不僅與分布式光伏發電技術有著較高的適配性，還可以為市場化節能新機制的發展添加新的活力與生機[1]。

3 將EPC 模式應用到分布式光伏發電技術中的實例

本文主要以校園分布式光伏發電站的安裝情況為例，介紹了將EPC 模式應用到分布式光伏發電體系建設工作中的具體方法，然后對這一技術的經濟性進行了分析，從結果中可以了解到，隨著近年來光伏發電技術的不斷優化，光伏發電站建設成本不斷下降，將EPC 模式應用的分布式光伏發電站建設工作中，能夠進一步提升該發電站的投資價值，保證該項目的盈利符合預期需要。

3.1 項目概況

分布式光伏發電站位于某高校校區內，據調查統計數據可知，該高校在2019年用電量達到了638.4萬kWh，該校所在地區的居民電價為1kWh/0.65元，2019年該校每天平均用電量達到了17479.49kWh，年最大負荷為12.89MW，2019年電費支出在370萬元，每天下午六點到次日凌晨為該校電力負荷高峰時段，在用電高峰時段，電網存在電力供應穩定性較差的問題。同時，隨著該高校規模的不斷擴大，學校對于電能的消耗呈現逐年上漲趨勢，高校原本配置的電負荷設備已經無法滿足當前高校的實際電力使用需要，考慮到對電負荷設備體系進行改造或者新建的投資成本相對較高，為了在滿足該校用電需要的基礎上，降低用電成本，校園決定將EPC 模式引入到該校分布式光伏發電站當中，實現能源的有效節約[2]。

在使用EPC 模式對學校分布式光伏發電站進行優化的過程中，相關工作人員先對該校的供配電系統進行了全面的分析，明確了系統在應用過程中的能耗情況。然后在明確了分布式光伏發電站的具體工作特點，以及校區建筑屋頂面積條件的基礎上，提出了建設屋頂分布式光伏發電站的電力供應方案，并將EPC 模式應用到光伏發電站的改造工作中，通過令該校區的電力資源實現“自發自用，余電上網”的方式，減少該校區的用電成本。

3.2 系統方案

光伏發電技術作為一種清潔可靠的電能供應技術，在綠色低碳社會建設工作推進的過程中，受到了人們的廣泛關注。現階段，為進一步提升光伏發電技術的應用經濟效益，以EPC 模式為基礎構建分布式光伏發電站，實現光能與電能的高效轉化，成為切實降低光伏發電站投資成本，提高其投資回收率的有效方式之一。

3.2.1 系統構成

光伏組件、逆變器、電池組件、連接電纜、支架等設備共同組成了該校區的分布式光伏發電系統，其中光伏組件是該系統中的核心部件，承擔著將光能轉化成電能的重要任務，在本次工程項目過程中，太陽能電池板為HR-250P-24/Ba 多晶硅光伏組件，這種光伏組件的單體峰值功率為250W，轉化效率在16%以上；同時逆變器作為匯集光伏組件產生的直流電，并將其轉化為可供普通電氣設備使用的交流電的重要設備，在分布式光伏發電系統中起到了十分重要的作用。該校區的分布式光伏發電系統設備與區域建筑物進行了有效的組合，在不影響建筑本身美觀性的同時，將發電系統與小區用電設備、當地配電系統等部分相鏈接。這一情況的出現，使得該校區的光伏發電系統逆變器在應用過程中，可有效實現最大功率的點跟蹤，具體來說在天氣狀況良好，光照強度較高的情況下，逆變器可以將自身轉化的多余交流電注入電網系統中，實現電能供應的補充；在陰天或夜晚這類光照強度較弱的情況下，則可以將電網中的電能傳輸至該校區中，滿足該校區的用電需要[3]。

3.2.2 裝機容量

該校區所處地區年平均日照約為84d，日照百分率為50%±5%，年平均輻射量達到了4806MJ/m2。在該校區前期分布式光伏發電系統選址的過程中，選取的建筑屋頂面積在21050m2左右，經過現場勘察可以了解到，該校區分布式光伏發電組件所占區域面積約為11270m2，屋頂規劃的裝機總量為1.0MW。為保證分布式光伏發電設備的安裝工作不會對校區整體建筑的安全性造成不利影響，并且需要盡量避免組件的安裝，影響建筑整體的美觀性，因此在經過工程計算與實測試驗后，總數為4120組的分布式光伏發電系統電池組件被安裝在實驗樓頂部的空置區域，其安裝方式為固定安裝，安裝傾角為29°，該項目的光伏電池組件總數為4120組，總裝機量達到了1030kW。同時，該系統中共有兩臺并網逆變器，均分散放置在空置區，其規格型號為KSG-300K。此外，交流匯流箱的數量為4臺，其規格型號共有兩種，分別為三進一出與兩進一出。

3.2.3 光伏列陣間距

在分布式光伏發電系統的設計安裝過程中，為切實提升太陽能的轉化效率，為保證光伏列陣能夠發揮最大的效果，在開展間距計算工作時，可以參照《CNCA/CTS0016—2015并網光伏電站性能檢測與質量評估技術規范》，明確光伏列陣布置時的遮擋限定條件。具體來說，在該校的分布式光伏列陣間距計算過程中，不遮擋設計原則可以按照冬至日9：00～15：00點原則設計，具體的計算公式為：D=LcosA+LsinA（0.07tanφ+04338）/（0.707-0.4338tanφ），式中L 指的是太陽能電池板的斜面長度，單位：mm；D 指的是兩排方陣之間的距離，單位：mm；A 指的是方陣的傾角，在該校分布式光伏發電系統布置過程中，取值為29度；φ 指的是該校所在地區的緯度，取值為34.44°。將上述數值代入到公式當中，可以計算得出該校光伏列陣的間距D=1850mm。

3.2.4 光伏方陣并網接入方案

為了切實降低該學校在電力資源消耗方面產生的成本，將校區內的光伏發電體系與電網體系進行有效的連接，令光伏發電設備產生的多余電量傳輸至當地電網體系當中，成為一項極為必要的工作。在明確該校區所在地區的太陽能輻射條件、建筑的具體結構形式、配電系統的具體情況，以及校區的用電負荷等信息的基礎上，為保證分布式光伏發電項目的建設情況能夠滿足該學校的實際需要，該項目工程主要由4個257.5kW 的子系統共同組成，其中每個子系統都包含一臺并網逆變器與一臺隔離升壓變壓器，經過匯流后將其與并網逆變器相連接，從而使直流電轉變為能夠滿足電網實際需要的10kV三相交流電，然后將其輸入到光伏發電站的內配電室內，再經由一回出線實現交流電到電網系統的電量傳輸，從而實現校區光伏發電系統的并網。在該電網系統中，應用的計費關口電能計量裝置以及電流互感器、電壓互感器的準確等級為0.2S 級，為實現光伏電池列陣、并網系統與電力系統的集中管控，在設計安裝過程中，該高校將光伏發電項目中控室設置在實驗樓內，并且通過安排專人對系統數據信息進行實時監控的方式，保證該學校電力供應的穩定性與安全性[4-5]。

3.2.5 項目運行測試

為保證該校分布式光伏發電項目的實際應用能夠滿足高校的具體需要，在完成分布式光伏發電系統的安裝調試工作后，對其進行了一段時間的運行實踐操作，截至目前，該項目的設備仍保持著良好的運轉狀態。為了更為全面地了解該項目設備的功率衰減情況與項目整體的發電情況，可以通過監測記錄一段時間內光伏發電系統運轉過程中，設備組件的狀態參數，并對參數信息進行分析的方式，切實了解設備的運轉狀況。具體來說，在測試過程中，測試方法可以參照GB/T 18210—2000、CNCA/CTS0016—2015、IEC 62446—2009，同時為保證測試結果的準確性，可以通過人工測定與設備測定相結合的方式，切實了解一段時間內設備的具體參數信息。

如在實際監測過程中，為切實了解光伏組件表面與背板溫度信息，可應用遠紅外相機配合pv900測試儀對溫度數據進行自動記錄與存儲。為了了解逆變器、匯流箱等設備的運行參數時，可以通過人工瞬時讀取記錄的方式，保證參數記錄的準確性。同時，在測定現場環境信息時，可應用太陽輻射測量TMR—ZS1A 氣象生態環境監測儀對太陽輻射、分辨率、溫度等信息進行測定；可應用PV900便攜式太陽能I—V 測試儀，測定光伏組件的衰減功率。對測試結果進行分析可以發現，該校分布式光伏發電組件工作狀態基本符合《光伏制造行業規范條件（2015年本）》對光伏組件功率衰減的要求。

3.3 經濟性分析

在經過學校與EPC 公司友好溝通交流后，決定該校的光伏發電站采用節能效益分享型經濟運轉模式，具體來說，在該校光伏發電站建設投資全部由EPC 公司提供，在光伏發電系統投入使用后，由學校與公司按照1:9的比例分享光伏發電產生的經濟效益，并且兩方分享光伏發電效益的時長為15年，在15年后，光伏發電站的經營權與所有權全部移交給學校。將EPC 模式應用到該校分布式光伏發電站的建設工作當中，不僅使得光伏發電站的逆變并到低壓電網后，可直接滿足用戶的用電需要，如果光伏發電設備轉化的電量無法切實滿足用戶的用電需要則，可由電網企業按照當地的銷售電價為用戶提供電力資源。

在這種情況下，光伏發電設備轉化的電力資源實現了就地消納，在該校光伏發電系統建設過程中，光伏組件單價為2.2元/W，總投資成本為226.6萬元、并網逆變器的單價約為1.85元/W，總投資成本為190.55萬元、支架的投資成本為103萬元、防雷設備的安裝成本為50萬元、安裝成本為95萬元、運輸成本為32.3萬元。在光伏發電站建設過程中，項目光伏組件的搭建方式為BAPV，這種組裝方式有著耗時短、安裝方便、安裝成本偏低等優點，對系統總投資進行計算，可以發現系統的初期投資成本為697.45萬元，折合裝機單價約為6771元/kW。

對校區所在區域的日平均月輻射總量進行統計分析后可以得到，該地區分布式光伏發電系統年平均太陽輻射總量達到了5125.5MJ/m2，假設并網逆變器的轉化效率為98%，光伏發電設備在使應用過程中，實際輸出功率會受到各種因素的影響，假設光伏發電組件的輸出功率會受到表面清潔度的影響，導致其功率損失K1=3%；會受到固定傾角的影響，導致其功率損失K2=8%；會受到方陣組合的影響，導致其功率損失K3=3%；會受到溫度的影響，導致其功率損失K4=0.4%；會受到最大功率點偏移的影響，導致其功率損失K5=4%；會受到路線的影響，導致其功率損失K6=3%；會受到逆變器效率的影響，導致其功率損失K7=2%，若逆變器的轉換效率為98%，對上述損失進行整理，可以得到該校光伏發電系統的綜合發電效率K=78.68%。

同時，若設并網光電系統在第1年的發電量為Qi，則可以得到Qi=P×Ts×K×（1-λ）1-i，式中，Qi的單位：kWh；P 指的是系統的裝機容量，單位：kW；Ts指的是光伏系統年峰值日照小時數，單位：h；K 指的是并網系統的綜合效率系數；λ 指的是光伏發電系統的平均年衰減率，數據可以從《光伏制造行業規范條件（2015年本）》中獲取。

該項目25年內積累的并網電量將達到30022.97萬kWh，年均發電量將達到120.92萬kWh。對該分布式光伏發電系統的各項費用進行綜合后，可以了解到系統的總成本折現值為775.18萬元，折合工程建造單價成本為7526元/kWh，供電成本為0.256元/kWh，凈現值為7.33元/Wp，投資回收期為10.77年。此外，為了進一步提升該分布式光伏發電系統的盈利，在系統建設過程中，可以考慮國家或地方上網電價的補貼，從而達到提升項目收益率的目的。

總而言之，將EPC 模式應用到學校分布式光伏發電系統的設計安裝工作中，即便在不考慮國家對上網電價進行補貼的情況下，在使用壽命范圍內，并網發電項目的供電成本為0.256元/kWh，居民正常用電價格要低，這一情況的存在，有效降低了該校用電成本，提升了電力應用的經濟性。