分布式光伏发电经济效益分析

张铭杰

(广东电网有限责任公司 佛山顺德供电局，广东 顺德 528300)



分布式光伏发电经济效益分析

张铭杰

(广东电网有限责任公司 佛山顺德供电局，广东 顺德 528300)

摘要：随着能源格局的调整，分布式光伏发电将变得越来越重要；但光伏发电初投较大，其建设和普及不应是盲目的，而应建立在科学的经济效益分析的基础之上。综合光伏发电收益、光伏发电成本、系统备用容量成本和系统网损改善增益等几个方面的要素，确立了分布式光伏发电的经济效益评价原则，构建出了合理的评价模型，并进行了算例计算，计算了光伏发电的正向效益、负向效益和总效益，最后进入总的评价和分析，得出了相关结论，即从综合角度看，光伏发电的广义收益大于广义支出。随着技术的不断进步，光伏组件的价格会大幅走低，光伏电池的光-电转化效率会大幅上升，届时直接经济效益将日益凸显，政府应运用公益性资金适当扩大光伏发电普及面。

关键词：光伏发电;经济效益;分析

随着煤炭等传统能源的日益紧张以及环境污染的不断加剧，应用清洁新能源的呼声日益高涨。在众多新能源构成的序列中，分布式光伏发电正呈现出越来越强劲的发展势头。光伏发电初期投入较大，但同时带来发电效益和低碳效益，如何衡量光伏发电投资与经济效益之间的关系成为推广光伏系统的重要砝码。本文基于光伏系统全寿命周期，从广义的经济效益出发，构建合理的评价模型，以寻求该课题的突破。

1评价原则的确立

结合多年的电网工作经验，分布式光伏系统经济效益的评价原则为：1)对于不同考察对象，经济效益有正有负，应将各种正负效益逐一列出，然后进行总加统计，以此形成总的经济效益；2)正向经济效益是一个广义的概念，其既包括太阳能转化为电能所产生的直接效益，也包括因光伏发电而减少的碳排放(相当于节省了治理碳排放的资金)；3)反向经济效益主要指光伏发电所需消耗的成本，但不限于光伏组件、逆变系统和接入系统等直接费用，还应包括因吸纳光伏系统而需增加的系统备用容量的成本；4)因光伏接入而导致的网损变化也是需要考虑的因素之一，计算经济效益时应考虑资金的时间价值，即在采用“复利”的基础上进行现值和年值的转换。

2评价模型的建立

2.1光伏发电的正向效益计算

1)电量效益。以第t年为考量水平年，其发电量计算和电量效益如下：

(1)

式中，E1是发电量对应的售卖收入；Gt是第t年发电量；Pr是上网电价；Ht是峰值日照时间(全年)；P0是光伏装机容量；R是光伏系统性能比；d是光伏电池衰减率。

2)网损改善效益。根据相关文献[1]，网损改善效益可用下式表示：

(2)

式中，ΔW是网损改善增量；W1、W2分别是光伏接入前后的系统网损。

3)因光伏发电而带来碳减排所对应的经济效益。这部分效益是间接的，其含义是碳减排量与碳交易价格之积。而碳减排量是指发同等电量情况下，传统火电厂需排放的CO2(含网损变化部分)。该部分效益可表示为：

(3)

式中，PT是碳交易价格；mc是火电厂CO2排放指数。

2.2光伏发电的负向效益计算

1)光伏发电系统的投资和运维成本。指全寿命周期内，用于光伏发电系统的设备采购、工程建设和运行维护等费用的总和。显然，从工程经济角度出发，该部分费用应考虑资金的时间价值[2]。

(4)

式中，E2是光伏发电系统的投资和运维成本；It是第t年资本投入；Eopt是第t年运维费用(包括故障修理和设备重置)；i是折现率。

2)因系统备用容量增加而付出的经济代价。由于光伏发电的稳定性不强，为保证分布式光伏接入后全系统的安全可靠，系统需准备一定的备用容量以应对突发事件。关于备用容量增加的成本估算可采用确定性评估方法，如下式所示：

(5)

3)光伏发电的碳成本。虽然光伏系统投运后能带来碳减排，但光伏发电设备在制造、运输、安装以及运行维护过程中会产生碳排放；另外，系统备用容量增加也涉及到碳排放增加。本着精细计算原则，这两部分均应统计到效益评价模型中。具体如下式所示：

(6)

式中，Cs是光伏系统自身从设备制造到全寿命周期内运维所造成的碳排放负效益；Cb是备用容量增加所造成的碳排放负效益；C0是初始碳投资成本(即消耗电能来制造、建设光伏系统)；Cm是运维中的可能碳排放，为简便起见，认为其和初始碳投资C0之间是系数β的关系；k是生产单位功率光伏系统所消耗的电能；s是光伏设备制造地与光伏电站的距离；W是光伏组件总重量；g是设备运输过程的碳排放强度。

2.3总效益计算

“2.1”和“2.2”部分各计算了正向效益与负向效益，总效益应是两者的代数和，同时注意将某些基于全寿命周期而得到的计算值分摊到1个年度内。这样，最终得到总经济效益的计算公式如下所示：

(7)

式中，n是光伏系统寿命。

3算例分析

以IEEE 14节点为例[3](限于篇幅，具体网络及参数不做列示)，常规火力电源接在1、6、8、9和11号节点上，光伏电源接入3号节点，平衡节点为1号节点。

相关参数设定：1)光伏装机10 MW，系统总负荷约为260 MW；2)光伏系统投资额为1.1亿元(摊派到5年)，建成后年运维费的比例为1.8%；3)项目寿命设定为20年；4)日均峰值日照时间取4.301 h，光伏系统性能比设定为0.8；5)光伏组件总质量为860 t，运输距离为350 km, 运输碳排放强度为0.155 3 kg/(t·km)；6)光伏上网电价为1元/(kW·h)；7)火电厂CO2排放指数为0.70 kg/(kW·h)。

3.1正向效益测算

1)由本文建立的模型，得到光伏系统年发电量为11 895.04 MW·h，直接售电收入1 189.504万元。另外，算例所示光伏系统的投运，能减少碳排放9 040.032 t，按国际社会确定的碳排放权价格107.5元/t计算，该项收益为97.183万元。

2)应用MATPOWER软件，选取全年某一天作为年均典型日，将其白天时段划分为6个区间，计算网损改善情况(见表1)。

表1　典型日的网损改善情况　(MW)

显然，光伏接入是有利于降低网损的。根据上述相关公式，计算得到年网损减少约为1 065.23 MW·h，这样直接产生经济效益为106.523万元；另外，网损降低使碳排放减少810.1 t，间接收益8.708万元。

3.2负向效益测算

1)根据工程经济关于现值、年值的转换方法，得到光伏系统设备年摊派投资为1 033.715万元；另外，光伏系统设备制造耗电统计约为2 500 kW·h，取β=5%，根据相关公式，可得为形成算例的光伏发电所需的碳排放每年为1 007.3 t，则折合费用为10.828万元。

2)取备用容量系数为0.25，由本文给出的相关公式，可得年备用代价为295.302万元；因备用容量投入而增加的碳排放为2 230.4 t，折合费用为23.97万元。

3.3总计分析

将上述计算数据进行合并(见表2)相关分析如下：1)从综合角度看，光伏发电的广义收益大于广义支出，是值得投入的；2)由于目前光伏组件价格较高，使得光伏系统的直接经济效益不甚理想(当然，这和光照时间等条件密切相关)，相信在可预见的未来，随着技术的不断进步，光伏组件的价格会很大走低，光伏电池的光-电转化效率会大幅上升，届时直接经济效益就凸显出来了；3)低碳经济效益是比较客观的，且随着光伏渗透率的提高，该项效益会直线上升，因此从这个层面讲，政府应运用公益性资金适当扩大光伏发电普及领域。

表2　算例所示光伏发电1年的广义经济效益汇总　(万元)

4结语

光伏发电是一项系统工程，不仅能缓解传统一次能源的紧缺，更能换来低碳环保的能量使用环境。因此，对光伏发电系统的经济效益评价，不仅要看其发了多少电，还应考虑因采用光伏而减少的碳排放。从本文计算结果来看，分布式光伏发电的总经济效益是正方向的，值得推广。

参考文献

[1] 林丽华.浅谈分布式光伏发电经济效益[J].现代物业,2012(2):38-39.

[2] 魏 明.同步跟踪技术用于光伏发电站的经济效益分析[J],上海电力,2013(3)：48-50.

[3] 罗凤章.并网光伏发电工程的低碳综合效益分析模型[J],电力系统自动化,2013(9)：173-174.

责任编辑彭光宇

Distributed Photovoltaic Economic Benefit Analysis

ZHANG MingJie

(Guangdong Power Grid Co. Ltd., Foshan Shunde Power Supply Bureau， Shunde 528300， China)

Abstract：With the adjustment of energy structure, distributed photovoltaic power generation will become increasingly important. However, the beginning investment of photovoltaic power generation is larger, the construction and popularization should not be blind, and should establish on the basis of analyzing the economic benefits of science. Integrated photovoltaic yield spare capacity, photovoltaic power generation cost and system cost, system network loss of several aspects, such as improving gain factor, the economic benefit evaluation principle of distributed photovoltaic. Build a reasonable evaluation model with an example of calculation in photovoltaic positive, negative and total benefits. Finally, we do the overall evaluation and analysis, concluded from the perspective of the integrated photovoltaic generalized yield is greater than the general spending, along with the advance of technology, photovoltaic modules of the price will be much lower, the light of the photovoltaic cells-electricity conversion efficiency will rise sharply, direct economic benefits will increasingly highlight, and the government should be appropriate to the use of public welfare funds to expand photovoltaic popularization。

Key words:photovoltaic power generation， the economic benefit， analysis

收稿日期：2015-05-05

作者简介：张铭杰(1973-)，男，经济师，主要从事电力经济等方面的研究。

中图分类号：TP 183

文献标志码:B