基于二层规划模型光伏电站经济性评价

涂宏烨+张冀新

摘要：光伏电站运行经济性是制约其商业化运营的主要因素，通过建立二层规划模型对A地光伏电站进行有效评价，以光伏电站经济运行为基础兼顾经济成本，获取综合效益最优化。结果表明，A地光伏电站的投入与回报从目前来看还未平衡：但从长远来看，A地光伏电站的效益能力高于成本和负荷能力，具有良好的经济性和较高的投资价值，综合考虑光伏电站在提高可靠性、降损效益等投资方面的效益，A地光伏电站的投资可以是经济的。

关键词：光伏电站；二层规划模型；经济性：可靠性

一、引言

在过去几年里，太阳能产业的发展一直在发达国家受到重视，而我国的太阳能行业还算是处在初级阶段。我国太阳能资源非常丰富，全国太阳辐射总量能达每天335～837kJ/c㎡，由于技术原因，相比西方国家，太阳能应用范围较窄，利用率偏低。但是，随着我国对太阳能产业的越发重视，用电需求量的增长和供电能力的欠缺将很快打破这种局面。

国家能源局于2015年12月15日向各省（自治区、直辖市）发改委、能源局等有关部门下发《太阳能利用十三五发展规划（征求意见稿）》，规划到2020年底，光伏发电总装机容量达到1 5亿千瓦，其中分布式光伏发电规模显著扩大，累计装机达到7000万千瓦，接近光伏总装机的一半。因此，对光伏电站经济性进行合理评价，建立经济性评价体系与模型进行客观评析就显得尤为重要。

二、研究综述

我国光伏产业自2011年以来逐渐陷入困境，王文祥等人认为我国光伏产业遭遇瓶颈的主要原因并非产业生命周期运动，而应归结于产能的阶段性过剩，即地方政府对产业的不当干预，导致了光伏产业投资的“潮涌现象”：从政策角度评析，McDonaldand Pearce则认为光伏产业的发展要将环境责任和经济刺激政策结合起来，而不能一概而论。而光伏发电作为我国可再生能源的重点发展方向。目前，国内学者已在这个方向进行了深刻且有益的探索，给其他学者提供了借鉴和帮助。谢东等人以用户侧为维度，建立了分布式发电经济性分析模型，以湖北省典型地区为范例，对其经济性进行分析，为用户提供投资参考：肖浩等人以微电网为研究对象，将运行的净收益最大化为目标，建立了计及光伏余电上网补贴收益的微电网综合经济优化模型。在此基础上，以实际示范工程为例，对比分析了光伏余电上网补贴与不补贴情形下的微网经济效益：吴琼等人则以基于用户侧和供给侧进行耦合性分析，以家用光伏发电系统为研究对象，根据分布式光伏系统“自用为主、余电上网”的应用原则，构建家用分布式光伏发电系统经济性评价模型。研究结果表明，现行政策下家用光伏发电系统的动态投资回收年限为12.4a；在中国，促进光伏产业发展最实际、最有效的政策是提高上网电价：刘冠群等人则在光伏发电系统中引入储能技术，为平抑光伏出力的波动提供了可能，合理选择储能容量必须顾及光伏出力波动性要求及电站的经济运行。因此，在考虑调度计划的前提下，提出了一种成本经济函数，该目标函数可充分保证光伏电站的经济性，并最大程度地满足调度中心对于光伏出力波动性的限制，使光伏电站功率尽可能平滑、稳定地输出。通过对该目标函数的优化，确定最优储能容量，并通过算例对不同波动性要求下的储能容量进行了计算比较。栾伟杰等人在分析分布式光伏发电和负荷的时序特性的基础上，提出了综合考虑混沌思想和自适应度调整的改进粒子群算法。在经济性评价上，曾博等人构建了涵盖SDN核心环境贡献的综合评价指标体系，统筹考虑了SDN自身及经由外部耦合系统所产生的直接和间接环境效益。

从现有研究来看，国内外对光伏发电的关注主要集中在行业动态、补贴政策、投资可行性等，对光伏电站发电运营经济性分析上较少。因此，如何合理地挖掘光伏电站的运行潜力、准确地进行光伏电站进行经济性方法评价是光伏规划和运行的重要课题。本文建立了集光伏电站经济性评价因素和光伏电站优化运行的综合经济性评价的二层规划模型：上层规划为考虑经济、发电、网损和可靠性的效益最优化为前提的经济性问题，下层规划是针对光伏电站经济性评价指标体系，从负荷、成本和效益三个方面来综合考虑三个指标与光伏电站经济性评价的关联性。最后通过已建立的二层规划模型，从各维度进行定量评估，给出影响光伏电站综合效益的关键因素，为光伏发电运营模式及相关配套政策的制定奠定了理论基础。

三、综合效益分析二层规划模型

（一）上层规划模型

本文在评估光伏电站综合效益时，以成本和效益为主要指标，对投资成本等年值进行筛选和分析，使其保持可比性，并用年华综合效益指标来考察最终结果，其计算模型为：发电比较容易实现，但是光伏发电受天气影响较大，很难达到理想情况下的效率。目前，A地已经建成小水电站64座、抽水蓄能电站2座、光伏装机18WM、大中型沼气工程4处，“十三五”期间拟新建的大型新能源项目多达9个，其中包含300MW的光伏扶贫项目，已经建成2MWp分布式光伏电站，待建3.5MWp分布式屋顶光伏电站。众多的新能源项目建成或开工，大多数采用并网连接方式，由此衍生出来对电网的稳定性和电能质量的影响日益突出，急需寻找相应的解决方案。

从A地的产业经济发展情况来看，第一产业，第二产业，第三产业年均增长率分别为12.6%，10.8%，16.0%。三大产业的快速发展都离不开电力的保障，所以电力负荷也保持较快的增长水平。其中，用电以第二产业用电为主，由2010年的2.03亿kW.h增长到2014年的2.74亿kW·h。工业化同时也带动了第三产业的发展，用电量由2010年的0.25亿kW·h增加到2014年的0 6亿kW，h。居民生活用电也逐年上升，由2010年的0.89亿kW，h增加到2014年的1 41亿kW，h。从供电规模来看，供电面积640.6平方公里，供电户数18 96万户，供电人口61 4万人，供电人口占全县92.5%，年用电量为4 3亿kwh。目前已建成220千伏变电站1座，线路1条（薄路线），线路总长59.79km：110KV变电站4座，线路8条，线路总长113.386km；35KV变电站15座，线路23条，线路总长度318.578km；97条10千伏公用线路，总长度1717.57hn。在C、D两大供电分区中形成以220千伏变电站为主体、以110千伏变电站为支撑、以35千伏电网为骨架的县域电网。从负荷情况来看，A地在一年的七月和十二月时，最大负荷分别达到了12.7MW和12.3MW，平均负荷分别为10 93MW和11 09MW。典型日的负荷以8：00～17：00区间的负荷值较高，最高时达到了12 7MW，而在夜间时负荷会变小，最小的时候只有6MW。由此可知，A地负荷峰谷差较大，在经济性评价上有较大影响。

根据表1建立的光伏电站经济性评价指标体系，以A地的原始数据为基础，综合上述运算步骤，对A地的光伏电站经济性进行综合评价和排序。光伏电站经济性评价的一级指标权重为一级指标值及综合评价结果如表2所示，A地光伏电站综合效益评估结果如表3所示。

（三）结果分析

从一级指标层的权向量分布来看，成本（B2）的权重最大，表明成本的投入在A地光伏电站经济性评价中占比重较大，成本的增多或减少对经济性影响最大。而衡量光伏电站效益能力（B3）权重最小，表明A地光伏电站在投入和产出的效益比上的离散程度不大，也就是说从目前来看，A地光伏电站的投入与回报还未平衡。长远来看，A地光伏电站的效益能力高于成本和负荷能力，且A地5 5MWp光伏电站全生命周期为20～25年，具有良好的经济性和较高的投资价值。

五、结语

光伏电站的建设投资成本较高，但若能控制并降低光伏机组设备的装机成本，就能有效提高光伏电站综合效益。若从全社会的角度出发，综合考虑光伏电站在提高可靠性、降损效益等投资方面的效益，光伏电站的投资可以是经济的。因此，运用一套全面客观的光伏电站经济性评价指标体系，并结合有效的评价方法，不仅可以客观全面地反映制约其事务经济性提升的影响因素，而且可以帮助政府和其他重要部门制定合理有效的市场规则、采取必要的策略，实施有效的措施。