商场屋顶光伏系统的经济及环境效益研究

韩格格，杨国华

(宁夏大学 电气工程与自动化系，宁夏 银川 750021)

0 引言

太阳能取之不尽，用之不竭，清洁安全，可以直接利用，无需运输开采，且不造成任何污染，是目前所有新能源中最优质的绿色能源之一[1]。2005年6月，中国向联合国提交了应对气候变化国家自主贡献文件，提出到2030年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降60%～65%[2]。目前，世界各国相继出台相关政策和措施, 以鼓励和引导分布式光伏发电的快速发展，根据 "十三五"规划提出，中国光伏产业发展方向由地面光伏电站向分布式光伏转型。为了鼓励太阳能的利用，国家电网发文推动能源局进一步落实分布式光伏发电有关政策，国家对分布式光伏实施电价补贴政策，全国地方各省市补贴政策各不相同。

目前，在有关光伏发电选题中，有对住宅小区屋顶光伏发电系统的经济及环境效益进行了研究[3]，对光伏发电工程的低碳综合效益进行建模分析[4]，Rebecca Jing Yang指出光伏与建筑结合初始投资成本高，有显著的长期好处，最终有益于用户和整个社会[5]，也有对宁夏地区光伏发电环境效益和进行分析与建模[6]。从已有的研究来看，国内外对光伏发电系统的效益研究基本是针对大型的光伏系统或小型的居民屋顶光伏系统,对中型的商业屋顶光伏系统的经济和环境效益分析很少。

1 屋顶光伏系统经济效益分析

经济效益包括系统成本和盈利能力。系统成本包括设备采购、运行管理、税金，盈利能力包括节能收益、上网电量收益、政府补贴。

1.1 屋顶光伏系统经济成本建模

(1)设备的采购包括光伏组件、并网逆变器、防雷汇流箱、光伏支架、交直流线缆、监控系统、并网电气设及其它投入。 设备的采购的费用分别为M1、M2……Mε，则设备采购总费用MC为：

(n=1,……8)(1)

Mt=pqt(2)

(2)运行管理费用包括管理费、人工工资、保险费、维修费，每项费用分别为M9、M10、M11、M12，总运行管理费用Mg为

(n=9,10,11,12)(4)

(3)税金Ms

(5)

式中：Rs为税金率，一般取5%。

(4)系统成本Mb

1.2 屋顶光伏系统经济收益建模

(1)节能收益Mj

设第i年的发电量为Qi,则Qi可表示为

Qi=p·T·η·(1-r)i-1(7)

·Rq·Pq(10)

式中：Rq为用电量占年平均发电量的比例；Gq为项目实施前用电量；Pq为电网价格。

(2)上网电量收益Ms

(11)

式中：Ps为上网标杆电价。

(3)政府补贴Mt

·Pt(12)

式中：Pt为每度电补贴；

(4)盈利能力My

My=∑(Mj,Ms,Mt)(13)

1.3 经济效益评估

(1)净现值M

M=My-Mb(14)

(2)回收期H

(15)

(3)内部收益率IRR

(16)

式中：i为系统的生命周期，一般取25年。

2 屋顶光伏系统环境效益

2.1 屋顶光伏系统环境效益建模

环境效益包括环境改善和能源资源发展。环境改善包括节能减排、生态改善、区域环境质量、生态保护，能源资源发展包括地区资源合理利用、能源结构调整[7-8]。

在环境改善方面，首先，太阳能光伏项目有效地促进了我国节能减排目标的实现。光伏并网后，既能满足自身用电和社会用电需求，又可用太阳能源发电，节约燃煤，同时减少二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、烟尘等有害气体和废气的排放实现了节能减排的目标，有利于生态改善，区域的环境质量也会得到明显的改善；其次，太阳能光伏发电项目的发展与我国治理污染、保护生态环境、缓解环境压力的宗旨相统一[9-10]。

环境效益系统成本的建模：

Gx=Q·px(17)

式中：Gx为减少物质x的排放量；px为单位kW·h产生x的量，其中x代表CO2、SO2、氮氧化物、碳粉尘、标准煤；Q为系统总发电量[11]。

2.2 能源资源利用

首先，光伏发电系统是将太阳光能转化为电能，是对宁夏地区资源的合理利用，在我国能源消耗中，煤炭消耗约占70%，能源结构影响环境质量。发展光伏项目，可以促进清洁能源发电，改善能源结构。

3 案例分析

3.1 综合效益分析

以宁夏地区银川市某商场设计的屋顶光伏系统为例，根据公式(1)～(6)，该商场屋顶光伏发电系统的成本估算如表1所示。

根据公式(7)～(16)计算可得，该商场屋顶光伏发电系统的25年内净现值总和为4221530元，25年平均净现值为168861元，投资回收期4.63年，内部收益率为20.77%。

根据二氧化碳、氮氧化物、二氧化硫、碳粉尘、标准煤的减排参数实际值，对屋顶光伏系统环境效益进行分析。结果如表2所示。

表1 屋顶光伏系统的成本估算 元

表2 屋顶光伏系统环境效益 t

3.2 不同电价下的经济效益分析

屋顶光伏发电系统在银川市居民生活用电、一般工商业用电、大工业用电和工业生产用电四种不同用户的经济效益分析如表3所示。

表3 银川市不同用户用电的经济性比较结果

用户类型电度电价/(元/kW·h)年平均净利/元内部受益率/%回收期/a居民生活用电0．448612420416．136．78一般工商业用电0．685416886420．774．63大工业用电0．479012993916．746．75农业生产用电0．473012880716．626．51

由表3可得，工商业用户电价最高，平均净利润最高，内部收益最高，动态回收期短，经济效益佳。

4 结语

对光伏系统的经济和环境效益进行建模分析，并对宁夏地区银川市156kW商场屋顶光伏系统进行实例分析，得出结论：该项目总投资1123000元，寿命周期为25年，年平均发电量283711kW·h，年平均发电量收益229220元，投资回收期4.63年，内部收益率20.77%，年平均节约煤94.8t，年平均减少CO2排放282.9t，年平均减少SO2排放8.5t，年平均减少NOx排放4.3t，年平均减少粉尘77.2t，有着显著的经济效益和环境效益。并分析了银川不同类型用电用户下的经济效益，得出电价越高，年平均净利润越高，内部收益越高，回收期越短，由于商业用户的电价最高，所以商业楼安装光伏是经济效益最佳的[12]。

参考文献：

[1]余 寅, 唐宏德, 郭家宝. 中国可再生能源发展前景分析[J].华东电力, 2009, 37(8): 1306-1308.

[2]周四清, 马超群, 李 林. 太阳能光伏产业可持续发展理论研究思考[J].科技进步与对策, 2007, 24(7): 88-90.

[3]张臻宇. 基于Pvsyst的建筑屋顶并网光伏发电系统设计及效益研究[D].银川: 宁夏大学, 2016.

[4]罗凤章, 米肇丰, 王成山,等. 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, 2014, 38(17):163-169.

[5]Yang R J, Zou P X W. Building integrated photovoltaics (BIPV): costs, benefits, risks, barriers and improvement strategy[J]. International Journal of Construction Management, 2016, 16(1):39-53.

[6]丁晓花, 杨国华, 卫宁波, 等. 宁夏地区光伏发电环境效益分析及建模[J].电力科技与环保, 2015, 31(4): 9-12.

[7]施泉生, 于文姝, 谢品杰. 能源互联网背景下分布式光伏发电的经济效益研究[J].电网与清洁能源, 2016, 32(1): 100-106.

[8]Li C, Ye C Q, Mou L. The Comprehensive Economic Benefits Evaluation of Power Generation Projects under the Background of Low-Carbon Economy[J]. Advanced Materials Research, 2013,(662):999-1004.

[9]李晓伟. 3kW分布式光伏发电并网系统的设计及综合效益分析[D].泰安: 山东农业大学, 2015.

[10]苏 剑, 周莉梅, 李 蕊. 分布式光伏发电并网的成本/效益分析[J].中国电机工程学报, 2013, 33(34): 50-56.

[11]张铭杰. 分布式光伏发电经济效益分析[J]. 新技术新工艺, 2015(12): 53-55.

[12]马 迪.国外光伏发电并入智能电网发展探讨[J].电力科技与环保,2012,28(5):53-54.