重庆地区分布式光伏电站的经济及环境效益分析

蒋 玲

重庆能源职业学院，重庆 402260

0 引言

在当今油、碳等能源短缺，发展低碳经济的大背景下，各国政府对光伏发电的认可度逐渐提高。随着光伏扶贫政策的兴起，原本光伏产业发展落后的重庆地区，光伏装机容量正在快速增长。目前，对于太阳能光伏研究一般都针对太阳能资源丰富和较丰富区域，对于重庆等太阳能资源不丰富地区的研究较少。为此，文章针对重庆能源职业学院20 kW非晶硅薄膜光伏电站，开展了光伏系统的经济和环境效益分析，为在太阳能资源不丰富地区更好地开展太阳能光伏系统的建设及效益分析提供了理论支撑，对推广光伏技术在重庆地区的应用具有重要意义。

1 基本情况

重庆能源职业学院光伏电站位于重庆市江津区，组件采用HNS-ST63HA标准组件，单块组件额定最大功率63 W，尺寸为1 245 mm×635 mm×7.5 mm，固定倾角设定为30°，方位角为0°。总装机容量为20 kW，逆变器采用SMA的320-800VTL 50/60 Hz Sunny Tripower20000TL-30。逆 变器额定功率20 kW，具有最大功率点跟踪（MPPT）功能，最大逆变效率＞98.1%。该光伏电站于2018年建成并完成上网。

2 仿真分析

在进行光伏系统设计时，采用国际通用的与中国气象监测数据吻合度较好的Meteonorm气象数据作为依据，模拟软件采用PVsyst V6.43，选择“全年发电量最大”模式进行建模，默认远处无阴影。

组件排布为9串36并，组件垂直安装。光伏系统建模2个方阵之间的间距为4.47 m，每个方阵宽度为2.53 m，长度为5.89 m，组件最低点离地0.4 m，设备室长10 m、宽6 m、高3 m，距离光伏方阵4 m。系统建模如图1所示。

图1 系统建模

通过仿真可知，该光伏电站第一年产生的电能为13 767 kW·h，逐月发电量如图2所示。其中，综合效率为77.7%，每年按0.8%的速度递减，根据光伏电站设计寿命25年计算，全周期内共计发电303 507 kW·h。

图2 光伏电站逐月发电量

3 运营成本与收入计算

光伏电站建设的初始投资费用[1]可表示为

运营期成本包括折旧费、利息、电站运维费用、保险费、土地使用费、税金等[2]。目前，行业内一般按平均年限法进行折旧，折旧年限为15年，残值率为5%，则从第二年开始，每年折旧值L可表示为

式中：L为年折旧值；为残值；N为折旧年限。

光伏电站的年运行维护费用费用Mg为

2018年分布式光伏系统运维成本为0.06元/W，预计未来几年地面光伏电站以及分布式系统的运维成本将持续保持在这个水平并略有下降。电站运营期间的保险费用为固定资产折旧现值的0.25%。

4 光伏电站经济效益计算分析

4.1 投资回收期

投资回收期是衡量光伏电站效益的主要指标之一，也被称为返本期。投资回收期是在不考虑资金时间价值的条件下，以技术方案的净收益回收其总投资所需的时间，以年为单位，对某一光伏电站而言，投资回收期越短，意味着资金回笼速度越快，盈利能力越强，潜在风险越低。因为分布式光伏电站的建设周期较短（小于1年），所以该项目按照电站发电上网开始计算投资回收期。其计算公式为

由于光伏电站各年的净收益不相同，其静态投资回收期可根据累计净现金流量求得，即累计净现金流量由负值变为零的时点。

4.2 财务净现值

财务净现值是指用一个预定的基准收益率（或设定的折现率、 年利率），分别将整个计算期间内各年所发生的净现金流量都折现到技术方案开始实施时的现值之和[1]。其计算式为

式中：FNPV为财务净现值；ic为基准收益率；n为计算期。

其中，FNPV=0时，表示光伏电站投资方案可行，满足基准收益率下盈利水平；FNPV＞0时，表示光伏电站投资方案可行，可以得到超额收益；FNPV＜0时，表示光伏电站投资方案不可行。FNPV考虑了资金的时间价值，并将其作为主要经济评价指标。光伏行业的基准收益率ic取8%。

4.3 内部收益率

常规技术方案中的财务内部收益率FIRR的实质是使技术方案在整个计算期内各年净现金流量的现值累计等于零时的折现率，是考查项目盈利能力的相对指标。其计算公式为

式中：FIRR为财务内部收益率。

其中，当FIRR≥ic，FNPV（ic）≥0时，表示光伏电站投资方案可行；当FIRR＜ic，FNPV（ic）＜0时，表示光伏电站投资方案不可行。

根据重庆能源职业学院20 kW光伏电站建设情况，计算光伏电站的效益。该电站项目方案的基本条件：容量为20 kW的单个光伏发电项目；工程造价平均为5 000 元/kW，总造价为100 000元，项目资本金占总体资金的20%，即自有资金20 000元；计算期采用25年，其余采用国内商业银行贷款，贷款期为15年，年利率为4.5%，等额本息支付利息；增值税税率为17%，企业所得税税率为25%，享受“减三免三”政策。年发电量以首年发电量13 767 kW·h为准，预计25年寿命期共发电303 507 kW·h。光伏组件衰减特性按前两年衰减2%，第10年衰减至90%，第25年衰减至80%，电价按照0.54元/（kW·h）计算，补贴0.37元/（kW·h）[3]，所发电能按照全额上网模式运行。财务内部收益率基准值为8%。财务评价参数值参照行业平均水平选取。

根据式（4）～式（6）及相关数据计算，重庆能源职业学院光伏电站静态回收期为6.04年，项目动态回收期为9年，财务净现值41.32元，财务内部收益为8%。理论上财务内部收益率等于内部收益率基准值，表明该项目可行，满足基准收益率下盈利水平。

5 光伏电站环境效益计算分析

在越来越严重的环境污染问题困扰的今天，环保的重要性逐渐得到社会的认可和关注。光伏发电作为清洁可再生能源，对环境保护具有重要作用。对光伏系统进行环保效益分析时，按照光伏电站产生的能量，并从制造端开始，考虑偿还因制造、加工、运输而消耗的能量，进行全面细致的分析。

5.1 能量效益分析

光伏系统的能量回收期取决于太阳能光伏系统生产制造、运输安装和运行过程中消耗的能量和光伏系统的发电量。 能量回收时间的表达式为

式中：Einv为系统建造、加工过程的能量损耗；Epva为每个单位年内，光伏系统将太阳能转换成电能的量。

不同类型的光伏组件能量回收期存在差异。由于缺乏光伏系统的安装、维护、拆除所消耗能量的资料，估计其不会超过光伏组件制造所消耗能量的0.1%，故文章不予考虑。据2005—2006年欧美太阳电池产业水平的产业数据显示，薄膜太阳电池系统的能耗最低，为1 995 kW·h/kW。据此，对于所设计的20 kW非晶硅薄膜光伏系统，共消耗的能量约为39 900 kW·h，根据上文仿真结果可知，20 kW光伏电站在25年的全周期内预计共发电303 507 kW·h，平均每年的发电量为12 140 kW·h。由式（7）计算可得，该光伏电站能量回收期为3.29年，远低于光伏系统的设计使用周期25年。

5.2 能量返回指数分析

由上文的定义式可知，能量返回指数的具体表达式为

式中：Etotal为全生命周期内产生的总电量。

根据上文仿真的结果，该光伏系统在25年的全周期内共发电303 507 kW·h，约消耗能量39 900 kW·h，计算可得ERF=7.61，表明该非晶硅光伏系统在全生命周期内产生的总能量为搭建系统能量的7.61倍。

5.3 减排能力分析

我国现阶段的电力主要依靠火力发电，燃料主要为煤炭。煤炭类的化石燃料在燃烧过程中会产生污染物，主要有CO2、CO、NOx、SO2。根据上文仿真模拟得到的总发电量，及国家发改委提供的以煤作为燃料的火力发电数据，1 t标准煤大约可以发电3 000 kW·h，排放温室气体二氧化碳约2.6 t，排放的酸性污染物二氧化硫0.02 t，有害氮氧化物0.007 5 t，粉尘0.012 t。在重庆能源职业学院内建设的分布式20 kW光伏项目，在全寿命设计周期（25年）内，共计发电量303 507 kW·h，可节约标准煤101 t，减少排放二氧化碳263.04 t，二氧化硫 2.02 t，氮氧化物0.759 t，粉尘1.21 t。

6 结束语

文章以重庆能源职业学院20 kW非晶硅薄膜光伏电站为例，分析计算重庆地区光伏电站的投资效益。经过计算得出，项目静态回收期为6.04年，动态回收期为9年，财务净现值41.32元，财务内部收益为8%。从财务指标评估表明该项目可行。环境效益计算结果表明，项目能量回收期为3.29年，能量返回指数ERF为7.61，共节约标准煤101 t，减少二氧化碳排放263.04 t、二氧化硫2.02 t、氮氧化物0.759 t、粉尘1.21 t。由此可知，该光伏项目在节能减排上有一定的效果，降低了污染物的排放，保护了环境资源。经济指标及环境效益指标表明，在重庆地区推广太阳能光伏项目切实可行。