加油站增设分布式光伏电站建设模式的比选研究
2022-12-07中国石油天然气股份有限公司湖北销售分公司胡芷源
中国石油天然气股份有限公司湖北销售分公司 胡芷源
中国石油天然气股份有限公司湖北销售分公司 李 奕 汪 翔 汤方斌
哈尔滨天源石化工程设计有限责任公司 祝 亮 乐 彬 姚 静
分布式光伏具有投资成本低、可就近利用等特点，适用于加油站建设光伏电站。2021年，中国石化已在江苏、海南、广东等地建成光伏发电站点，中国石油也已实际运行光伏电站109座，目前全国现有加油站约12万座，随着“中石油、中石化”所属加油站增设光伏电站取得实效后，必将得到广泛推广。因此，有必要对加油站增设分布式光伏电站的建设模式进行比选，为后续工作提供参考。
1 相关研究文献评述
对分布式光伏电站成本和收益的研究在国外起步较早，OCDE等（2010）最早运用LCOE（度电成本）模型，对21个国家近200家工厂的分布式光伏电站的成本进行分析；邱寿丰、陈巧燕（2016）建立了分布式光伏发电项目经济评价模型[1]；杨昌辉、石瑞智（2021)基于区域层面不同电价情景，在LOCE模型基础上，加入效益指标改进得到平准化发电净现值模型（LNOE），测算了不同贴现率和有无电价补贴等条件下的光伏电站收益的差别[2]；张蕾（2021）对加油站光伏发电模式的选择中，推荐“自发自用、余电上网”模式为当前加油站光伏建设推荐首选模式[3]。
梳理现有文献发现，学界对上述内容进行了充分研究，但将分布式光伏电站的经济效益测算与加油站行业相结合方法研究较少，且很少有研究采取何种方式去建设加油站增设分布式光伏电站。本文以加油站增设分布式光伏电站为研究对象，研究构建“自主投资建设”和“合作方建设分红”两种方式下的收益模型，并找寻其平衡点，以区分适宜的实施方案。
2 加油站增设分布式光伏电站的收益影响因素
分布式光伏电站的收益主要来自对自身发电量的变现，概括为影响发电量的因素、影响发电量变现的因素、影响建设成本的因素以及其他因素等四个方面。
2.1 影响发电量的因素
主要包括太阳光照辐射强度、光伏电站的装机容量、现场实际条件、组件的安装角度、设备的效率因素、组件功率的年平均衰减率、气象条件及环境因素等。
2.2 影响发电量变（折）现因素
主要包括年用电量、光伏出力比例、用电量的年均增幅率、购电和售电价格、购电价格折扣等。
2.3 影响电站建设成本因素
主要包括装机容量、单瓦造价、变压器容量。
2.4 其他影响因素
主要包括碳指标交易价格、屋面防水替代率、屋面防水单价。
3 分布式光伏电站在加油站应用
在遵照某公司库站分布式光伏系统建设标准，结合湖北地区加油站实际情况，主要从以下几个方面进行研究。
3.1 光伏组件的选用
光伏组件是光伏电站的核心设备，在目前市场上主流的光伏组件中，晶硅电池仍占主导地位。其中，单晶硅电池在所有种类光伏组件中转换效率最高，近年来性价比也逐步提升，在加油站增设分布式光伏电站，推荐使用转换效率21%左右的单晶硅技术光伏组件。
3.2 结构安全性的保证
根据《建筑节能与可再生能源利用通用规范》（GB55015-2021）中5.2.2的要求，在既有建筑上增设或改造太阳能系统，必须经建筑结构安全复核，满足建筑结构的安全性要求。因此，在加油站屋顶增设光伏组件前，必须选取有资质的检验鉴定单位，对原有房屋结构的安全性进行检验鉴定，确保增设的光伏电站载荷不会对房屋结构安全造成影响。
3.3 建设方案的设计
选取标准加油站的房屋，对光伏组件的布设方案进行设计了三种建设方案。
3.3.1 最佳倾角方案——A方案
将光伏组件按最佳倾角安装，方案安装示意图如图1所示。
图1 A方案安装示意图
该方案光伏组件转换效率较高，但为了避免光伏组件相互遮挡，每行光伏组件之间需留有一定间隙，因此该方案组件的安装面积较小，因此装机容量小，且该方案无法替代屋面防水，替代率为0%。
3.3.2 半铺方案——B方案
将光伏组件按照一定的角度后坡度进行半铺，方案安装示意图如图2所示。
图2 B方案安装示意图
该方案牺牲角度，取消间隙，增大安装面积，进而提高光伏系统的装机容量。安装坡度控制为10%，实现了对屋面部分的遮盖，对原有屋面防水实现一定程度的替代，替代率约为40%。
3.3.3 满铺方案——C方案
将光伏组件按照一定角度或坡度进行平铺，该方案能够实现的光伏装机容量最大，但光伏组件的转换效率最低。
方案安装示意图如图3所示。该方案保留了平铺方案没有间隙的优势，进一步增大了安装面积，实现装机容量最大，但同时转化效率最低。此方案下，光伏组件实现对全部屋面的遮盖，防水替代率100%。
图3 C方案安装示意图
3.4 推荐的建设模式
综合已经建设的项目来看，加油站增设光伏的建设模式主要有以下两类。
3.4.1 自主投资建设
即依托自有的加油站场地，使用自有资金对加油站投资建设光伏电站及运维。该建设模式的优势在于全流程把控项目的建设过程，能够保障工程施工安全和质量。对电站发电量有完全自主的支配权，为后续电站的效能优化、隔墙售电业务提供支持，具备一定的增效潜力。但该模式所需投资较大，内部收益率受相关因素的影响可能出现波动。
3.4.2 合作方建设分红
合作方建设分红，即依托公司自有的加油站场地，由第三方全部投资完成光伏电站的建设，加油站通过以折扣购买光伏电站电价获利。该建设模式的优势有效借助第三方优质资源，避免自身投资过大，并解决了电站报建、并网、运营等陌生领域经验不足等问题，且可获得稳定的用电价格折扣。但需加强对建设过程的把控，确保质量和安全，同时该模式下收益情况基本不变，缺少增效潜力。
4 加油站增设分布式光伏电站的收益模型
4.1 建立收益模型
为进一步研究光伏电站收益与相关因素之间的关系，采用财务净现值方式，设定相关变量，建立数学模型。
4.1.1 设定相关参数变量（见表1）
表1
4.1.2 自主建设的光伏电站财务净现值模型
其中：t=1,2,3,……25；Ep=K×HA×PA/EA；PA=S站/COSθ/S光×P光；D、T碳、S站、S光、P光、β根据选定项目或设备取值；α、γ、λ依据经验数据测得具体值；θ以现场实际设计安装方案为准；K根据方案不同取值不同（A方案0.823，B方案0.813，C方案0.773）；HA以项目所在地光照资源确定；EA取1；Y取值范围（4，10）具体以招标结果为准；Ft在上述取值确定后依据税收和维保要求计算历年税费金额；X根据加油站实际情况测算具体取值。
4.1.3 合作建设分红的光伏电站财务净现值模型
式 中 ：Ep=K×HA×PA/EA；PA=S站/COSθ/S光；P光；D、T碳、S站、S光、P光根据选定项目或设备取值；α、β、γ、θ、λ依据经验数据测得具体值；K根据方案不同取值不同（A方案0.823，B方案0.813，C方案0.773）；HA以项目所在地光照资源确定EA取1合作模式用电折扣：μ取值以招标结果为准。
4.1.4 平衡点分析
当采取自主投资建设模式，对于某一确定站点，在设备选型、安装形式确定后，其收益情况主要决定于Y，即单瓦投资费用。单瓦投资费用越高，其收益越低甚至为负。而单瓦投资费用越低，则其收益越高。
当公司采取合作模式增设分布式光伏电站时，对于某一确定加油站点，在设备选型、安装形式确定后，通过历史数据确定其他参数后，其收益情况主要决定于μ，即合作模式用电折扣。折扣比例越高，其收益越大，折扣比例越低，收益越小。
另两个模型的净现值相等时，可得到一个包含Y（单瓦费用）和μ（合作用电折扣）的等式，通过转换可得到：以Y为因变量，μ为自变量的等式。如下：
μ的取值范围为（0-1），则对应了不同的Y值，即可通过合作建设分红模式时，用电折扣比例的大小，推算其等值收益情况下自主建设的最高单瓦造价成本Y平。
当招标确定的单瓦造价Y≥Y平时，该站点采取合作分红模式收益更好；当招标确定的单瓦造价Y＜Y平时，该站点采取自主建设模式收益更好。
4.2 模型的局限性
模型中还存在一定局限。如在实际应用中，加油站可用安装面积虽确定，但其长宽比例存在不确定性，难以通过匹配到合适规格的光伏组件，因此将导致可用面积难以被100%的全部利用；加油站内可能存在多所用房，本模型将所有用站屋顶面积进行了简单的累加，未能考虑该拼凑面积与整体面积对光伏组件布设带来的影响，实际应用中可能导致光伏装机容量出现偏差。由于模型中部分参数的取值需要依托历史数据进行人为估算，导致参数取值可能与实际出现偏差，进而影响模型的准确性。
4.3 应用过程中对模型的改进方法
在实际应用过程中，对于某一确定的加油站，可以通过实地踏勘的形式，更加精确地掌握站点的实际情况，科学合理的对其光伏组件的布局进行研判，进而确定最合理的布设方式和装机容量，装机容量确定后，可直接代入模型，提高模型的精确性。对于确定站点的光伏出力比例、年平均用电量增幅情况，除了通过人为经验判断外，还可以通过历史用电数据、运行数据、站内主要用电设备功率等数据等进行更准确地计算，提高模型精度。
