能源销售企业商用分布式光伏项目全寿命周期的管理

王雨琪 李 胜 白应珍 黄秀斌 李 淼

〔中国石化宁夏石油分公司 宁夏银川 750002〕

在“双碳”的背景下,发展工商业分布式光伏项目,有利于消减电力尖峰负荷,节约优化配电网投资,引导企业绿色能源消费,是实现“碳达峰、碳中和”国家战略的重要措施,也能帮助企业降低用电成本,提高企业竞争力[1]。在工商业分布式光伏高速发展的现状下,构建完善的光伏项目管理体系,既能推动企业分布式光伏的快速发展,也能保证企业投资项目的经济效益,提高企业投资管理水平。本文主要基于能源销售企业在商业建筑上增设分布式光伏能力的投资项目,对其项目管理中应重点管理的数据进行分析,构建合理的分布式光伏项目管理体系。

项目管理存在的意义是使项目在有限资源的限定条件下,实现对该项目预定的期望和需求。本文在传统项目管理的基础上加入了项目后评价工作,做到项目全寿命周期的控制和管理。项目后评价存在的意义是通过对比建设完成后的项目指标和立项时的预定指标,判断项目是否符合指标要求、与建设预期是否存在偏差。通常来说,评价指标包括经济性、技术性、社会效益等方面。由于项目实际实施情况与立项时预期情况难免有所差异,因此在后评价工作中不但要对比实际及预期的数据,而且要对数据差异进行合理分析,才能达到项目后评价的目的[2]。

能源销售企业商用分布式光伏项目区别于其他分布式光伏项目的特点主要是装机量较小、分布较为分散,其全寿命周期项目管理内容主要包括:项目前期阶段、招标设计阶段、施工竣工并网阶段、生产运营阶段、项目后评价。

1 项目前期阶段

自建模式下分布式光伏项目前期阶段主要包括项目选址、前期资料收集与现场实地勘察、技术方案测算等工作[3]。

1.1 项目选址

分布式光伏选址考虑因素主要在经济、技术、其他三个方面。

在经济方面,主要考虑年限、用电量等方面因素。分布式光伏设备总体寿命基本在25年左右。基于此前提下,为避免法律风险,减少设备转移成本,选址时应避免选择证照手续不全的全资库站、租赁期不足15年的租赁库站、有拆迁或征收风险的库站。为将经济效益最大化,在选址时尽可能选择日常电费开销较大的库站,或在三年内有计划增加其他服务而预计电费开销增加的站点。

在技术方面,主要考虑应用场景、周围是否有遮挡等因素。库站增设光伏的应用场景目前主要分为混凝土屋顶、彩钢屋顶、罩棚、空地四种。混凝土屋顶及彩钢屋顶铺设光伏前应进行房屋检测,根据检测结果来确定是否合适铺设光伏设备。彩钢瓦屋顶还应考虑屋顶使用年限是否满足光伏组件全寿命运行要求。罩棚棚顶安装光伏设备应先对整体结构强度及挠度进行检测,对于满足要求的罩棚根据顶板情况选择直接增设或拆除棚顶的安装方式,加气加氢站点罩棚不应设置光伏设备。闲置空地设置光伏设备主要考虑与油气氢等设备的安全距离。

选址时应考虑女儿墙、屋顶构筑物周围建筑物的遮挡,保证光伏组件的发电效率。根据《GB 50797-2012光伏发电站设计规范》要求,需冬至日当天9:00-15:00时段内前、后、左、右互不遮挡。

其他方面,选址时还应考虑库站所在地是否频发沙尘暴、台风、暴雨暴雪、雾霾等极端天气,是否具有清洗光伏组件的水源点,以及站点周边是否有厂区排放气体或固体污染物等因素。

1.2 前期资料收集与现场实地勘察

前期资料收集及现场实地勘察的主要目的是确定光伏组件拟安装部位是否具备安装条件,需对原总平面、建筑、结构图纸进行分析,对房屋或罩棚使用年限及荷载进行调查,并在现场核查实地情况与图纸是否一致。如在屋顶进行光伏组件安装,需考虑屋顶防水。考虑光伏后期并网接入,应在此阶段了解变压器容量、电压等级等重要数据,避免后期重新选址。

1.3 技术方案测算

能源销售企业增设分布式光伏多采用“自发自用,余电上网”的模式,即光伏组件所发电力业主优先使用,余电上网售电。在此模式下,对用电规律性及用电量要求较大。

安装在房屋或罩棚顶的分布式光伏方案测算时,还应委托原设计单位或第三方检测机构对房屋或罩棚荷载进行评估,取得满足安装光伏组件的相应证明,还应考虑屋面防水。

2 招标设计阶段

招标设计阶段分为初步设计、采购招标、施工图设计等工作。初步设计包括装机容量确定、可行性研究报告编制及效益测算、项目初步设计。

2.1 初步设计

在全国大部分地区光伏发电上网电价远小于日常用电平均电价的背景下,分布式光伏发电项目在余电上网部分获取利益有限,若想达到投资预期,必须依托自身对发电量进行消纳。分布式光伏自用电比例越高,发电量的消纳率越大,对企业本身带来的效益越大。在优先保证企业效益的情况下,可优先从用户用电量来推算最佳装机容量,再考虑其他因素对装机容量进行优化。

宁夏地区光伏发电时间夏季主要在6:00-20:30之间,冬季主要在8:00-17:30之间,上网电价约为0.26元/kW·h,平均电价约为0.5元/kW·h。在不考虑储能的情况下,可将光伏发电工作时间内库站的用电量作为确定装机容量的参考。理想情况下光伏发电时间内产生的电量与同时段用户用电量相等,可按式(1)计算[4]:

(1)

式中:PAZ为理想情况下组件安装容量,kWp;EP为光伏发电工作时间内用电量,kW·h;ES为标准条件下的辐照度,常数=1 kW·h/m2;HA为太阳能总辐射量,kW·h/m2,峰值小时数;K为综合效率系数,实际组件效率。

以银川市A加油站为例,A站全年内在光伏发电工作时间内用电量约69 370.5 kW·h,拟安装光伏组件效率为80%,安装倾角为南向15°,该站所在地区全年15°斜面太阳能总辐射量为1 874 kW·h/m2,则该站组件在南向15°安装倾角下,理想情况最佳安装容量为46.27 kWp。

在此基础上,由于光伏在冬至日当天发电量最低,而能源销售企业部分非集中供暖站点冬季用电量在全年中处于较高水平,为保证在发电淡季光伏发电量可足够供应自用电量,可用冬至日用电量计算相应装机容量作为参考。仍以A站为例,A站在冬至日当天光伏发电工作时间内用电量约133.58 kW·h,通过PVsyst软件查得冬至日银川市太阳总辐射量为2.69 kW·h/m2,则装机容量在62.07 kWp以上时,可保证该站发电淡季自用电。

最后,由于装机容量决定了项目投资成本,是分布式光伏项目是否能为企业带来收益的重点分析数据,可用内部收益率及静态回收期作为主要评判标准,对不同装机容量下该项目的效益回报做出测算,从而对前文得出的装机容量做出修正。财务内部收益率可用式(2)计算:

(2)

式中:FIRR为财务内部收益率;CI为现金流入量;CO为现金流出量;(CI-C0)t为第t期的净现金流量;n为项目计算期。

以银川市A加油站为例,在不同装机容量下该项目FIRR与静态回收期如表1。

表1 A加油站不同装机容量下FIRR与静态回收期(不考虑改造费用)

由上述可得出,在实际建设中,A加油站最佳装机量为理论上最佳装机量62.07 kWp,可根据对未来用电量增减情况预测适当增减装机容量,但不应使自用电量占比超过70%。

最终,还应考虑实际可安装面积,根据可安装面积对装机容量进行调整。

初步设计中,建设企业需要确定安装倾角,可利用PVsyst软件进行最佳倾角计算,再根据当地风荷载雪荷载进行优化,确定大致区间,交由设计单位再次核算。

2.2 采购招标

采购招标主要包括项目EPC采购招标、监理采购招标、设备材料采购招标,主要对招标过程的合法合规性、中标价格与预期价格对比、采购设备选型进行控制。

3 施工竣工并网阶段

施工竣工并网阶段主要分为建设实施以及并网验收两部分。

(1)建设实施主要包括安全控制、质量控制、进度控制、资金控制、合同控制、廉洁控制。

商用建筑分布式光伏施工安全控制主要有三项难点:一是分布式光伏项目涉及大量登高、吊装作业,安全风险较高,施工现场安全难以控制;二是分布式光伏项目规模较小,承包商重视程度不足,容易因麻痹大意产生安全事故;三是分布式光伏项目建设周期短,点多面广,多个作业面、多工种同时作业,安装光伏的屋顶类型差异大,屋面施工条件参差不齐,导致安全管控难度大[5]。

质量控制评价中应根据主要设备及竣工验收时对施工质量是否达到设计标准进行控制。主要检查项目:一是基础工程中是否存在同组基础标高、轴线偏差,是否存在预埋螺栓标高、位置偏差;二是支架安装工程中是否存在安装位置偏差;三是光伏组件安装工程中是否存在倾斜角度不符合设计、组件间边缘高差过大、组件平整度不合格;四是汇流箱、逆变器、箱变、主变以及配电装置等是否合理连接原件、线缆,接地是否满足设计及规范要求,是否进行防火封堵等。

进度控制主要对合同约定工期及实际工期进行对比评价,实际工期延后较大的应做出详细分析说明。

(2)并网验收中主要对并网方式及合法合规性做出控制。

4 生产运营阶段

能源销售企业在商业建筑建设分布式光伏,主要依靠自身团队进行设备运维,主要难点及解决方式有以下几方面。

(1)分布式光伏运维人员专业素养较低。通常情况下,运维人员采用无人值守,远程监控的方式对光伏组件状态进行监控。由于未建设系统性的巡检流程,现场人员又对后台数据缺少基本分析能力,缺乏针对分布式光伏电站的应急能力,无法及时意识到及解决设备故障,增大安全隐患。

应委托经验丰富的专业维保人员对电站现场人员作现场操作技能及基本故障判断的集中培训。在站点原有的巡检基础上,增加针对光伏设备的巡检流程,使现场维保人员具有一定的故障发现能力及维保能力。

(2)缺乏对电站现场信息的掌控。因光伏组件安装位置特殊,且点多面广,难以掌控现场实际情况,也难以判断组件脏污程度,容易造成发电效率降低,造成经济影响。分布式光伏电站是系统工程,单靠运维人员巡视检查维护远远无法达到全方面监控的目的。目前能源销售企业所建分布式光伏项目数字化管控水平较低,大部分项目数字化监控平台仅能实现查看电站发电情况,功能单一,无法排查和主动干预运营中发生的安全风险,更有小部分电站没有搭建相应的数字化管控平台。因此,能源销售企业分布式光伏项目数字化监控目前最应解决的一是整合式管控,利用逆变器通讯3将辖区内光伏项目统一管理;二是利用可利用信息化平台,对设备运行数据及时监测分析,有异常发电量降低的情况及时进行现场确认,保证电站运行;三是搭建安全监管平台,利用AI实时分析光伏现场运营情况,提前预警排除安全风险。

(3)屋顶及罩棚顶光伏组件维保清洗困难。部分光伏组件布局紧密,且未设置维保通道,后期维保困难。且光伏组件长时间暴露在室外,表面不可避免会被灰尘、鸟粪、树叶等污染,降低发电效率及组件寿命。为此,应在设计安装时预留维保通道,并在合理装机容量规划下适当增加空隙,预留足够的通风空间及清洗空间。

5 项目综合后评价

投资项目后评价管理工作在企业中已经得到了广泛的应用,并且有着显著成效。但由于企业与项目的类型规模不同,后评价方式也有所不同。本文主要基于能源销售企业在商业建筑上增设分布式光伏能力的投资项目,对其后评价中应重点评价的数据进行分析,构建合理的分布式光伏项目后评价体系。

项目后评价存在的意义是通过对比建设完成后的项目指标和立项时的预定指标,判断项目是否符合指标要求、与建设预期是否存在偏差。通常来说,评价指标包括经济性、技术性、社会效益等方面。由于项目实际实施情况与立项时预期情况难免有所差异,因此在后评价工作中不但要对比实际及预期的数据,而且要对数据差异进行合理分析,才能达到项目后评价的目的。

能源销售企业在商业建筑上增设分布式光伏能力的投资项目后评价内容主要包括:项目前期阶段后评价、招标设计阶段后评价、施工竣工并网阶段后评价、生产运营阶段后评价、影响后评价、综合后评价。

其中项目前期阶段后评价、招标设计阶段后评价、施工竣工并网阶段后评价、生产运营阶段后评价可根据前文中相应重点工作指标进行评价,这里主要对前文未做出详细说明的后评价指标做出说明。

5.1 发电量后评价

主要参考实际发电量是否达到可研发电量。若实际发电量与可研发电量相差较大,应对差异进行分析,并得出解决办法。

举例说明,将宁夏银川市新增光伏能力B项目2022年1～12月的可研发电量与实际发电量进行对比,如表2所示。

表2 B项目前期可研与实际运行发电量的对比

由表2可以看出,B项目实际的发电量对比可研发电量差异较大,但发电量总体优良。实际发电量远高与可研发电量,原因是可研编制过程中不严谨,对应不同月份不同太阳辐射量。对发电量分别做出预测,提高可行性研究报告的合理性与实用性。

5.2 经济效益后评价

首先,应对消纳情况做出分析。光伏发电中自用电比例越大项目收益越大。在此背景下,将项目实际运营中自用电及余电上网的电量进行对比。在此基础上,亦可对前文装机容量做出评价。

其次,需要对项目经济收益进行分析。在自发自用余电上网模式下,可对项目发电节约电费产生收益和售电收益数据进行分析,并利用IRR函数进行财务效益计算。

以银川市B项目为例,B项目2022年1～12月消纳情况及收益情况如表3。

表3 B项目发电消纳情况及收益情况

由表3可得,B项目装机容量29.12kWp,自用电占比93.25%,装机容量较为合理,自用电占比优良,但可能导致发电淡季发电量小于用电量的情况,可根据实际情况增容。

用IRR函数对该项目进行财务效益计算,可得出B项目财务内部收益率为8%,静态投资回收期12.52年,财务效益情况优良。

5.3 项目可靠性后评价

在实际运行过程中,分布式光伏存在跳闸、设备异常关闭等情况,因此项目可靠性应在项目后评价中详细分析。项目运行可靠性主要包括电池板完好率、设备运行率两项。若电池板完好率、设备运行率较低,应做故障、缺陷分析。

5.4 影响后评价

项目影响后评价主要是对分布式光伏项目的节能减排效益。分布式光伏项目每发1 kW·h电,应节约了0.4 kg标准煤或0.379 L柴油,同时减少污染排放0.272 kg碳粉尘、0.997 kg二氧化碳、0.03 kg二氧化硫、0.015 kg氮氧化物,节约4 L净水[6]。

5.5 综合后评价[7]

项目综合后评价表见表4。

表4 项目综合后评价表

6 结束语

光伏发电项目管理不仅要从经济、技术、管理全方位进行管理,还要从项目的立项决策、设计阶段、施工阶段、竣工验收到运营阶段的全过程进行管理。构建项目管理体系,不仅能够有效提高管理者在管理项目时的水平,而且还能有效满足现代社会对企业的要求。在构建项目管理体系时,应当充分遵循体系的有效性、全面性原则,从而有效地解决项目的实际问题。