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长沙地区分布式光伏发电系统投资收益估算

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  摘 要:本文针对长沙地区的实际情况,对日照条件、建设安装成本、政策补贴和电价进行了分析,并提出了长沙地区的分布式光伏发电用户的投资收益估算方法,可供长沙地区个人、企业投资光伏时作为参考。结果表明,针对目前长沙地区的气候条件和当前政策补贴,2020年后投资分布式光伏发电项目回报率较低。
  关键词:光伏发电;发电量;建设成本;政策补贴;效益
  中图分类号:TM61 文献标识码:A 文章编号:1671-2064(2020)07-0167-02
  太阳能是一种潜力巨大且永不枯竭的新能源,太阳能的清洁性、安全性和存在的普遍性,使得它成为了人类最理想的替代能源。中国这个能源消费大国的一次能源储量远远低于世界平均水平,这就使得中国发展光伏发电的需求尤为紧迫。由于国内太阳电池/组件的产业规模和技术水平都相继提高,加上国际市场和国家利好政策的推波助澜,使得中国光伏产业的发展势头强劲[1]。
  我国目前较热门的分布式光伏发电,其发电设施建设在用户的场地附近,以用户侧自发自用、多余电量上网这种方式运行[2]。这种光伏发电方式因地制宜、就近利用,可充分利用日照资源丰富地区的太阳能资源,替代和减少一次能源的消耗。分布式光伏发电系统可应用在农村、牧区、山区等日照资源丰富的偏远地区,发展中城市或中小型商业区附近。
  影响分布式光伏发电项目效益的因素很多,主要有项目当地日照条件、发电用途和性质、建设安装成本、政策补贴、电价[3]。如何较为准确的预测光伏发电效益是一项必须做却又不易做的工作,其中的难点是对发电量的把握,而现阶段对项目效益有着最大影响的是地方对光伏项目的配套补贴。由于中国幅员辽阔,各地的光照条件以及政府对光伏产业的扶持力度都不尽相同,因此本文将针对湖南长沙地区实际情况对以上各因素进行分析,并进行项目的收益估算。
  1 日照条件与发电量
  日照条件最大程度的影响光伏发电系统的发电量,发电效率和光伏发电系统的寿命周期也是相关的因素。
  根据国家气象局风能太阳能评估中心最新提出的划分标准,我国太阳能资源地区共分为四类,从一类地区到四类地区,日照资源递减[4]。长沙夏冬季长,春秋季短,而春夏多阴雨,秋季太阳能资源尚可,属于三类地区,为日照资源一般带。全年辐射量约为4200~5400MJ/m2,该热量等效于140~180kg标准煤燃烧所发出的热量。根据湖南省统计局历年公布的湖南统计年鉴,可查到长沙近几年的日照时数,将2015至2019年的日照时数进行统计分析,可估算得长沙近年来平均日照数为1686/1519h,年辐射量为4300、3874MJ/m2左右[5]。
  光伏电站发电量的计算公式为:
  理论年发电量=年平均太阳辐射总量×电池总面积×光电转换效率。
  设计单位一般以功率为单位进行系统整体估算,因此发电量的计算公式也为:
  理论年发电量=年平均日照数×系统功率×光电转换效率[6]。
  但由于诸多因素的影响,光伏电站的发电量都达不到该理论计算值,实际的计算结果为:实际年发电量=理论年发电量×实际发电效率。考虑大气透明度和不同功率等级的逆变器的实际效率,一般认为整机的初始综合发电效率为0.8。系统实际运行时的发电效率与组件表面的清洁、设备的故障率、电站的管理有很大关系,且随着使用时间的增长,其发电效率会有所下降。大多财务研究模型认为系统的发电效率开始三年每年递减约5%,而后逐渐衰减,20年后发电量约减为80%[7-8]。
  2 发电用途
  分布式光伏发电系统所发电量是自发自用还是发电上网,所产生的经济效益不同。自用是用于工业生产还是用于生活照明,效益也有差别。
  由于自发自用时对应的电价为工业电价和生活用电电价,而上网后的售电电价为燃煤脱硫上网标杆电价,前者一般较高,因此所发电量自己全部消纳比发电上网效益更高。自用时若用于工业,由于工业电价比生活电价更高,将节省更多的电费,产生更高的效益。
  3 建设安装成本
  对于中小型光伏发电系统,其成本来源主要为建设安装,湖南现有的光伏发电系统基本都安装在屋顶,所以土地成本可以省去。光伏电站的设计费和后续的运行维护费用较少,粗略计算时可以忽略。电站每千瓦需要10m2左右的电池板,综合来看,各种费用总和为1W 8~12元,一般理论计算采用10元/W的标准。
  光伏发电系统所发电量如果仅是自用,还需加装蓄电池组,这是由于长沙地区的阴雨天气较多,蓄电池组可以在阳光充足时储存电量,供阴雨天气使用。但蓄电池组成本较高,会占到整个光伏发电系统成本的1/3。若系统并网运行,则不用配备蓄电池,可在电量富足时自动上网出售给电力公司。根据政策规定,光伏发电系统的入网改造费用大部分由电力部门承担,入网所需的关口计量和发电计量用电能表也由电力部门免费提供(6MW),用户只需承担电源系统的建设安装维护部分。
  4 政策补贴
  4.1 国家政策
  按照发改价格〔2020〕511号《国家发展改革委关于2020年光伏发电上网电价政策有关事项的通知》,采用自发自用余电上网模式的工商业分布式光伏发电补贴标准为0.05元/kW·h,全额上网的也不应高于0.05,居民用户全发电量补贴标准为0.05元/kW·h。
  4.2 当地政策
  湖南省财政厅、发改委2017年《湖南省分布式光伏发电电价补贴实施细则》,以及长沙市人民政府办公厅2015年印發的《关于加快分布式光伏发电应用的实施意见》,长沙地区投资建设光伏发电系统共有以下政策补贴:
  (1)对使用本省生产的太阳能电池板、逆变器等光伏组件,但未享受中央财政补助且通过验收的分布式光伏发电项目,实行电价补贴。
  (2)居民建设自有屋顶分布式光伏发电项目的,自发自用电量不纳入阶梯电价适用范围。   (3)2014年1月1日~2019年10月31日前投产且符合相关规定,省内补贴0.2元/kW·h,补贴期限为10年。其中:2016年底以前投产的项目补贴期间为2017年1月1日~2019年12月31日,2017年1月1日及以后投产的项目补贴期间为项目投产运行日至2019年12月31日。
  (4)在长沙注册企业投资新建并于2014年至2020年期间建成并网发电的分布式光伏发电项目,根据项目建成后的实际发电量,除按政策享受国家和省补贴外,自并网发电之日起按其实际发电量由市财政再给予0.1元/kW·h的补贴,补贴期为5年。
  但应注意,已享受过“金太阳示范工程”和“光电建筑一体化”等中央财政补助的项目,不再享受本省、市统筹的电量补贴。
  5 当地电价
  根据湖南省发改委《关于再次降低我省一般工商业电价有关问题的通知》(湘发改价商〔2019〕407号),由湖南省电网销售电价表可知,湖南地区居民生活用电电价为0.5880元/kW·h(电压等级不满1kV),一般工商业及其他用电0.6803元/kW·h(电压等级1~10kV)。湖南省目前标杆上网电价为0.4720、0.45元/kW·h,也即分布式光伏剩余发电量上网电价为0.45元/kW·h。
  由以上五个因素的分析结果,可进行分布式光伏发电系统的效益估算。本文引入一个范例来进行具体说明。2020年,长沙某企业拟在厂房屋顶投资新建一套分布式光伏发电系统,装机有效面积约为100m2,投资功率为10kW。算得光伏发电项目投资收益基础数据如下所示:
  (1)成本=10000×10=100000元;
  (2)首年发电量=年平均日照数×系统功率×光电转换效率×实际发电效率=1519×10×0.7×0.8=8506kW·h;
  (3)系统寿命约为25年,根据系统发电效率随时间变化规律,推算系统总发电量=178625kW·h;
  (4)补贴=国家补贴+省补贴+市补贴=178625×0.08(国家级)+0(省级)+8506×0.1+8506×0.95×0.1+8506×
  0.90×0.1+8506×0.85×0.1+8506×0.85×0.1(市级补贴5年)=8931.3+16521.9+4293.45≈18160.2元;
  (5)若全部自用,总效益=总电量×一般工商业电价+补贴=178625×0.6803+18160.2≈139678.8元;
  (6)若全部上网,效益=总电量×燃煤机组标杆电价+补贴=178625×0.45+18160.2≈98541.5元;
  (7)若为居民用户新建该项目,自用部分电价为0.5880元,全部自用时总效益=178625×0.588+178625×0.08=119321.5元。若全部上网,效益=总电量×燃煤机组标杆电价+补贴=178625×0.45+178625×0.08=94671.3元。
  以上计算结果为企业或居民用户的自身经济效益,光伏系统还可产生巨大的环境效益。由国家统计局数据每度电可折合成0.404kg标准煤,因此该10kW光伏项目在运行周期内可节约72t标准煤,减排二氧化硫1.62t,保护林地约270亩。
  以上分析结果的前提是上述政策补贴保持不变,从近几年的形势政策来看,光伏的政策补贴力度在持续下降。因此,综合来看,现阶段国家及长沙地区分布式光伏发电的补贴水平不算高,而长沙地区的日照水平也较差,因此从2020年起建设分布式光伏发电系统并投运的项目,收益率并不高。企业或居民用户,自发自用或上网卖出,都需在整个运行期才可基本收回成本,项目的收益期较短。
  参考文献
  [1] 刘保松,刘晓光,刘庆超.现行条件下我国光伏发电盈利分析[J].发电技术,2015,161(36):43-45.
  [2] 韋玮.分布式光伏发展形势及其发电模式探讨[J].科技创新与应用,2019(35):39-40.
  [3] 张欣.分布式光伏发电项目综合效益评价研究[D].北京:华北电力大学,2014.
  [4] 潘进军,江滢,郭鹏,等.中国太阳能资源和环境气象因子影响分析[J].科技导报,2014,32(20):15-21.
  [5] 邹林林,范昱.湖南省长沙市总辐射日照气温分析[J].北京农业,2015(6):43-45.
  [6] 俞晟,罗刚.影响并网光伏系统发电量的因素[J].建筑电气,2014(11):38-43.
  [7] 彭科翔,郭少臣,李智毅.光伏发电技术发展与前景分析[J].中国设备工程,2020(8):169-170.
  [8] 申卫华,江浩,亢超群.太阳能光伏发电环境效益研究[J].电力与能源,2014(5):627-631.
  收稿日期:2020-03-10
  作者简介:吴春(1989—),女,湖南浏阳人,硕士,讲师,主要从事供电公司员工培训及电力职业教育工作。
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