光伏发电的度电成本如何到平价上网.pdf

由度电成本到平价上网（完整版）原创 2016-07-03 王淑娟光伏如何实现平价上网本文主要如何降低度电成本、 度电成本的下降速度角度进行阐述。0 前言我们首先要确定，平价上网中的“价”是多少。不同的电，价是不一样的。图 1电价的分类目前光伏的标杆电价在 0.80.98 元 /kWh 之间，上表中，工商业电价 一般在 1 元 /kWh 左右，如果在工商业侧并网，则光伏已经实现了平价上网；大工业电价 一般在 0.60.9 元 /kWh 之间，如果在大工业侧并网，则光伏已经接近实现了平价上网；居民和农业售电电价 由于享受国家的交叉补贴， 价格较低， 距离光伏电价还比较远。光伏实现平价上网的终极目标， 是能在发电侧跟火电的上网电价 PK。 目前，火电的脱硫标杆电价在 0.250.5 元 /kWh 之间， 光伏标杆电价距离其还有很远的距离。光伏要实现“平价上网”，最快的途径就是以分布式的形式在用户侧并网，这是煤电、水电、核电等形式所不具备的特长。因此，扫清分布式光伏发展的障碍，是光伏实现平价上网最有效的途径。一、度电成本的定义如前言中所述， 光伏电力的价格与火电相去甚远， 只有降低度电成本才能实现“平价上网”的终极目标。那什么是“度电成本”。我查阅了资料，找到两种“度电成本”的定义。定义一国内财务软件常用的测算公式（公式 1）上述公式中，将总投资（初始投资扣除残值后和 25 年运营成本加和）除以总发电量，非常简单明了、易于理解。因此，在国内的财务评价中被广泛使用。但其缺点是没有考虑资金的时间成本。定义二国际上的测算公式（公式 2）陈荣荣、孙韵琳等人在并网光伏发电项目的 LCOE 分析中，介绍了国际上的测算度电成本的计算公式。注公式 2 中字母的定义与公式 1 相同。在公式 2 中，充分考虑了资金的时间价值，用折现率 i 将不同时间的成本都折成现值； 同时， 也考虑不同时间的发电量会带来不同的现金流， 因此也对发电量进行折现。这种计算方法的缺点是讲解、计算都比较复杂。个人认为， 由于所有的资金都有使用成本， 公式 2 更能体现电量真正的成本。由于国内的财务分析均以公式 1 为基础， 为便于理解，本文也以公式 1 进行计算和分析。然而，必须强调的是由于未考虑资金的时间价值，度电成本 ≠ 光伏电力成本 ≠ 合理利润下的售电电价因此，度电成本达到 0.3 元 /kWh 时，并不意味着可以实现平价上网。虽然度电成本不能等同于光伏电力成本， 但其变化的趋势可以反映光伏电力成本的变化趋势。因为，下文通过对度电成本影响因素、程度的分析，来找出实现平价上网的途径。二、度电成本的影响因素1 前期条件从公式 1 中可以看出，计算度电成本主要涉及的因素有 6 个。其中，固定资产残值 VR、第 n 年的折旧 Dn 基本是按比例取，第 n 年的运营成本 An 变化也相对较少。因此，式中变化最大的是三个量 I0、 Pn、 Yn。为了探讨上述三个变量对度电成本的影响， 建立一个典型电站模型， 主要前提条件为规模 50MWp 初始投资 8000 元 /kW 贷款比例 80 利 率 5 峰值小时数 1700h 系统效率 80 组件衰减 10 年 10 、 25 年 20 2 峰值小时数范围根据中国气象局发布的 2015 年中国风能太阳能资源年景公报 ， 我国 2015年，全国平均的固定式最佳倾角峰值小时数概况1） 全国平均值为 1710.2h 。2） 东北、 华北、 西北及西南大部地区超过 1400h ， 首年年利用小时数在 1100h以上， 其中新疆大部、 青藏高原、 甘肃西部、 内蒙古、 四川西部及云南部分地区，超过 1800h ，首年的年利用小时数在 1500h 以上，局部超过 1800h ；3） 四川东部、 重庆、 贵州中东部、 湖南中西部及湖北西部地区， 小于 1000h ，年利用小时数不足 800h ；4）陕西南部、 河南、 安徽、江苏、四川东部、湖北大部、江西、 湖南东部、浙江、福建、台湾、广州、关系中南、贵州西南部的在 1000 ～ 1400h 之间，年利用小时数在 800 ～ 1100h 之间。可见， 我国不同地区的峰值小时数跨度大， 本文在计算时采用 11002300h区间。3 各变量对度电成本的影响1）发电量的影响下图为初始全投资为 8000 元 /kW 时，不同峰值小时数对度电成本的影响。图 2不同峰值小时数下的度电成本从上图中可以看出，由于我国不同地区的峰值小时数跨度大，度电成本差异也非常大， 1100h 时为 2300h 时的 2.4 倍经计算，当发电量减少 10，度电成本增加 11.2 ；减少 20，度电成本增加 25.4 ；减少 30，度电成本增加 49.9 。2）初始投资的影响下图为不同初始投资时，不同峰值小时数的度电成本。图 3不同初始投资对度电成本的影响从上图可以看出资源越差地区，度电成本对初始投资的变化越敏感。以峰值小时数 1700h 为例，初始投资下降 10 ，度电成本下降 8；下降 20 ，度电成本下降 17 ；下降 30 ，度电成本下降 25 。3）贷款利率的影响下图为初始全投资为 8000 元 /kW 时，不同资源条件下，贷款利率对度电成本的影响。图 4不同贷款利率对度电成本的影响从上图可以看出1）资源越差地区，度电成本对利率变化越敏感。2）贷款利率增加 1 个百分点，度电成本将升高 3.610 。贷款利率成本从 510 ，格尔木（ 2300h ，资源最好）度电成本增加了 20.5 ；吴忠（ 2000h ，一类区）度电成本增加了 20.5 ；辽阳（ 1700h ，二类区）度电成本增加了 21.4 ；淮北（ 1400h ，三类区）度电成本增加了 40.9 ；长沙（ 1100h ，资源最差）度电成本增加了 52.2 。4）系统效率的影响（影响发电量）随着技术的进步，光伏电站的系统效率一直在增加，如下图所示。表 1不同年代项目的 PR 值2011 年检测德国 100 个电站，平均 PR84 ，技术进步有望达到 90 。国内电站 PR 约在 7585 左右，虽然有气象因素的影响，但仍有较大的提升空间。下图为不同系统效率时的度电成本如下图所示。图 5不同系统效率对度电成本的影响从上图可以看出资源越差地区，度电成本对系统效率变化越敏感。系统效率由 90 变到 75 时，峰值小时为 1700h ，度电成本增加了 22；峰值小时为 1100h ，度电成本增加了 385）组件衰减率的影响（影响发电量）根据组件衰减率的统计数据， 计算了平均年衰减 0.40.8 时 （线性衰减） ，对度电成本的影响。图 6不同组件衰减率对度电成本的影响从上图可以看出，衰减率的变化对度电成本影响较少。组件效率年衰减由 0.4 变到 0.8 时，峰值小时为 1700h ，度电成本增加了 5.4 ；峰值小时为 1100h ，度电成本增加了 8.2 。三、小结不同因素对度电成本的影响如下图所示。通过对比发现发电量的变化对度电成本影响最大， 之后以此为初始投资、 贷款利率、 系统效率，组件衰减效率影响最小。采用提高发电量的技术，如跟踪技术等，是降低度电成本的最有效措施；获得较低的贷款利率，是降低度电成本最直接的措施；降低初始投资、 提高系统效率、 降低组件衰减相对比较困难， 但是会带来根本性的变化。四、初始投资降低分析1 规模效应光伏组件的造价占了初始投资 50 以上，直接影响项目的造价。根据 Bob Swanson 的光伏 Swanson 定律 光伏电池的成本在产量每上升 3 倍的时候会下降 20 。由于未找到光伏电池的产量、 成本数据， 本文选用的中国的装机量、 销售价格来进行分析。表 2规模效应带来的价格下降分析虽然由产量到装机量受出口因素影响， 又成本到价格受市场因素影响， 但从上表可以看出，光伏组件、逆变器的价格下降随装机容量的变化，基本符合Swanson 定律。根据国家的相关规划，中国 2016 年的装机量可达到 2025GW ，为 2015年增加 1.31.6 倍，估计光伏组件、逆变器的价格会有 1015 的下降。即光伏组件价格在 3.23.6 元 /W 之间，逆变器在 0.2 元 /W 左右。 未来的装机量应该是一个稳中有升的状态， 但很难出现倍数增长。 因此， 未来的光伏电池等成本肯定是稳中有降，但不会大比例下降。2 高效组件的应用如上文所述， 未来的主要设备成本不会出现大幅的下降， 但这并不意味着 “初始投资” 不会出现大幅下降。 除了设备的成本之外， 高转换效率是降低成本的另一有效手段。下图为主流多晶硅组件的光伏转换效率变化曲线。图 7历年主流光伏组件的光电转化效率主流光伏组件转换效率由 14.1（ 230Wp ） 提高到 16.2 （ 265Wp ） ，1MW 发电单元的并联支路数量由 218 个变成 172 个，下降 21.1 ；即使在相同造价水平家， BOS 成本（汇流箱、直流电缆、支架、基础等配套设备）、土地成本下降约 16 ，系统成本将下降约 69 。2016 年，很多地方对光伏组件提出达到“领跑者计划”标准单晶 17 、多晶 16.5 ，预计由此带来的光伏系统成本降低 13。 未来，整个行业由于光伏组件效率提升带来的光伏电站成本降低可以期待。3 技术的进步光伏系统电压从 1000V 上升到 1500V ， 预计可以使 BOS 成本下降约 30，光伏系统成本下降约 10 。光伏组件相对于后端电气系统超配 20 ，可以使系统成本下降 10 。总之，随着技术的不断创新，光伏系统成本还有较大的下降空间。4 小结综上所述， 2016 年由于 规模效应、高效组件的采用 ， 预计光伏的初始投资可以下降 10以上； 技术进步由于还需时间考证，未大规模推广，暂不考虑。根据上一节的分析，初始投资下降 10 ， 度电成本可以下降 8左右 。五、发电量提高分析1 跟踪式支架的采用目前，光伏支架广泛采用的为固定式。除此之外，还有 平单轴跟踪、斜单轴跟踪、双轴跟踪、固定可调式 等多种安装形式。从 2015 年底，跟踪式支架越来越受到投资者的重视。下图为不同地点、 资源条件， 相对于固定式支架， 跟踪式对发电量提高的实测数据。图 8不同经纬度、海拔、资源条件下安装方式对发电量的影响对比根据上图中的实测数据，与最佳倾角的固定式安装相比，水平单轴跟踪的发电量提升了 1730 ，倾斜 5单轴跟踪的发电量提升了 2135 ，双轴跟踪的发电量提升了 3543 。虽然上述发电量的增加对比例子属于个案， 但可以说明不同安装方式对于发电量的影响。从上图也可以看出在低纬度地区，通过对方位角的跟踪，提高早晚的发电量会有较好的效果；而在高纬度地区， 通过对高度角的跟踪， 提高不同季节的发电量， 会有较好的效果。这从固定可调式的数据也可以看出。固定可调式也在从 2013 年开始有较多的应用。下图为在不同纬度的地点，采用不同倾角时，月发电量的模拟情况。图 9高纬度、低纬度采用不同倾角时发电效果模拟从上图两个纬度不同的地点，在高纬度地区，如果对支架倾角进行调节，则发电量增加如下表。表 3某地支架采用不同倾角时发电量的变化而如果在低纬度地区，倾角变化对发电量无影响。因此， 固定可调在高纬度地区有较好的发电量提升效果， 在低纬度地区发电量几乎无变化。2 逆变器、组件技术水平的提高组串式逆变器、 集散式逆变器， MPPT 的跟踪路数， 提升输出电压等新概念，近几年被逆变器厂家广泛宣传。华为 在他们的宣传册中称， 相对于集中式， 他们的组串式逆变器强光下可以多发电 10以上同时，很多场合也都宣传， 全年可以多发电 4以上 。禾望 在他们的集散式逆变器宣传册上， 也提出 集散式逆变器相对于集中式逆变器， 系统效率提高 3；相对于组串式逆变器， 成本下降 15以上 。双面组件 近期开始进入人们的视线。相同的 BOS 成本，由于双面发电，如果地表反射率较好， 可以提高 10以上的发电量 。3 运维水平提升系统效率1）智能监控带来的精细化管理光伏电站面积大、 人工管理无法精细化， 一直是制约系电站统效率提高的因素。而智能监控技术，包括智能设备、智能平台，可以克服这一难题。目前， 智能汇流箱 已经被广泛采用， 从而可以时间将对电站的智能监控水平提升至组串级别， 实现随时监控每个支路的电流、 电压， 有利于问题的及时发现、维修，从而提高系统 PR 值。目前，国内远景、木联能、 MC、淘科等企业都依托 云平台开展大数据管理业务 ，帮助客户实现对项目的远程智能监控，节约运维成本、提高运维效率。2）清洗水平的提高关于灰尘对发电量的影响， 由于大家的气候条件不同， 得出的结论也相差很大。图 4 为不同文献对于灰尘遮挡造成发电量损失的报道；表 3 为内蒙某光伏电站清洗前后的发电量对比。图 10不同文献对于灰尘遮挡造成发电量损失的报道表 4内蒙某电站清洗前后发电量对比从图 10 和表 4 可以看出，虽然大家不同地点、气象条件下，灰尘遮挡造成的发电损失差异较大，但其数值均在 3 以上。因此，根据光伏组件的污染程度进行定期清洗，大约可以提高 3 以上的发电量。4 小结综上所述，由于跟踪式支架、高效的逆变器和组件、智能监控系统的采用，运维水平的提高，在不考虑限电的影响，预计光伏电站的发电量可以提高515 。根据上一节的分析，初始投资下降 10 ，度电成本可以下降 11 左右。六、结论2016 年， 光伏项目的初始投资预期降低 10 ， 度电成本可以下降 8 左右；发电量预期提升 515 ，度电成本可以下降 516 。考虑到部分发电量提高技术会带来初始投资的增加，综合考虑，预期度电成本能下降 10 左右。七、考虑火电的隐形补贴，光伏已经平价上网1、火电排放的污染物火力发电会排放“ SO2、 NOx、粉尘”等污染物，以及温室气体 CO2。根据环保部历年的环保公告，在国家的大力投入下，我国的污染状况逐年好转。摘取 2014 年中国环境状况公报中大气污染物的部分内容如下。2014 年，中央财政先后安排 专项资金 100 亿元 ，支持各地开展大气污染防治。开展空气质量监测的 161 个地级及以上城市中，共 16 个城市空气质量达标（好于国家二级标准） ， 占 9.9 ； 145 个城市空气质量超标， 占 90.1 。 其中，SO2 达标城市比例为 89.2 ， NO 2 达标城市比例为 48.6 ， PM10 达标城市比例为 21.6 ， PM2.5 达标城市比例为 12.2 。 1） SO2 和全国二氧化硫、氮氧化物排放总量同比分别下降 3.40 、 6.70 。 2014 年全国 SO2 排放总量为 1974.4 万吨， NOx 排放总量为 2078.0 万吨， 来源如下表。表 5 2014 年 SO2 和 NOx 排放来源分析470 个开展酸雨监测的城市（区、县）中， 出现酸雨的城市比例为 44.3 ，酸雨频率在 25以上的城市比例为 26.6 ，酸雨频率在 75 以上的城市比例为9.1 。 酸雨、较重酸雨和重酸雨的城市比例分别为 29.8 、 14.9 和 1.9 。 尘PM10 年平均浓度达标城市比例为 21.7 ，同比上升 2.4 个百分点；日均浓度平均超标率为 19.0 。 PM2.5 年均浓度达标城市比例为 11.2 ；日均浓度平均超标率为 26.6 。 3）温室气体排放（来源于 BP 能源统计年鉴）2014 年， 中国 CO2 排放量为 97.61 亿吨， 居世界第一， 占世界 CO2 排放量的 27.5 。这也给中国带来了巨大的国际压力。可见，尽管我们国家投入很大，取得的成果也十分明显，但我们大气质量达标的城市仅仅有 9.9 2、污染的危害SO2 和 NOx 造成的酸雨， 可使儿童免疫功能下降，慢性咽炎、支气管哮喘发病率增加，同时可使老人眼部、呼吸道患病率增加；还可使农作物大幅度减产，小麦可减产 13 34 ，大豆、蔬菜蛋白质含量和产量下降；可使森林和其他植物叶子枯黄、病虫害加重，最终造成大面积死亡。粉尘的污染大家都感受深切，苍穹之下热播，就是受粉尘污染所害之人的共鸣；CO2 排放造成的温室效应，影响的是整个地球的生态，频发厄尔尼诺现象、极端天气都与之相关，所以全球 190 国家的元首才共同签订了巴黎协定。因为粉尘污染，你需要买防雾霾口罩、去医院治疗呼吸道疾病；因为酸雨污染，粮食减产、建筑物和森林受破坏；因为温室气体， 南极的冰川已经融化， 海平面上升后有的人甚至会无家可归。我们为污染所付出的花费之巨大，是难以衡量的3、火电的度电环境成本从表 1 中可以看出，污染物并不都是火电排放造成的，但火电肯定占了非常重要的一部分。要计算火电的环境成本，有很多种方法。在此，引用了天津大学徐蔚莉等用“影子成本法”计算的火电污染物环境成本，如表 2 所示。表 6火电的度电环境成本（单位元 /kWh ）火电的环境成本，需要权社会来承担，你支付的防霾口罩钱、医药费，都在为火电的环境成本买单。 换个角度来说， 火电享受着全社会提供的、 隐形的环境补贴。为了减少火电的污染，国家也给更加环保的火电一些补贴。如果火力发电机组按规定安装脱硫、 脱硝和除尘环保设施， 排放标准达到排放要求， 其上网电量在现行上网电价基础上执行脱硫、 脱硝和除尘电价加价等环保电价政策。 目前， 脱硫电价加价标准为每千瓦时 1.5 分钱， 脱硝电价为 1 分钱， 除尘电价为 0.2 分钱， 累计 0.027元 /度。为鼓励火电机组超低排放， 对经所在地省级环保部门验收合格并符合上述超低限值要求的燃煤发电企业给予适当的上网电价支持。 对 2016 年 1 月 1 日以前已经并网运行的现役机组，对其统购上网电量加价每千瓦时 1 分钱（含税）；对 2016 年 1 月 1 日之后并网运行的新建机组，对其统购上网电量加价每千瓦时 0.5 分钱（含税）。由表 6 可见， 火电的隐形环境补贴约为 5 毛钱。 同时， 如果你达到超低排放，大约还可以有 0.32 元 /kWh 的明补。目前，国家给光伏的补贴如表 7 所示。表 7三类电价区的光伏度电补贴估算可见，国家给光伏的补贴也差不多是 5 毛左右，与火电的环境成本基本相同。从这个意义上来说，光伏已经实现了平价上网。