并网光伏发电价值的综合评价.pdf

第 29卷 第 6期2 0 1 1 年 6 月水 电 能 源 科 学Water Resourcesand PowerV ol. 29 N o. 6Jun. 2 0 1 1文章编号 : 1000- 7709(2011) 06- 0169- 03并网光伏发电价值的综合评价马军杰 , 张 信 , 王恩琦 , 田 廓 , 刘清宇 , 曾 鸣(华北电力大学 能源与电 力经济研究咨询中心 , 北京 102206)摘要 : 针对目前并网光伏发电成本高的现状 , 为鼓励政府加大补贴力度 , 综合考虑并网光伏发电的 发电成本 、辅助服务成本 、 发电收益 、 社会环保效益 、 社会经济收益等 因素 , 构建了并网光伏发电的综合价值模型 , 并使用实际数据分析了我国并网光伏发电的综合价值 。 算例结果 表明 , 并 网光伏发 电综合价值 很高 , 政府可加大 光伏产业的补贴力度 。关键词 : 并网光伏发电 ; 辅助服务 ; 环保收益 ; 电力经济收益中图分类号 : TM 615 文献标志码 : B收稿日期 : 2010- 11- 09,修回日期 : 2010- 12- 21作者简介 : 马军杰 ( 1965- ), 男 , 博士研究生 , 研究方向为电力市场与技术经济 , E- mail: wdzhangxin377@yahoo.com. cn通讯作者 : 曾鸣 ( 1957-) , 男 , 教授、 博导 , 研究方向为电力市场与技术经济 , E- mail: zengmingbj@ v ip. sina. com随 着 技 术 的 发 展 , 太 阳 能 电 池 成 本 的 下降 [ 1~ 4] , 太阳能光伏发电开始 引起广泛关注。王侃宏等 [ 5] 在 分析 光伏 发电 收益、 清 洁 发展 机制(CDM ) 项目 收益和发 电站成 本的基 础上 , 得出CDM 增加了太阳能光伏发电的价值 , 有利于光伏产业发展 ; 张希良等 [ 6] 提出用于评价并网光伏发电技术社会成本效益和政策的模型 , 利用该模型定量分析了并网光伏发电技术的市场竞争力、 社会成本效益和不同政策工具作用效果 , 并提出了促进并网光伏发电技术在中国西部地区发展的政策建议 ; 郑天航 [ 7] 针对不同技术的光伏发电系统产业链各环节进行了全面的能耗、 投资经济性及社会效益分析。由于太阳能光伏发电的间歇性 ,并网光伏发电对系统 辅助服务提出 了更高的要求 , 但因未考虑辅助服务成本 , 有一定局限性。由于我国太阳能并网光伏发电的成本过高 , 因此目前的并网光伏发电均需很大的补贴。政府在制定补贴政策时 , 需综合考虑并网光伏发电的效益以确定合适的补贴量。鉴此 , 本文综合考虑太阳能光伏发电的发电成本、 辅助服务成本、 发电收益、环保效益和社会收益等因素 , 重点分析了辅助服务成本、 社会环保收益和社会经济收益 , 计算了太阳能光伏发电的综合效益 ; 最后运用实际数据模拟计算了并网光伏发电的综合收益 , 为国家制定更有力的补贴政策提供参考。1 成本分析1. 1 光伏发电成本太阳能光伏发电成本包括太阳能装机容量成本及电站运行维护费用两部分。 t 时间内并网光伏发电所需的发电成本为 :f 1= Cr Pcost t ( 1)式中 , C 为光伏发电装机容量 ; r 为光伏电场容量系数 ( 又称光能利用系数 ) ; P cost 为光伏发电的发电成本。1. 2 并网光伏发电的辅助服务成本由于光伏并网发电系统不具备调峰和调频能力 , 这将对电网的早、 晚峰负荷造成冲击。同时因光伏并网发电系统不具备备容能力 , 所以电网必须为光伏发电系统提供相应的辅助服务 , 这就产生了额外的成本 , 包括辅助服务的容量成本和电量成本。( 1) 辅助服务容量成本。统计资料表明 , 负荷在预测值附近随机变动的概率属正态分布 , 且方差的大小与负荷预测的准确性有关 [ 8] 。根据负荷在预测值附近波动的概率密度函数 , 可求出负荷波动造成的失负荷率为 :PLOLP = Q]P 112PDloadex p - P22D2load dP ( 2)式中 , P 1 为初始辅助容量 ; Dload 为负荷在预测值附近波动的标准差。加入光伏发电后 , 负荷在预测值附近波动的标准差为 :Dnew = D2load + D2PV ( 3)式中 , D2PV 为光伏发电量的预测标准差。光伏并网发电时的备用容量为 :P 2= Dnew <- 1 ( 1- P LOLP ) (4)并网光伏发电的备用容量成本为 :f b= ( P2- P1 )P c t (5)式中 , < 为正态分布函数 ; Pc 为系统备用容量电价。( 2) 辅助服务电量成本。由于太阳能光伏发电的间歇性与不可调节性 , 电力系统中加入光伏发电 , 备用电量将会增加。t 时间内光伏发电并网增加的电量成本为 :f c = QQ20 pc dQ - QQ10 pc dQ (6)式中 , p c 为备用的电量价格 ; Q1、 Q2 分别为光伏并网前后的备用电量。因 此 t 时间 内并 网光伏 发电 的辅助 服务 成本为 :f 2 = f b+ f c (7)2 收益分析2. 1 光伏发电收益目前 , 电力调度部门在制定发电计划时对太阳能发电采取不干涉政策 , 光伏发电机组的发电功率完全取决于日照条件。 5可再生能源法 6[ 9] 也规定 : 电网无条件收购太阳能发电 , 并需对太阳能发电实行保护性电价。在 这种调度原则 下 , t 时间内光伏并网发电带来的发电收益为 :f 3 = Cr P vend t (8)式中 , Pvend 为光伏发电的上网电价。2. 2 并网光伏发电的环保收益并网光伏发电作为一种可再生能源 , 可产生很高的环保收益 , 具体包括以下几方面。( 1) 资源效益。太阳能光伏发电所发电量可替代火电 , 以减少对煤炭资源的消耗。本文采用煤炭资源税表示光伏发电的资源效益。( 2) 减排效益。太阳能光伏发电可大量减少污染物 ( 尤其指 CO2 、 SO2 、 N Ox 、 烟尘、 废水 ) 的排放量。( 3) 健康效益。火电机组会产生很多有害气体 , 如 SO2 、 NOx 、 烟尘均对人体健康有害 , 同时会引起建筑物与金属材料腐蚀、 形成酸雨、 酸化水和土壤等。太阳能光伏发电可消除这种危害 , 从而产生正的效益。( 4) 水资源效益。据统计 , 不同冷却方式的燃煤 火电机组耗水指标在 0. 792~ 2. 520kg/ (kW # h) ,因此光伏发电可节省大量水资源。综上所述 , t 时间 内并网光伏发 电的环保收益为 :f 4 = Cr Vm P m t + Crt E V pP p +Cr P h t + Cr V wP w t ( 9)式中 , V m 为生产每 kW # h 电量所需的煤炭 ; Pm为每吨煤炭所需的资源税 ; E Vp Pp 为每 kW # h火电产 生 的 各种 排 放 治 理 的 总 费 用 ; P h 为 每kW # h电量对人体产生伤害值 ; V w 为 每 kW # h火电所需的水量 ; P w 为每千克水的价格。2. 3 光伏发电的社会电力经济收益( 1)就业效益。太阳能光伏发电产业的发展 ,将带动机械设备制造业的发展 , 提供新的经济增长点 , 增加新的就业机会 , 具有明显的社会综合效益。( 2) 经济增长效益。我国太阳能资源丰富的地区往往是自然条件比较恶劣的西部地区 , 当地居民发展经济条件较差 , 光伏发电可能成为当地脱贫的重要手段。且目前及未来相当长的一段时期内我国将面临严重的能源尤其是电力短缺的局面 , 光伏发电作为电力的补充可产生很大的经济效益。本文采用电力的平均经济价值 PGDP ( GDP/ 年发电量 ) 来计算每 kW # h 电量的电力经济效益。因此 t 时间内并网光伏发电的电力经济效益为 :f 5 = CrP G DP t (10)3 算例以某兆瓦级太阳能光伏发电工程为例 , 根据上海市光伏发电辅助服务收费标准 [ 10] , 太阳能光伏发电价值参数见表 1。由于可再生能源可避免污染物的排放 , 本文选取标准的燃煤发电机组煤耗量为 350 g/ ( kW # h) , 燃煤火电机组污染排放率见表 2。电力 污染物环境价值标准 [ 11] 见表 3。选取资源税为 10 元 / t, 每 kW # h 电能将消耗水资源 1kg , 按 城市 水 价 3元 / t 的 标 准 计算 。 P GDP表 1 太阳能光 伏发电价值参数Tab. 1 Paramet ers of sola r phot ovolt aic参数 数值 参数 数值装机容量 / kW 1 046. 0 发电成本 / ( 元 # ( kW # h) - 1 ) 5. 00年发电量 / ( 104 kW # h) 107. 3 上网电价 / ( 元 # ( kW # h) - 1 ) 1. 50投资额 / (万元 # kW - 1) 6. 0 旋转备用电量费用/ ( 元 # ( kW # h) - 1 ) 0. 28表 2 燃煤火电 机组污染排放率Tab. 2 Emis sio ns rat io of coa-l f ire d pow er unit skg/ t污染物 排放量 污染物 排放量SO2 18 CO 0. 26NO x 8 T SP 44. 52CO 2 1 731 灰 110. 00#170# 水 电 能 源 科 学 2011 年第 29 卷第 6 期 马军杰等 : 并网光伏发电价值的综合评价表 3 电力污染物环 境价值标准T ab. 3 Env iro nment al value st andard of pollut ant sof ele ct ric power 元 / kg污染物 环境价值 污染物 环境价值SO2 6. 000 CO 0. 360NO x 8. 000 T SP 2. 200CO2 0. 092 灰 0. 002取为 9 元 / ( kW # h) , 因此可计算得到太阳能并网光伏发电价值见表 4。由表可看 出 , 在综合考虑各项成本和收益后光伏发电仍具有很大的价值 ,政府对并网光伏发电的补贴仍有很大空间 , 并网光伏发电项目具有很好的发展前景。表 4 并网光伏发电价值Ta b. 4 V alue of grid- c onnect ed phot ovolt aicgenerat ion 万元影响因素 价值 影响因素 价值发电成本 536. 500 环保收益 341. 785辅助服务成本 30. 044 电力经济收益 965. 700发电收益 160. 950 总价值 901. 8914 结语a. 综合考虑并网光伏发电收益时 , 并网光伏发电的总价值很高 , 具有很强的市场竞争力。我国仍可加大并网光伏发电的补贴量 , 促进光伏产业链各环节的发展 , 积极有效地引导投资者大力发展和建设并网光伏发电项目。b. 本文仅对并网光伏发电辅助服务成本提出计算方法 , 由于数据限制未能精确计算 , 但从结果中仍可看到辅助服务费用非常可观。c.建议电力部门重视研究并网光伏发电的辅助服务 , 合理制定辅助服务费用 , 为投资者和政策制定者提供准确的依据。参考文献 :[ 1] 张红梅 , 尹云 华 . 太 阳能 电池 的研 究现 状与 发展 趋势 [ J] . 水电能源科学 , 2008, 26(6) : 193- 197.[ 2] 李冬梅 , 刘 志璋 , 刘志强 . 独立户 用光伏 发电系 统成本影响因素及其分析 [ J]. 能源工程 , 2007(3): 37- 40.[ 3] 王建华 , 吴季平 , 徐伟 . 太阳 能应用 研究进 展 [ J] . 水电能源科学 , 2007, 25( 4) : 155- 158.[ 4] 张志坚 , 俞 德庆 , 张 玉林 , 等 . 太阳 能电 池能 源成 本分析与薄 膜电 池 技术 发展 [ J]. 云南 冶金 , 2008, 37( 6) : 65- 69, 77, 88.[ 5] 王侃宏 , 王丽辉 , 崔坚 , 等 . 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Focusing onthe cost of generation and ancillary services, generation benefits, social environmental pro tection benefits and socio- eco-nomic benefits of grid- connected phot ovoltaic generation, the expectancy- value mo del of grid- connected photov oltaic gen-eration is established. A nd then, the comprehensive value of grid- connected photovoltaic generation is analyzed by usingactual data. Numerical r esults show that the compr ehensive value of grid- connected photovolta ic generation is very high.Thus, the government should increase the str ength of subsidies in photovolt aic industry.Key words: grid- connected phot ovoltaic generation; ancillary services; benefits of environmental pro tection; electr ic-it y economic benefit s#171#