分布式光伏发电并网的成本_效益分析

第 34期 苏剑等：分布式光伏发电并网的成本 /效益分析 51 以工业园区、高新科技园区、经济开发区、集中应用示范区为主；自发自用模式主要是国家支持的金太阳工程，以楼宇示范项目、校园、生态城和工业用户为主。杆电价将所发电量全部卖给电网企业，无需承担接网费和备用费。这是目前国内普遍采用的一种运营模式，特别是那些大型的风电场和光伏电站都是作为电源直接上网的。从现有研究来看，国内外对光伏发电的关注主要集中在行业动态、补贴政策、投资可行性、光伏发这种模式降低了分布式光伏对电网运行的影响，同时便于电量计量，有利于实施分时电价等需求侧管理措施。该模式下的光伏发电项目主要是国家支持的金太阳工程光伏发电项目，多为建设在公共区域的公共项目，一部分是地方政府建设的示范工程，相当一部分是电源生产商和发电集团为了完成碳排放任务和品牌效应建设的光伏电站示范项目。电并网的经济效益以及综合评价体系研究等 [5-16] ，尚鲜见对光伏发电运营模式的成本 /效益进行分析。从技术方案来看，现有研究只考虑了光伏发电系统本身的成本与效益，并与常规发电系统进行了比较，并未考虑不同运营模式、不同并网方案以及不同补贴政策等对光伏发电并网成本与效益的影响。本文克服了现有研究只关注光伏发电系统本身经济性的问题，综合考虑分布式光伏发电的运营模式、并网方案、补贴政策以及产权分界点等因素，提出一种采用全寿命周期收益 /成本 (benefit/cost，B/C) 方法评价分布式光伏发电运营模式经济性的方法；建立不同运营模式下光伏发电并网的全寿命周期成本 /效益模型；并以实际案例验证了所提方法与模型的有效性。本文的研究成果有助于解决分布式光伏发电在不同运营模式下的并网经济性问题，为光伏发电运营管理模式及相关配套政策的制定奠定了坚实的理论基础。1.2.2 合同能源管理模式合同能源管理模式，即第三方投资者投资建设光伏电源，所发电量优先满足和光伏电源位于同一地点的用户使用，多余电量上网，不足电量由电网企业按当地销售电价向用户提供。在这种模式下，光伏发电逆变并到低压电网后直接送到用户，投资者按全电量获得政府补贴。光伏多余电量按照当地燃煤脱硫机组标杆电价由供电企业收购，供电企业并按照当地销售目录电价向用户收取下网电量电费。这种模式真正实现了光伏发电的就地消纳，多余电量卖给市电，不足电量由市电供给。该模式下的光伏发电项目投资动机比较复杂，既有以自发自用为主的项目，也有自用较少，主要供给他人使用的项目，还有全部供给他人使用的项目。其中，投资机构、电源生产商和发电集团都有通过售电而赚取超额利润的诉求，对我国光伏发电运营模式提出了突破性的挑战。1我国光伏发电运营模式分析1.1 运营模式的分类目前，我国光伏发电项目投资多元化，投资驱动力复杂化，运营模式尚未完全理顺，但归纳起来主要有 3种，即统购统销运营模式、合同能源管理模式和用户自发自用模式 [17-18] 。此外，还有以上几 1.2.3自发自用模式种模式的混合模式。 自发自用模式，即用户自己建设光伏电站，所发电量优先自用，多余电量上网，不足电量由电网提供。分布式电源和用户位于同一地点，且为同一法人。在这种模式下，用户所发电量优先自用，多余电量按照当地燃煤脱硫机组标杆电价卖给电网企业，同时按全电量获得政府补贴；电网企业以当地销售目录电价收取下网电量电费。1.2 几种典型的运营模式1.2.1 统购统销模式统购统销模式，即第三方投资方负责光伏发电的投资、建设和运维，享有光伏发电的经营权，所发电量全部送入公共电网，供电企业负责全额收购光伏所发电量。在这种模式下，光伏发电作为电源，基本上通过 110(66)、 35 kV 变电站、中压或低压母线上网，然后供给用户，因此光伏电源和用户通常位于不同地点。电源投资方会获得政府的建设补贴或电价补贴： 1）在建设补贴方式下，发电商按照燃煤脱硫机组标杆电价将所发电量全部卖给电网企业； 2）在电价补贴方式下，发电商按照上网标目前，这些由用户自己投资的项目主要靠政府补贴和节省电费收回投资成本。一部分光伏项目投资方是有节能意愿又具备较高支付能力的用户；一部分是偏远地区的使用者，一部分是医院等具有较高可靠性要求的用户，还有相当一部分是装机规模较大的工商业用户。52 中 国 电 机 工 程 学 报 第 33卷1.2.4 混合模式 划，进行负荷总量和空间负荷预测。混合模式基本上是以上 3种模式中任意 2种或 3）依据试点区域太阳能资源状况和负荷特性情况，进行光伏发电出力与负荷曲线的匹配分析，详见图 2。曲线对时间的积分为电量，主要分为以下 3部分：第 ① 部分为光伏发电上网电量；第 ② 部分为用户的用电量 (光伏发电作为电源 )；第 ③ 部分为用户的用电量 (公共配电网作为电源 )。并结合投资规模、地域限制等因素共同确定光伏发电的装机容量。3种模式的组合，投资公司建设的大型光伏示范工程一般采用混合模式。例如中新天津生态城是国家和政府支持的新能源示范工程，生态城投资公司自己建设且为自己供电的分布式光伏发电设施按 “ 自发自用 ” 模式运营；在其他单位场所建设并为该单位供电的分布式光伏发电设施，按合同能源管理模式经营；利用公共场地建设的光电设施，采用统购统销模式。因此，虽然整个示范工程采用混合模式，但就单个项目来说仍然采用单一运营模式。P/kW 光伏出力负荷①2光伏发电并网成本 /效益分析流程与模型③本文依据收益 /成本评估方法，简称 B/C法[19] ，③ ②建立了光伏发电的全寿命周期成本 /效益模型，提出了分布式光伏发电并网的成本效益分析流程如图 1 所示，主要包括以下步骤。0 6 12 18 24 T/h 图 2 光伏发电出力和用电负荷之间的关系曲线Fig. 2 Typical variation curve of PV outputand load forecasting 开始4）列出备选的光伏发电运营模式，分析每种运营模式的可行性及优缺点。确定光伏发电的试点区域区域发展规划控制性详细规划 5）根据试点区域现状，确定光伏发电在不同运营模式下的接入方案和用户配电网改造方案。6）明确光伏发电在不同运营模式下的边界条件和计算参数，如补贴政策、配电设备造价、电价等。7）计算光伏发电在不同运营模式下的成本构成，主要包括光伏发电的初期投资及其运行维护费用、用户配电网的初期投资 (指光伏接入导致的建设投资，含接网费 )及其运行维护费用和贷款利息。此外还包括损耗费用、停电损失费用和房顶租金等。采用不同的运营模式，投资者的成本构成会有所不同，如图 3所示。各部分成本的计算如式 (1)— (7) 试点区域负荷预测光伏出力与负荷匹配分析，并确定光伏发电装机容量太阳能资源状况合同能源自发自用列出备选的光伏发电运营模式，分析每种模式的可行性统购统销确定光伏发电接入方案和用户配电网改造方案 光伏补贴方式合同能源自发自用确定边界条件和计算参数配电设备造价计算各运营模式下的成本构成计算全寿命期总成本现值计算各运营模式下的收入构成计算全寿命期总收入现值 所示。合同能源管理模式或自发自用模式计算各模式下收益 / 成本的比值 光伏发电初期投资光伏发电运维费用贷款利息用户配电网初期投资用户配电网运维费用分析每种方案的盈亏情况，选出最优方案结束 损耗费用图 1 分布式光伏发电并网的成本效益分析流程 停电损失费用统购统销模式Fig. 1 Cost-benefit analysis process of distributed grid-connected photovoltaic power generation 图 3 不同运营模式下光伏发电并网的成本构成1）根据太阳能资源状况、城市或区域发展规划确定光伏发电试点区域。Fig. 3 Cost structure of PV investors in different operation modes 2）依据试点区域的发展规划和控制性详细规 光伏发电的初期投资费用为