太陽(yáng)能光伏發(fā)電成本及平價(jià)上網(wǎng)問題研究

馬翠萍，史 丹，叢曉男

(1.中國(guó)社會(huì)科學(xué)院財(cái)經(jīng)戰(zhàn)略研究院，北京100045;2.中國(guó)社會(huì)科學(xué)院工業(yè)經(jīng)濟(jì)研究所，北京100836;3.中國(guó)社會(huì)科學(xué)院城市發(fā)展與環(huán)境研究所，北京100005)

一、引 言

2009年，我國(guó)第一批光伏特許招標(biāo)項(xiàng)目，投標(biāo)價(jià)格最低僅為0.69元/千瓦時(shí)，最高為1.92元/千瓦時(shí)，13個(gè)項(xiàng)目的平均報(bào)價(jià)為1.42元/千瓦時(shí)。2010年，我國(guó)第二批光伏電站特許權(quán)項(xiàng)目，121份標(biāo)書最高報(bào)價(jià)0.9907元/千瓦時(shí)，最低報(bào)價(jià)0.7288元/千瓦時(shí)，平均報(bào)價(jià)為1.0355元/千瓦時(shí)①實(shí)際有50家企業(yè)，135份標(biāo)書，但有14份標(biāo)書沒有通過技術(shù)評(píng)審，因此，最終為121份標(biāo)書。，最終中標(biāo)電價(jià)全部低于1元/千瓦時(shí)上網(wǎng)電價(jià)。對(duì)我國(guó)兩次光伏特許招標(biāo)項(xiàng)目的報(bào)價(jià)，學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界專家紛紛表示特許招標(biāo)光伏電價(jià)已然脫離光伏發(fā)電實(shí)際價(jià)格成本②值得一提的是，第二批涉及西部8省區(qū)的13個(gè)光伏特許權(quán)招標(biāo)中，除了新疆哈密、吐魯番、和田和青海、河南等少數(shù)項(xiàng)目外，2010年過半項(xiàng)目尚未開工。。2011年，我國(guó)對(duì)不同地區(qū)、不同建設(shè)時(shí)點(diǎn)光伏發(fā)電項(xiàng)目實(shí)行1.15元/千瓦時(shí)與1元/千瓦時(shí)(含稅)光伏發(fā)電上網(wǎng)標(biāo)桿電價(jià)。在一定程度是對(duì)特許招標(biāo)項(xiàng)目光伏發(fā)電競(jìng)標(biāo)報(bào)價(jià)偏離實(shí)際的一個(gè)理性回歸。

事實(shí)上，2012年我國(guó)光伏發(fā)電成本仍高達(dá)1.3/千瓦時(shí)，即使光伏產(chǎn)業(yè)技術(shù)先進(jìn)的歐洲，其2012年光伏發(fā)電成本也在0.8元-1.2元/千瓦時(shí)之間③潘少軍.光伏產(chǎn)業(yè)亟需苦練內(nèi)功［N］.人民日?qǐng)?bào)，2012-10-23.。光伏發(fā)電中標(biāo)價(jià)格是國(guó)家財(cái)政扶持政策的結(jié)果，目前光伏發(fā)電的價(jià)格不能真實(shí)體現(xiàn)光伏發(fā)電的真正成本［1］。那么我國(guó)光伏發(fā)電成本是多少?什么因素影響光伏發(fā)電成本?在未來(lái)多少年我國(guó)財(cái)政能結(jié)束對(duì)光伏發(fā)電的財(cái)政補(bǔ)貼，實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)能源發(fā)電的平價(jià)上網(wǎng)?本文試圖通過解構(gòu)光伏發(fā)電成本，采用國(guó)際通行的計(jì)量方法，對(duì)我國(guó)光伏發(fā)電成本及平價(jià)上網(wǎng)進(jìn)行探討研究，回答上述的問題。

二、文獻(xiàn)綜述

梳理國(guó)內(nèi)外研究文獻(xiàn)顯示，從光伏發(fā)電系統(tǒng)裝機(jī)規(guī)模角度來(lái)看，一般大型光伏發(fā)電成本顯著低于同期戶用及商業(yè)光伏發(fā)電系統(tǒng)的度電成本。這個(gè)規(guī)律在不同國(guó)別［2］，甚至整個(gè)世界都得到了較好的驗(yàn)證［3］。從經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平來(lái)看，發(fā)達(dá)國(guó)家光伏發(fā)電系統(tǒng)的度電成本要低于發(fā)展中國(guó)家和最不發(fā)達(dá)國(guó)家。歐洲光伏發(fā)電成本集中在0.22-0.27 美元/千瓦時(shí)［4］，發(fā)展中國(guó)家光伏發(fā)電成本分布在0.20-0.35美元/千瓦時(shí)［5］，非洲地區(qū)光伏發(fā)電成本則在0.20-0.51美元/千瓦時(shí)①上述光伏發(fā)電成本的測(cè)算均基于平準(zhǔn)化成本法。。雖然不同地區(qū)光伏發(fā)電成本存在一定差異，但從整體來(lái)看，目前光伏發(fā)電成本顯著高于同期傳統(tǒng)能源發(fā)電成本是個(gè)不爭(zhēng)的事實(shí)。

但同時(shí)我們也應(yīng)看到，伴隨光伏發(fā)電技術(shù)的不斷進(jìn)步，傳統(tǒng)能源發(fā)電成本的上漲，光伏發(fā)電成本有望與傳統(tǒng)能源發(fā)電成本相當(dāng)，實(shí)現(xiàn)平價(jià)上網(wǎng)。光照資源條件較好的地區(qū)，將在2012年實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電平價(jià)上網(wǎng)［6-7］。美國(guó)、日本和南歐等光照資源豐富的地區(qū)將在2012-2013年實(shí)現(xiàn)平價(jià)上網(wǎng)，其他地區(qū)將在2020年前后實(shí)現(xiàn)平價(jià)上網(wǎng)［8］。意大利有望在2015年率先實(shí)現(xiàn)歐盟地區(qū)光伏發(fā)電平價(jià)上網(wǎng)，而英國(guó)將是歐盟光伏發(fā)電平價(jià)上網(wǎng)最晚的國(guó)家，大約在2019年②意大利之所以率先實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電平價(jià)上網(wǎng)。一方面源于光照資源的有效利用，使其光伏發(fā)電成本降低，另一方面意大利電價(jià)較高，兩因素的共同作用，使意大利成為歐盟最先實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電平價(jià)上網(wǎng)的國(guó)家。。中國(guó)到2014年商業(yè)電價(jià)有望率先實(shí)現(xiàn)平價(jià)上網(wǎng)，2018年，居民用電消費(fèi)側(cè)實(shí)現(xiàn)平價(jià)上網(wǎng)，2021年，發(fā)電側(cè)實(shí)現(xiàn)平價(jià)上網(wǎng)［9］。預(yù)計(jì)到2020年，世界大部分地區(qū)，商業(yè)規(guī)模的光伏發(fā)電系統(tǒng)和戶用光伏發(fā)電系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)消費(fèi)側(cè)平價(jià)上網(wǎng)，而同期大規(guī)模的公共事業(yè)光伏發(fā)電系統(tǒng)在電價(jià)批發(fā)側(cè)實(shí)現(xiàn)平價(jià)上網(wǎng)。

通過對(duì)已有文獻(xiàn)的梳理，我們發(fā)現(xiàn)，相比美國(guó)、歐盟、日本、德國(guó)等國(guó)外光伏發(fā)電成本及平價(jià)上網(wǎng)的研究進(jìn)展和豐富程度，我國(guó)目前有關(guān)光伏發(fā)電成本的研究文獻(xiàn)數(shù)量不多，已有的研究基本以定性分析為主，僅有的光伏發(fā)電成本的測(cè)算也只是圍繞某個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)項(xiàng)目展開［10］。從國(guó)家層面研究光伏發(fā)電成本的文獻(xiàn)相對(duì)比較少。對(duì)光伏發(fā)電平價(jià)上網(wǎng)研究的文獻(xiàn)也不常見，而將這兩個(gè)問題放在一個(gè)研究框架的文獻(xiàn)就更為少見③當(dāng)然這與我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)以產(chǎn)品出口為主，光伏系統(tǒng)國(guó)內(nèi)應(yīng)用缺乏有很大關(guān)系。。這里值得一提的是李俊峰等(2011)［9］、馬勝紅等(2010)［11］等人的前期研究，為本文的研究奠定了基礎(chǔ)，但由于研究的側(cè)重點(diǎn)不同，他們對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)成本的線性增長(zhǎng)假設(shè)條件、研究方法的選擇有待商榷。我們認(rèn)為鑒于未來(lái)光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略地位以及國(guó)內(nèi)發(fā)展大勢(shì)，我們顯然有必要將光伏發(fā)電納入國(guó)際通行的研究框架，結(jié)合我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)國(guó)家規(guī)劃，科學(xué)地刻畫出未來(lái)我國(guó)光伏發(fā)電成本及平價(jià)上網(wǎng)的時(shí)點(diǎn)，為政府出臺(tái)對(duì)光伏產(chǎn)業(yè)扶持政策提供科學(xué)的理論基礎(chǔ)。

三、本文研究思路及研究方法

(一)研究思路

本文試圖對(duì)不同裝機(jī)規(guī)模的光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電成本測(cè)算。光伏發(fā)電成本解構(gòu)立足光伏發(fā)電項(xiàng)目的生命周期，將成本解構(gòu)為光伏發(fā)電系統(tǒng)成本和光伏發(fā)電系統(tǒng)生命周期內(nèi)的額外發(fā)生成本。光伏發(fā)電系統(tǒng)成本從光伏產(chǎn)業(yè)鏈“節(jié)點(diǎn)”出發(fā)，剖析了光伏發(fā)電成本的影響因素及影響程度，判斷了未來(lái)光伏發(fā)電系統(tǒng)成本的趨勢(shì);額外成本考慮光伏發(fā)電生命周期內(nèi)其他成本的投入，例如維修成本、土地成本、融資成本等，這些成本的發(fā)生是產(chǎn)業(yè)鏈“節(jié)點(diǎn)”的外部影響因素。在成本解構(gòu)基礎(chǔ)上，我們采用國(guó)際通用的光伏度電成本核算方法，對(duì)我國(guó)不同裝機(jī)規(guī)模的光伏發(fā)電成本進(jìn)行了核算，在此基礎(chǔ)上，繪制了我國(guó)光伏發(fā)電評(píng)價(jià)上網(wǎng)路線圖。

基于以上研究思路，本文以下的結(jié)構(gòu)安排為:第三部分光伏發(fā)電度電成本核算數(shù)理模型;第四部分基于光伏產(chǎn)業(yè)鏈解構(gòu)了光伏發(fā)電系統(tǒng)成本，并剖析了系統(tǒng)發(fā)電的額外成本組成;第五部分采用國(guó)際通行的研究方法結(jié)合我國(guó)實(shí)際，測(cè)算了我國(guó)太陽(yáng)能光伏發(fā)電成本，同時(shí)結(jié)合我國(guó)產(chǎn)業(yè)規(guī)劃以及國(guó)家政策，預(yù)測(cè)了不同裝機(jī)規(guī)模下的光伏發(fā)電成本;第六部分，結(jié)合傳統(tǒng)火電發(fā)電成本，繪制了光伏發(fā)電平價(jià)上網(wǎng)路線圖;第七部分為結(jié)論。

(二)光伏發(fā)電度電成本核算的數(shù)理模型

1.光伏度電成本核算模型——平準(zhǔn)化發(fā)電成本(Levelised Cost of Electricity)

光伏發(fā)電成本是指光伏發(fā)電系統(tǒng)單位千瓦時(shí)的發(fā)電價(jià)格。對(duì)于能源發(fā)電項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)可行性評(píng)價(jià)通常采用投資回收率(ROI)和內(nèi)部收益率(IRR)，而從長(zhǎng)期政策指導(dǎo)的角度來(lái)看，平準(zhǔn)化發(fā)電成本模型是政策制定者傾向使用的方法［12］。整理已有研究文獻(xiàn)，我們發(fā)現(xiàn)平準(zhǔn)化成本法是國(guó)際目前比較通用的計(jì)算方法。

平準(zhǔn)化成本法是考慮項(xiàng)目生命周期內(nèi)所有成本時(shí)間分布的經(jīng)濟(jì)示意圖。在項(xiàng)目生命周期內(nèi)各期的資產(chǎn)投入、貸款、運(yùn)營(yíng)成本、發(fā)電收入等折算成現(xiàn)值，并令項(xiàng)目生命周期內(nèi)凈現(xiàn)值等于零的方式。即光伏發(fā)電度電成本乘以光伏系統(tǒng)使用年限內(nèi)的發(fā)電量的凈現(xiàn)值應(yīng)等于光伏發(fā)電系統(tǒng)的投資總成本的基年凈現(xiàn)值。Singh(2010)［13］、EPIA(2011)［14］、Wang etal.(2011)［15］等均采用LCOE法對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)度電成本進(jìn)行了測(cè)算，特別是 Brankera et al(2011)［16］總結(jié)了光伏發(fā)電成本采用LCOE方法的研究文獻(xiàn)。

其中，T為光伏發(fā)電系統(tǒng)使用年限(年);t為第t年;LCOE為光伏發(fā)電度電成本(元/千瓦時(shí));r為貼現(xiàn)率(%);E為年發(fā)電量(千瓦時(shí));C為投資成本(元)。公式的左邊為光伏發(fā)電項(xiàng)目在一定內(nèi)部報(bào)酬率下，其發(fā)電總成本等式右邊為光伏發(fā)電投資總成本。經(jīng)公式轉(zhuǎn)換，光伏發(fā)電度電成本可表示為:

投資總成本的發(fā)生包括光伏發(fā)電系統(tǒng)成本、運(yùn)行維護(hù)成本、融資成本、土地成本(僅對(duì)光伏電站)、設(shè)備更新成本、稅收成本等。以融資成本為例，鑒于大型光伏建筑一體化發(fā)電項(xiàng)目和光伏電站的建設(shè)，項(xiàng)目初始投資在至少在千萬(wàn)以上，那么對(duì)融資成本的核算可以詳細(xì)表示為:

其中，Cloan為光伏發(fā)電項(xiàng)目融資成本的凈折現(xiàn)值;L為貸款償還期限;P1(L)為每年的償還貸款額，其值的確定依據(jù)借貸雙方約定還款方式;i為折現(xiàn)率率。

2.光伏發(fā)電系統(tǒng)成本擬合數(shù)理模型——經(jīng)驗(yàn)曲線(Experience Curves)

光伏發(fā)電系統(tǒng)成本是光伏發(fā)電度電成本核算的基礎(chǔ)。在光伏發(fā)電項(xiàng)目的總投資中，光伏系統(tǒng)成本一般占到總投資的80-90%。因此，光伏發(fā)電系統(tǒng)成本的擬合和預(yù)測(cè)方法的選擇對(duì)光伏發(fā)電度電成本的測(cè)算就顯得尤為重要。一般來(lái)說，學(xué)習(xí)曲線是個(gè)不錯(cuò)的方法。學(xué)習(xí)曲線又稱經(jīng)驗(yàn)曲線，是用來(lái)描述過去，預(yù)測(cè)未來(lái)成本趨勢(shì)的一種方法，通常刻畫為單位成本與累計(jì)產(chǎn)量之間關(guān)系的曲線［17］，其公式定義為:

其中，Ccum:單位成本，是連續(xù)累計(jì)產(chǎn)量的函數(shù)，本文中具體指單位裝機(jī)規(guī)模的系統(tǒng)成本;C0:連續(xù)累計(jì)產(chǎn)量為1時(shí)的成本，本文中具體指累計(jì)裝機(jī)規(guī)模1單位時(shí)的光伏系統(tǒng)成本;cum:連續(xù)累計(jì)產(chǎn)量，本文具體指連續(xù)累計(jì)光伏裝機(jī)規(guī)模;b:經(jīng)驗(yàn)指數(shù)。當(dāng)連續(xù)累計(jì)產(chǎn)量增加1倍時(shí)，即Cum2=2Cum1，單位成本變化為:

其中，PR被稱為進(jìn)步率，LR被稱為學(xué)習(xí)率。其含義是當(dāng)連續(xù)累計(jì)產(chǎn)量增加1倍時(shí)，單位成本下降的速度，例如 PR=0.8(80%)或者 LR=0.2(20%)，意味著當(dāng)生產(chǎn)累計(jì)增加1倍時(shí)，單位成本將會(huì)下降20%。生產(chǎn)成本的下降歸因于生產(chǎn)技術(shù)的改良(例如:工藝革新，學(xué)習(xí)效應(yīng)，規(guī)模效應(yīng))，產(chǎn)品的開發(fā)(新產(chǎn)品，產(chǎn)品重新設(shè)計(jì)，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化)以及投入成本的下降(例如:零件和材料)。

四、對(duì)光伏發(fā)電成本的解構(gòu)

太陽(yáng)能光伏電池可以簡(jiǎn)單分為晶硅電池和非晶硅電池。目前在各類光伏電池中，晶硅太陽(yáng)能電池占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。2010年，世界光伏電池產(chǎn)量中，晶硅電池占光伏電池比重達(dá)87%［18］。2010年，我國(guó)晶硅電池占太陽(yáng)能電池總產(chǎn)量的95%以上①中華人民共和國(guó)工業(yè)和信息化部，《太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》，2012年。http://www.miit.gov.cn/n11293472/n11293832/n11293907/n11368223/14473431.html.?？紤]在2020年之前，晶硅電池仍舊占據(jù)光伏發(fā)電電池的主導(dǎo)地位。因此，本文光伏發(fā)電成本主要以晶硅電池光伏發(fā)電系統(tǒng)展開討論的。

(一)基于產(chǎn)業(yè)鏈的光伏發(fā)電系統(tǒng)成本解構(gòu)

圖1 光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)鏈

晶硅生產(chǎn)成本主要包括原材料成本、電力成本、折舊成本、切割線、刃料、切割液成本以及人工成本等。早期我國(guó)并不具備高晶硅提純技術(shù)。2006年，我國(guó)高晶硅原料自給率幾乎為零。伴隨核心技術(shù)的引進(jìn)→吸收→消化→自主研發(fā)，截止2011年，我國(guó)原材料自給率已超過50%①http://www.miit.gov.cn/n11293472/n11293832/n11293907/n11368223/14473431.html.。目前多晶硅原料平均成本已經(jīng)降到30美元/kg以下，先進(jìn)水平已達(dá)到20美元/kg。從光伏發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈來(lái)看，硅材料價(jià)格的下降將從產(chǎn)業(yè)鏈初始端通過后續(xù)環(huán)節(jié)推動(dòng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)成本的下降，從而最終促使度電成本下降。

圖2 重點(diǎn)企業(yè)多晶硅產(chǎn)品價(jià)格走勢(shì)(平均含稅價(jià))

晶硅經(jīng)過損傷層去除、絨面制作、電極印刷、燒結(jié)等工藝流程后制作成為晶硅電池。晶硅電池通常是由厚度350～450μm的高質(zhì)量硅片制成，其中硅材料成本占電池成本的50%左右［19］。目前晶硅電池的耗硅材料大約為7g/W。我國(guó)先進(jìn)企業(yè)的光伏電池高純硅材料用量在6g/W，顯著小于9g/W的世界平均水平。據(jù)IEA(2010)的預(yù)測(cè)，2015-2020年世界光伏電池耗材將在3g/W，2020-2030年將會(huì)降到2g/W。硅片厚度也由實(shí)驗(yàn)室階段的450-500um，減少到目前的160-180um。從產(chǎn)業(yè)鏈源頭助推光伏發(fā)電成本的下降。

表1 晶體硅太陽(yáng)能光伏電池片耗材變化

圖3 未來(lái)光伏發(fā)電電池耗材量

硅晶體太陽(yáng)能電池通過單片互連、利用EVA膠膜與封裝玻璃粘合，形成光伏組件。標(biāo)準(zhǔn)的太陽(yáng)能光伏組件由60-72片晶體硅電池片組成，額定功率在120-300Wp，一般占到光伏系統(tǒng)成本的60%。早期實(shí)驗(yàn)室階段(1968年)光伏組件價(jià)格高達(dá)90美元/Wp，到商業(yè)化應(yīng)用后(1976年后)，光伏組件價(jià)格下降到51美元/Wp，1998年僅為3.5美元/Wp。伴隨技術(shù)的不斷進(jìn)步，光伏電池組件價(jià)格已從2005年40元/W下降到2010年每瓦7～8元/W，太陽(yáng)能發(fā)電的上網(wǎng)電價(jià)從2009年前的每千瓦時(shí)4元下降到2010年的每千瓦時(shí)1元左右②國(guó)家能源局，太陽(yáng)能發(fā)電十二五規(guī)劃，2011.。

光伏組件及光伏系統(tǒng)平衡部件(Balance of System，BOS)構(gòu)成了太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)。光伏系統(tǒng)平衡部件一般由結(jié)構(gòu)組件(例如:電纜和支架等)，電路系統(tǒng)(例如:逆變器、接線)以及離網(wǎng)型發(fā)電的蓄電池組成。光伏發(fā)電系統(tǒng)成本與系統(tǒng)發(fā)電終端相關(guān)。對(duì)地面光伏電站而言，并網(wǎng)發(fā)電的光伏系統(tǒng)平衡部件成本和安裝費(fèi)用一般占光伏發(fā)電系統(tǒng)成本的40%;對(duì)戶用和小規(guī)模的光伏發(fā)電系統(tǒng)，系統(tǒng)平衡部件成本和安裝費(fèi)用占光伏發(fā)電系統(tǒng)總成本的55%-60%，其中，逆變器成本占10%;對(duì)于光伏離網(wǎng)型發(fā)電系統(tǒng)而言，則要高達(dá)70%。

事實(shí)上，在光伏發(fā)電生命周期內(nèi)測(cè)算光伏發(fā)電度電成本時(shí)，除了通過產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)形式直接進(jìn)入成本核算體系的因素外，還包括土地使用成本、光伏發(fā)電項(xiàng)目的融資成本等額外成本。

(二)額外成本(Additional Cost)

土地購(gòu)置成本:光伏發(fā)電度電成本的核算還要考慮發(fā)電系統(tǒng)生命周期中土地占用成本(僅適用兆瓦級(jí)光伏電站)。一般來(lái)說，裝機(jī)規(guī)模10MW電站需占用土地規(guī)模為500畝，土地使用費(fèi)依據(jù)《全國(guó)工業(yè)用地出讓最低價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》也是一筆不小的前期投入;融資成本:光伏發(fā)電前期投入成本較高，特別是光伏電站，因此，融資成本占有較高的比重;主要設(shè)備更新成本:設(shè)備更新發(fā)生成本是主要是光伏系統(tǒng)使用年限內(nèi)對(duì)逆變器等設(shè)備的更新，目前光伏發(fā)電系統(tǒng)中逆變器使用年限在10年左右［20-21］，小于光伏組件25年的使用年限①預(yù)計(jì)到2020年電池組件的使用年限將達(dá)到35年，而這將進(jìn)一步助推光伏發(fā)電成本的下降。;運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用(不包括更新逆變器成本):系統(tǒng)運(yùn)行年限內(nèi)的運(yùn)行及維護(hù)費(fèi)用一般占到規(guī)?；⒕W(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的0.12%，對(duì)于離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)，運(yùn)行及維護(hù)費(fèi)用占總投資成本達(dá)5%-6%;稅收成本，例如增值稅、所得稅、附加稅等。

圖4 光伏發(fā)電成本構(gòu)成示意圖

五、太陽(yáng)能光伏發(fā)電度電成本的核算

(一)關(guān)鍵參數(shù)的確定

太陽(yáng)能光伏發(fā)電年利用小時(shí)數(shù)的確定:目前大多數(shù)廠家實(shí)際給出的光伏組件每年的衰減小于0.5%，而實(shí)際的數(shù)據(jù)更小。為簡(jiǎn)單起見，我們可以假定光伏電站安裝運(yùn)行后，每年的年滿負(fù)荷等效發(fā)電時(shí)間是個(gè)常數(shù)?？紤]到LCOE方法對(duì)假設(shè)條件的敏感性，對(duì)未來(lái)度電成本的預(yù)測(cè)就更加依賴假設(shè)的條件。因此，假設(shè)要依據(jù)政策條件而設(shè)定，會(huì)增加預(yù)測(cè)的可靠性［22］。我們依據(jù)《可再生能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃》、《太陽(yáng)能發(fā)電發(fā)展“十二五”規(guī)劃》確定光伏發(fā)電年利用小時(shí)數(shù):到2015年，太陽(yáng)能光伏發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到2100萬(wàn)千瓦，年發(fā)電量250億千瓦時(shí)，到2020年，太陽(yáng)能發(fā)電總裝機(jī)容量達(dá)到5000萬(wàn)千瓦。我們可以計(jì)算出未來(lái)光伏發(fā)電年平均有效利用小時(shí)數(shù)在1190小時(shí)?？紤]我國(guó)太陽(yáng)光資源分布的不均勻性(例如，目前湖南省長(zhǎng)沙市光照有效利用小時(shí)數(shù)可達(dá)1750小時(shí)，西藏地區(qū)光照有效利用小時(shí)數(shù)甚至可達(dá)2000小時(shí)以上)，我們對(duì)太陽(yáng)能年利用小時(shí)數(shù)設(shè)置在1100-1900小時(shí)。

光伏發(fā)電系統(tǒng)成本的確定:國(guó)內(nèi)外已有文獻(xiàn)顯示，光伏組件成本的學(xué)習(xí)率由于研究的時(shí)段、研究對(duì)象國(guó)的不同，學(xué)習(xí)率也是不盡相同的。但綜合來(lái)看，光伏組件成本的學(xué)習(xí)率在15%-24%［23］，而光伏發(fā)電系統(tǒng)的成本相對(duì)來(lái)說比較難以確定。我們采用EPIA(2011)測(cè)算光伏系統(tǒng)成本的經(jīng)驗(yàn)曲線模型，結(jié)合我國(guó)《太陽(yáng)能發(fā)電發(fā)展“十二五”規(guī)劃》，到2015年，太陽(yáng)能光伏發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到2100萬(wàn)千瓦，到2020年，太陽(yáng)能發(fā)電總裝機(jī)容量達(dá)到5000萬(wàn)千瓦的目標(biāo)，同時(shí)采用國(guó)際能源署(IEA，2010)對(duì)光伏系統(tǒng)成本學(xué)習(xí)率修正為18%。

圖5 2012-2020年我國(guó)光伏發(fā)電系統(tǒng)成本

我們的預(yù)測(cè)結(jié)果顯示，到2015年光伏發(fā)電系統(tǒng)成本將下降到1.3萬(wàn)元/千瓦，到2020年光伏系統(tǒng)成本進(jìn)一步下降到1.01萬(wàn)元/千瓦，光伏系統(tǒng)成本下降了48%。實(shí)現(xiàn)了《太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》的目標(biāo)，即到2015年，光伏組件成本下降到7000元/千瓦，光伏系統(tǒng)成本下降到1.3萬(wàn)元/千瓦，光伏發(fā)電具有一定經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力;到2020年，光伏組件成本下降到5000元/千瓦，光伏系統(tǒng)成本下降到1萬(wàn)元/千瓦，在主要電力市場(chǎng)實(shí)現(xiàn)有效競(jìng)爭(zhēng)的目標(biāo)。同時(shí)與歐洲光伏產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)成本到2020年將下降36-51%，國(guó)際能源署(IEA，2010)期望到2020年光伏系統(tǒng)成本在2010年基礎(chǔ)上下降50%基本吻合。

運(yùn)行及維護(hù)費(fèi)用:實(shí)際上光伏系統(tǒng)的運(yùn)行及維護(hù)費(fèi)用是很少的，一般為0.01美元-0.10美元/千瓦時(shí)［24］。IEA(2010)對(duì)世界光伏發(fā)電成本預(yù)測(cè)時(shí)假定運(yùn)行及維護(hù)費(fèi)用占光伏系統(tǒng)成本的1%，Moore et al(2008)［25］曾對(duì)2002–2007年的光伏系統(tǒng)的運(yùn)行及維護(hù)費(fèi)用進(jìn)行過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)戶用光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行及維護(hù)費(fèi)用占光伏發(fā)電系統(tǒng)總成本的1.47%，Breyer，Gerlach et al.(2010)［8］在測(cè)算光伏發(fā)電成本時(shí)使用了 1.5%的水平，Notton et al.(1998)［26］，Wiser ＆ Barbose Et al(2009)［27］等將這個(gè)比重調(diào)高到2%?？紤]中國(guó)未來(lái)我國(guó)勞動(dòng)力成本，我們對(duì)裝機(jī)規(guī)模在10Kw-50kW的光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行及維護(hù)成本我們采用2%的水平。對(duì)于光伏電站的運(yùn)行及維護(hù)費(fèi)用我們采納Moore et al(2008)［25］對(duì)1998-2003年、2001-2006年光伏發(fā)電規(guī)模化應(yīng)用的運(yùn)行及維護(hù)費(fèi)用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，其成本分別占光伏發(fā)電系統(tǒng)總成本的0.35%、0.12%，考慮我國(guó)勞動(dòng)力成本優(yōu)勢(shì)，我們選擇0.12%這個(gè)水平。

內(nèi)部收益率:Brankera et al.(2011)［16］等對(duì)光伏發(fā)電項(xiàng)目采用平準(zhǔn)化發(fā)電成本測(cè)算的現(xiàn)有研究文獻(xiàn)進(jìn)行了綜述，整理結(jié)果顯示，已有研究基礎(chǔ)對(duì)光伏發(fā)電項(xiàng)目采用的內(nèi)部收益率主要分布在5%-10%。結(jié)合我國(guó)實(shí)際來(lái)看，目前我國(guó)常規(guī)電站項(xiàng)目合理收益率一般在8%以上，但從長(zhǎng)期來(lái)可持續(xù)發(fā)展來(lái)看，光伏發(fā)電項(xiàng)目?jī)?nèi)部收益至少要在6%①可再生能源專委會(huì)，《中國(guó)光伏發(fā)電平價(jià)上網(wǎng)路線圖》，2011.。

財(cái)務(wù)費(fèi)用:對(duì)2012年我國(guó)光伏電站的招標(biāo)項(xiàng)目的研究顯示，目前項(xiàng)目招標(biāo)要求企業(yè)的自籌資金在30%以上，因此，本文基于企業(yè)自有資金30%，其余來(lái)自銀行借款，貸款利率采用2012年中國(guó)銀行人民幣貸款5年以上貸款年利率6.55%。企業(yè)還款方式采用按年支付利息，到期一次償還本金的方式，貸款年限20年。

折舊費(fèi):固定資產(chǎn)在使用過程中會(huì)逐漸磨損和貶值，其價(jià)值逐步轉(zhuǎn)移到產(chǎn)品中去，這種伴隨固定資產(chǎn)損耗所發(fā)生的價(jià)值轉(zhuǎn)移被稱為固定資產(chǎn)折舊。本文應(yīng)用直線折舊方式來(lái)計(jì)算光伏固定資產(chǎn)折舊費(fèi)。年折舊費(fèi)=(固定資產(chǎn)原值-固定資產(chǎn)殘值)/折舊年限

(二)光伏發(fā)電度電成本

我們采用光伏發(fā)電成本數(shù)理模型，在表1假設(shè)條件下，對(duì)裝機(jī)規(guī)模在10kW-50kW的光伏發(fā)電系統(tǒng)和裝機(jī)規(guī)模大于1MW以上的光伏發(fā)電系統(tǒng)的度電成本進(jìn)行了測(cè)算。

1.裝機(jī)規(guī)模10kW-50kW的光伏發(fā)電系統(tǒng)電價(jià)

表2 裝機(jī)規(guī)模10kW-50kW的光伏發(fā)電系統(tǒng)電價(jià)測(cè)算的財(cái)務(wù)條件

裝機(jī)規(guī)模10kW-50kW的光伏發(fā)電系統(tǒng)，在不同有效日照小時(shí)條件下，發(fā)電成本存在顯著差異。目前來(lái)看我國(guó)光伏發(fā)電系統(tǒng)有效日照利用小時(shí)數(shù)在1200左右，在沒有增值稅優(yōu)惠條件下的發(fā)電成本分別為1.78元/千瓦時(shí)。如果光伏發(fā)電執(zhí)行風(fēng)力發(fā)電的50%增值稅優(yōu)惠，在相同條件下，目前光伏發(fā)電成本在1.5元/千瓦時(shí)左右?！短?yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》提出，到2015年光伏發(fā)電度電成本0.8元/千瓦時(shí)，到2020年實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電度電成本0.6元/千瓦時(shí)。結(jié)合我們的預(yù)測(cè)來(lái)看，到2015年，光照有效利用小時(shí)數(shù)在1500小時(shí)以上的地區(qū)(增值稅8.5%)，裝機(jī)規(guī)模10kW-50kW的光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電度電成本將在0.8元/千瓦時(shí)以下。到2020年，光伏利用小時(shí)數(shù)在1600小時(shí)的地區(qū)，將實(shí)現(xiàn)0.6元/千瓦時(shí)的度電成本。2019年，光伏發(fā)電度電成本全國(guó)實(shí)現(xiàn)“1元1度電”;當(dāng)增值稅在17%的條件下，光伏發(fā)電度電成本將在2016年，光照有效利用小時(shí)數(shù)1700小時(shí)以上的地區(qū)，將實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電度電成本0.8元/千瓦時(shí)，2020年，光照有效利用小時(shí)數(shù)在1700小時(shí)以上地區(qū)，將實(shí)現(xiàn)0.6元/千瓦時(shí)的成本。2017年，裝機(jī)規(guī)模10kW-50kW的光伏 發(fā)電系統(tǒng)全國(guó)實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電成本“1元1度電”。

表3 裝機(jī)規(guī)模10kW-50kW的光伏發(fā)電成本測(cè)算 增值稅8.5%

表4 裝機(jī)規(guī)模10kW-50kW的光伏發(fā)電成本測(cè)算 增值稅:17%

表5 裝機(jī)規(guī)模1MW以上的光伏系統(tǒng)上網(wǎng)電價(jià)測(cè)算的財(cái)務(wù)條件

預(yù)算結(jié)果整體顯示，無(wú)論增值稅是否減免，預(yù)計(jì)到2020年，裝機(jī)規(guī)模10kW-50kW 的光伏發(fā)電系統(tǒng)度電成本將在目前基礎(chǔ)上下降50%，與歐洲光伏發(fā)電成本下降趨勢(shì)吻合①根據(jù)EPIA(2011)的預(yù)測(cè)，歐洲光伏發(fā)電度電成本到2020年將在目前基礎(chǔ)上下降50%。。

2.裝機(jī)規(guī)模1MW以上的光伏系統(tǒng)上網(wǎng)電價(jià)

考慮裝機(jī)規(guī)模1MW以上的光伏系統(tǒng)，一般建在有效日照小時(shí)數(shù)1400小時(shí)以上的地區(qū)，增值稅17%，內(nèi)部收益率6%的條件下，2012年發(fā)電成本在1.4元/千瓦時(shí)以下。我們的測(cè)算結(jié)果較好地與現(xiàn)實(shí)相吻合②人民日?qǐng)?bào)，2012年10月23日揭示我國(guó)光伏發(fā)電價(jià)格約為1.3元/千瓦時(shí)。。到2015年，全國(guó)基本實(shí)現(xiàn)“1元度電”。如果光伏電站實(shí)行50%的增值稅優(yōu)惠，到2012年在光照有效利用小時(shí)數(shù)1600小時(shí)以上的地區(qū)，實(shí)現(xiàn)“1元1度電”。2015年，全面實(shí)現(xiàn)“1元1度電”。同時(shí)測(cè)算結(jié)果顯示，預(yù)計(jì)到2020年，裝機(jī)規(guī)模在1MW以上的光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電度電成本將在目前基礎(chǔ)上下降50%，這也與歐盟光伏產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)的預(yù)測(cè)基本一致①EPIA，Solar Photovoltaics Competing in the Energy Sector– On the road to competitiveness，2011年第 9頁(yè).http://www.epia.org/news/publications/。

整體來(lái)看，在其他相同條件下，裝機(jī)容量1MW以上的光伏發(fā)電系統(tǒng)度電成本要顯著低于裝機(jī)規(guī)模在10kW-500kW的光伏發(fā)電系統(tǒng)度電成本，規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)比較明顯，這也比較符合現(xiàn)有研究整體趨勢(shì)。

表6 裝機(jī)規(guī)模1MW以上的光伏發(fā)電系統(tǒng)上網(wǎng)電價(jià)測(cè)算結(jié)果 增值稅8.5%

表7 裝機(jī)規(guī)模1MW以上的光伏發(fā)電系統(tǒng)上網(wǎng)電價(jià)測(cè)算結(jié)果 增值稅:17%

六、光伏發(fā)電平價(jià)上網(wǎng)(Grid Parity)路線圖

目前光伏發(fā)電成本顯著高于傳統(tǒng)能源發(fā)電度電成本，但伴隨傳統(tǒng)能源發(fā)電價(jià)格不斷上漲，光伏發(fā)電成本的下降過程，在未來(lái)某一時(shí)點(diǎn)也可稱為臨界點(diǎn)，兩者發(fā)電成本必然存在價(jià)格交點(diǎn)，這個(gè)時(shí)點(diǎn)就是光伏發(fā)電平價(jià)上網(wǎng)時(shí)點(diǎn)［28-31］。對(duì)于光伏發(fā)電平價(jià)上網(wǎng)問題，歐盟對(duì)2011-2020年間批發(fā)電價(jià)的年均增長(zhǎng)率預(yù)期在5.7-6.7%。結(jié)合我國(guó)電價(jià)歷史演變，我們將上網(wǎng)電價(jià)設(shè)置在年均增長(zhǎng)6%的水平②參照王斯成，李俊峰等《中國(guó)光伏平價(jià)上網(wǎng)路線圖》。同時(shí)，中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)2012年發(fā)布的《電力工業(yè)“十二五”規(guī)劃滾動(dòng)研究報(bào)告》稱，目前中國(guó)電價(jià)水平偏低，其合理電價(jià)是2015年平均銷售電價(jià)應(yīng)在0.729元/千瓦時(shí)，年均增長(zhǎng)5%。。2012年，我國(guó)各地區(qū)燃煤發(fā)電機(jī)組脫硫標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)分布在0.25-0.52元/千瓦時(shí)區(qū)間，全國(guó)平均水平為0.4元/千瓦時(shí)，按照年均6%的電價(jià)增長(zhǎng)率，則到2015年煤電標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)將達(dá)到0.48元/千瓦時(shí)，2020年將達(dá)到0.65元/千瓦時(shí)。同時(shí)我們的測(cè)算發(fā)現(xiàn):到2018年在光照有效利用小時(shí)數(shù)1700小時(shí)以上(增值稅50%優(yōu)惠)，10kW-50kW光伏發(fā)電系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)0.60元/千瓦時(shí)的發(fā)電側(cè)平價(jià)上網(wǎng)。到2020年在光照有效利用小時(shí)數(shù)1400小時(shí)以上的地區(qū)(增值稅50%優(yōu)惠)，光伏發(fā)電系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)0.68元/千瓦時(shí)的發(fā)電側(cè)平價(jià)上網(wǎng)。

圖6 裝機(jī)容量10kW-50kW光伏發(fā)電系統(tǒng)平價(jià)上網(wǎng)路線圖

圖7 裝機(jī)容量1MW以上光伏發(fā)電系統(tǒng)平價(jià)上網(wǎng)路線圖

對(duì)于兆瓦級(jí)光伏發(fā)電系統(tǒng)，到2017年在光照有效利用小時(shí)數(shù)1700小時(shí)以上的地區(qū)，光伏發(fā)電系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)0.57元/千瓦時(shí)的發(fā)電側(cè)平價(jià)上網(wǎng)。到2020年在光照有效利用小時(shí)數(shù)1200小時(shí)以上的地區(qū)，光伏發(fā)電系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)0.68元/千瓦時(shí)的發(fā)電側(cè)平價(jià)上網(wǎng)。這意味著2020年我國(guó)絕大部分地區(qū)裝機(jī)規(guī)模兆瓦級(jí)的光伏發(fā)電系統(tǒng)，都將實(shí)現(xiàn)發(fā)電側(cè)平價(jià)上網(wǎng)。

研究結(jié)果顯示，不同裝機(jī)規(guī)模不同光照資源的光伏發(fā)電成本是不盡相同的，但實(shí)證結(jié)果同時(shí)向我們呈現(xiàn):光伏平價(jià)上網(wǎng)必然是從光照資源條件好，光伏系統(tǒng)裝機(jī)容量大的地區(qū)開始，逐漸擴(kuò)展到資源小件有限，裝機(jī)規(guī)模不大的地區(qū)。

七、結(jié) 論

光伏發(fā)電成本必然伴隨光伏發(fā)電技術(shù)進(jìn)步、商業(yè)化的推廣，其發(fā)電成本在未來(lái)將會(huì)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。但目前光伏發(fā)電系統(tǒng)度電成本顯然高于傳統(tǒng)能源發(fā)電成本。但利用太陽(yáng)能光伏發(fā)電是未來(lái)世界發(fā)展的方向，因此，目前對(duì)光伏發(fā)電進(jìn)行財(cái)政補(bǔ)貼是扶持幼稚產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然手段，從歐美等國(guó)早期對(duì)光伏產(chǎn)業(yè)的財(cái)政投入也證明了光伏產(chǎn)業(yè)的初期發(fā)展離不開國(guó)家財(cái)稅政策的支持。本文的研究顯示，是否對(duì)光伏發(fā)電采用與風(fēng)能發(fā)電同樣的增值稅減免政策，很大程度影響光伏發(fā)電系統(tǒng)的度電成本。我們應(yīng)以歐美等國(guó)對(duì)我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)的“雙反”為契機(jī)，大力推進(jìn)我國(guó)光伏發(fā)電并網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，采取行之有效的財(cái)稅政策，推進(jìn)我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

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