中日家用光伏發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)濟性對比分析

吳 瓊, 任洪波

(上海電力學(xué)院 能源與機械工程學(xué)院, 上海 200090)

中日家用光伏發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)濟性對比分析

吳 瓊, 任洪波

(上海電力學(xué)院 能源與機械工程學(xué)院, 上海 200090)

回顧了中日兩國家用光伏發(fā)電系統(tǒng)的現(xiàn)狀及相關(guān)政策.以單位供電成本和動態(tài)投資回收期為評價指標(biāo),選取具有類似氣候特性的中國上海市和日本北九州市的家用光伏發(fā)電系統(tǒng)為研究案例,分析其運行特性、經(jīng)濟性能及其影響因素.研究結(jié)果表明,上海家用光伏發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟性明顯優(yōu)于北九州,因此發(fā)展?jié)摿薮?為促進分布式光伏的推廣,與裝機補貼相比,提高上網(wǎng)電價則更為有效.

光伏發(fā)電; 中日比較; 經(jīng)濟性; 單位供電成本; 動態(tài)投資回收期

為應(yīng)對國際光伏市場的持續(xù)低迷,緩解國內(nèi)光伏產(chǎn)業(yè)的供需矛盾,分布式光伏發(fā)電已取代集中式光伏電站,成為我國光伏政策關(guān)注的重點.作為分布式光伏的一個重要應(yīng)用領(lǐng)域,家用光伏發(fā)電系統(tǒng)在日本、德國等世界主要光伏市場已取得巨大成功;特別是在日本,家用光伏發(fā)電是其光伏發(fā)電系統(tǒng)的最主要應(yīng)用形式,也是日本光伏政策的主要著眼點.[1-2]

家用光伏發(fā)電系統(tǒng)是一種建立在用戶側(cè)的自產(chǎn)自消型分布式能源系統(tǒng),通過太陽能電池板直接將太陽能轉(zhuǎn)化為電能,安裝便捷、節(jié)能環(huán)保.然而對于潛在用戶,系統(tǒng)經(jīng)濟性是影響其決策的決定性因素.[3-6]為此,本研究選取全球家用光伏發(fā)電市場的領(lǐng)導(dǎo)者——日本作為參考對象,從單位供電成本、動態(tài)投資回收期等多個角度對系統(tǒng)經(jīng)濟性進行中日比較分析.

1 家用光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀及政策分析

1.1 應(yīng)用現(xiàn)狀

中日光伏發(fā)電系統(tǒng)的累計裝機容量見圖1.

圖1 中日光伏發(fā)電系統(tǒng)的累計裝機容量

日本是全球最成功的光伏市場之一.截至2011年,日本光伏發(fā)電系統(tǒng)總裝機容量已達(dá)4.9 GW,占世界總?cè)萘康?%.[7]其中,住宅建筑是日本光伏發(fā)電市場的最大用戶,且市場份額呈增加趨勢;2011年日本家用光伏發(fā)電系統(tǒng)容量占總裝機容量約83%.預(yù)計到2020年,日本光伏發(fā)電系統(tǒng)總裝機容量將增至50 GW.[8]

中國是全球最大的光伏制造業(yè)聚集地和光伏產(chǎn)品出口國,目前世界60%以上的光伏產(chǎn)品都是中國制造;另一方面,中國90%的光伏產(chǎn)品用于出口,只有10%的產(chǎn)品用于滿足國內(nèi)市場需求.因此,國內(nèi)安裝率低、出口依存度高的現(xiàn)狀使得光伏電池生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的環(huán)境負(fù)荷遠(yuǎn)超其帶來的減排效果.[9]我國政府也充分認(rèn)識到這種低碳產(chǎn)業(yè)高碳化的嚴(yán)峻形勢,近年來開始高度重視光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用與推廣,出臺了很多鼓勵政策,效果顯著.2011年,全國新增太陽能發(fā)電裝機容量約2.2 GW,位居世界第3,約占全球新增容量的7%.然而相比于日本,我國光伏發(fā)電系統(tǒng)大多以集中式光伏電站為主,家用光伏發(fā)電等分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的裝機容量微乎其微.

1.2 相關(guān)政策分析

自20世紀(jì)70年代以來,日本就非常重視太陽能發(fā)電尤其是家用光伏發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用與推廣,相繼出臺多項促進政策.中日光伏政策比較如表1所示.

表1 中日光伏政策比較

日本于1994年開始實施家用光伏發(fā)電項目裝機補貼政策,經(jīng)過10年的時間,2004年其光伏發(fā)電系統(tǒng)總裝機容量居世界第一.2005年,該項政策廢除后,一些歐洲國家(如德國、西班牙)由于采取固定上網(wǎng)電價補貼(FIT)等措施,在世界光伏市場上超越日本.2009年,日本政府重新啟動裝機補貼政策,并出臺了更多鼓勵措施,如高達(dá)48日元/kWh的上網(wǎng)電價,以期重新回到世界光伏市場的領(lǐng)導(dǎo)者位置.與日本相比,我國光伏發(fā)電的應(yīng)用與推廣晚了將近20年.過去,我國過度沉迷于以出口為導(dǎo)向的光伏組件生產(chǎn)產(chǎn)業(yè),而忽略了光伏消費市場的開拓.此外,早期我國光伏應(yīng)用仍沿用傳統(tǒng)集中式電站的發(fā)展思路,主推大型光伏電站項目,這與以分布式光伏為主導(dǎo)的世界光伏市場背道而馳.2011年,美國商務(wù)部決定對中國的光伏產(chǎn)品正式發(fā)起“雙反”立案;2013年,歐盟對進口自中國的太陽能電池板征收懲罰性關(guān)稅.面對國外市場的打壓和畸形的國內(nèi)外市場份額,國內(nèi)光伏企業(yè)意識到亟須擴大國內(nèi)市場,以保證企業(yè)的生存和發(fā)展.為此,2012年起,我國提出在全國范圍內(nèi)推廣與應(yīng)用分布式光伏發(fā)電,國家電網(wǎng)和國家能源局也出臺了一系列關(guān)于并網(wǎng)服務(wù)和價格補貼的相關(guān)政策,以期充分發(fā)掘太陽能資源的巨大潛力.

2 經(jīng)濟性評價指標(biāo)

為比較中日家用分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟性,選用單位供電成本和動態(tài)投資回收期兩個指標(biāo)來衡量系統(tǒng)的經(jīng)濟性能.[10]

2.1 單位供電成本

單位供電成本即單位發(fā)電量所需總成本.它與需求側(cè)無關(guān),由供給側(cè)系統(tǒng)初投資、運行維護費用等決定,計算公式為:

(1)

式中:C——單位供電成本;Cinv——年均投資費用;Co&m——年運行維護費用;Esum——年度總發(fā)電量.

2.2 動態(tài)投資回收期

動態(tài)投資回收期是指在考慮貨幣時間價值的條件下,以系統(tǒng)凈現(xiàn)金流量的現(xiàn)值抵償初期投資現(xiàn)值所需要的全部時間,[11]其計算公式為.

(2)

式中:Cini——系統(tǒng)總投資;A——系統(tǒng)凈現(xiàn)金流量;i——利率.

3 經(jīng)濟性能比較與分析

本文將通過具體實例,對中日兩國家用分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟性進行比較分析.考慮到氣候條件對光伏發(fā)電系統(tǒng)的出力特性以及需求側(cè)電力負(fù)荷的影響,選取緯度相近、具有類似氣候條件的中國上海市和日本北九州作為中日兩國的代表城市.具體而言,本文在兩個城市分別選定具有相同面積(150 m2)的住宅建筑為研究對象,綜合考慮當(dāng)?shù)貧庀髼l件、能源價格等的差異性,探討分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟性.

3.1 電力負(fù)荷

本文假定所研究住宅建筑的電力、空調(diào)、供暖和熱水等終端能源需求均通過電力來滿足.圖2為上海和北九州冬夏兩季典型日的逐時電力負(fù)荷.由于住宅建筑的用能特點,兩地住宅電力負(fù)荷曲線呈現(xiàn)類似的峰谷起伏趨勢.但是很明顯,由于用電設(shè)備普及度和生活水平的差異,北九州的電力需求明顯高于上海.同時,冬季電力負(fù)荷要明顯高于夏季.

3.2 電價情況

本研究根據(jù)對當(dāng)?shù)仉娏镜恼{(diào)查,總結(jié)出兩地家庭用電價格體系,北九州的住宅分時電價結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,分為3個等級、4個時間段;白天高峰時段(10∶00～17∶00)電價為低谷期的3倍以上,且夏季電價較其他季節(jié)更高.[12].相比而言,上海市居民用電價格絕對值較低,峰谷差別較小,且未實行季節(jié)性差別電價.[13]

對于上網(wǎng)電價,雖然兩地均遵循“自用為主、多余上網(wǎng)”的政策,但上網(wǎng)電價制度仍存在較大的差別.在上海市,包括發(fā)電自用部分的光伏系統(tǒng)的全部發(fā)電量均可獲得補貼,本研究取0.45 元/kWh;此外,剩余電力的上網(wǎng)電價為當(dāng)?shù)孛摿螂妰r(上海為0.48 元/kWh)的基礎(chǔ)上加上補貼電價,為0.93 元/kWh.然而在北九州,根據(jù)對當(dāng)?shù)仉娏揪胖蓦娏Φ恼{(diào)查,其發(fā)電自用部分不能獲得補貼,但上網(wǎng)電價較高,為2.33 元/kWh.

圖2 上海和北九州冬夏兩季典型日逐時電力負(fù)荷

3.3 其他參數(shù)

光伏系統(tǒng)的發(fā)電量主要取決于太陽輻射.本研究所采用的上海和北九州的逐時輻射數(shù)據(jù)均取自實測值.此外,評價系統(tǒng)經(jīng)濟性所需的其他技術(shù)和經(jīng)濟參數(shù)如表2所示.[14-16]

表2 兩地光伏系統(tǒng)的技術(shù)和經(jīng)濟參數(shù)

3.4 結(jié)果與討論

3.4.1 經(jīng)濟性對比分析

本文采用單位供電成本、動態(tài)投資回收期來評價家用光伏發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟性,結(jié)果如表3所示.

總體而言,上海市家用光伏發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟性明顯高于北九州市.北九州家用光伏發(fā)電系統(tǒng)的單位供電成本高達(dá)上海的近3倍.這主要歸因于其高昂的系統(tǒng)初期投資價格(參見表2).日本高昂的勞動力成本以及以國產(chǎn)為主的光伏市場導(dǎo)致其光伏組件價格一直居高不下;而在中國,由于政府對光伏產(chǎn)業(yè)的傾向性支持以及廉價的勞動力,國內(nèi)光伏產(chǎn)品價格低廉,這也是其受到歐美打壓的主要原因.然而就動態(tài)投資回收期而言,兩地區(qū)差別大為縮小,只相差約2.2年.這是因為根據(jù)前述動態(tài)投資回收期的計算公式,其不僅考慮了包括供給側(cè)和需求側(cè)在內(nèi)的整個供能系統(tǒng)全部經(jīng)濟信息,而且還融合考慮了光伏發(fā)電系統(tǒng)與常規(guī)供能系統(tǒng)的相對經(jīng)濟價值.因此,北九州較高的當(dāng)?shù)仉妰r使得光伏發(fā)電系統(tǒng)的相對經(jīng)濟價值提高,從而獲得相對理想的動態(tài)投資回收期.

表3 經(jīng)濟性評價結(jié)果

此外,由于上海采用了每度電補貼政策,因此其自發(fā)自用部分的實際收益為本地電價與補貼價格之和,即1.127 元/kWh,而供電成本僅為0.44 元/kWh,其發(fā)電自用部分的凈收益為0.687 元/kWh;同樣,其余電上網(wǎng)部分的凈收益為0.49 元/kWh.對于北九州而言,由于沒有每度電補貼政策,因此其發(fā)電自用部分在8∶00～10∶00間的凈收益僅為0.1 元/kWh,在10∶00～17∶00間為0.89 元/kWh(夏季);由于其上網(wǎng)電價較高,所以余電上網(wǎng)部分的凈收益為1.07 元/kWh.

綜合考慮上述系統(tǒng)運行特性,為進一步促進家用光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用與推廣,兩地的政策著重點均應(yīng)有所調(diào)整.對上海而言,應(yīng)進一步提高上網(wǎng)電價,而自發(fā)自用部分的每度電補貼可以適當(dāng)減弱;相反,如果每度電補貼政策在北九州得到應(yīng)用,其經(jīng)濟性能將會大幅改善.此外,裝機補貼是降低北九州家用光伏發(fā)電系統(tǒng)單位供電成本的重要一環(huán),目前其補貼力度相對較弱.同時,需要指出的是,雖然北九州家用光伏發(fā)電系統(tǒng)的整體經(jīng)濟性比上海差,然而其光伏發(fā)電系統(tǒng)的普及程度要明顯高于上海.究其原因,市民的環(huán)保意識、政府和民間機構(gòu)的宣傳推廣至關(guān)重要.在日本,光伏電池已成為一種大眾電器出現(xiàn)在各大電器商場,同時媒體的大批量公益廣告也使得市民對光伏發(fā)電都有基本認(rèn)識.相對而言,在中國,光伏發(fā)電離普通市民的距離還較遠(yuǎn),總被冠以高科技產(chǎn)品的名頭,使得分布式光伏市場總是處于高處不勝寒的尷尬地位.因此,借鑒日本經(jīng)驗,促進光伏產(chǎn)品的平民化至關(guān)重要.

3.4.2 敏感性分析

動態(tài)投資回收期的敏感性分析結(jié)果如圖3所示.

圖3 動態(tài)投資回收期的敏感性分析結(jié)果

(1) 初期投資的敏感性 由圖3可知,動態(tài)回收期隨初期投資的降低而縮短,在北九州,其敏感度要稍高于上海,初期投資每降低10%,回收期會減少1.5年以上;在上海,初期投資減為現(xiàn)價的一半,其動態(tài)回收期將從12.4年減少到5.1年.對于北九州而言,雖然其初期投資減為現(xiàn)價的一半仍然高于上海目前光伏發(fā)電系統(tǒng)的價格,其回收年限將減少為7.4年.因此,通過擴大光伏組件進口從而降低系統(tǒng)單價是提高日本家用光伏發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)濟性的一個有效手段.但必須指出的是,裝機補貼只是短期行為,并不能成為長期政策,這也是雖然日本光伏組件價格較高,但并沒有采取較強力的裝機補貼政策的原因.

(2) 上網(wǎng)電價的敏感性 由圖3可知,即使上網(wǎng)電價提高到現(xiàn)價的1.5倍,上海家用光伏發(fā)電系統(tǒng)的投資回收期僅減少3.8年,而北九州僅減少2.2年.北九州家用光伏發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟性對上網(wǎng)電價敏感度較低的主要原因是其所發(fā)電量主要為自家使用,上網(wǎng)部分所占份額較少.要想使得上網(wǎng)電價發(fā)揮更大作用,有必要促進光伏發(fā)電的全量收購,從而使得用戶獲利更多.

(3) 實際電價的敏感性 由圖3可以看出,實際電價的增加對北九州家用光伏發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)濟性的影響明顯高于上海;當(dāng)?shù)仉妰r提高50%時,北九州的回收年限減少4.3年,而上海僅減少2.0年.同時,隨著實際電價的提高,其對光伏發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)濟性的影響逐漸減弱.因此,并不能期待通過電價的升降來實現(xiàn)對家用光伏發(fā)電系統(tǒng)投資態(tài)度的巨大轉(zhuǎn)變.

4 結(jié) 論

(1) 基于中日兩國“自用為主、余電上網(wǎng)”的分布式光伏應(yīng)用原則,由于上海和北九州兩地負(fù)荷特性的差異,上海家用光伏發(fā)電量以上網(wǎng)占多,而北九州則主要用以自用.這也揭示了兩地在促進分布式光伏應(yīng)用與推廣方面所應(yīng)采取政策措施的差異性.

(2) 上海家用光伏發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟性明顯優(yōu)于北九州,這主要歸因于我國低廉的光伏組件價格.為此,對比日本家用分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)大規(guī)模普及的現(xiàn)狀,我國現(xiàn)有補貼政策完全可以支撐今后分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用與推廣.

(3) 雖然通過裝機補貼可以明顯提高家用光伏發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟性,但作為一種不可持續(xù)性政策,日本已逐漸廢除,因此也不適用于我國分布式光伏的發(fā)展.

[1] 劉青榮,顧群音,阮應(yīng)君,等.日本太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的政策和實例[J].華東電力,2009,37(2): 280-283.

[2] 楊超,榑沼弘貴.日本住宅用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)介紹[J].智能建筑電氣技術(shù),2011,5(2): 56-57.

[3] 孫艷偉,王潤,肖黎姍,等.中國并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟性與環(huán)境效益[J].中國人口·資源與環(huán)境,2011,21(4): 88-94.

[4] 車孝軒,崔容強.新的地域并網(wǎng)式太陽能發(fā)電系統(tǒng)的電力經(jīng)濟分析與設(shè)計[J].太陽能學(xué)報,2005,26(2): 207-214.

[5] 沈維祥,楊志剛,宋維軍.光伏系統(tǒng)經(jīng)濟性評價體系及其方法研究[J].太陽能學(xué)報,1996,17(1): 69-74.

[6] 朱群志,司磊磊,蔣挺燕.不同安裝方式建筑光伏系統(tǒng)的經(jīng)濟性及環(huán)境效益[J].太陽能學(xué)報,2012,33(1): 24-29.

[7] 資源エネルギー庁.エネルギー白書2012[R].東京:経済産業(yè)省,2012.

[8] New Energy Technology Development Department(NEDO).Overview of “PV roadmap toward 2030”[R].Tokyo:NEDO,2004.

[9] REN H,ZHOU W,NAKAGAMI K.Feasibility study on introducing building integrated photovoltaic system in China and analysis of the promotion policies [C].Kyoto:The 1st International Symposium Kyoto University Global COE Program Energy Science in the Age of Global Warming -Toward CO2 Zero-emission Energy System,2009.

[10] 吳瓊,任洪波,高偉俊,等.基于動態(tài)負(fù)荷特性的家用光伏發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)濟性評價[J].可再生能源,2014,32(2): 133-138.

[11] 季中文.動態(tài)投資回收期計算方法探討[J].生物技術(shù)世界,2012(6): 136-137.

[12] 九州電力.料金単価表[EB/OL].[2013-07-30].http://www.kyuden.co.jp/rate_mein-menu_4_6.html#2.

[13] 上海市經(jīng)濟和信息化委員會.上海地區(qū)電價表[EB/OL].[2013-07-30].http://www.sheitc.gov.cn/dfjf/637315.htm.

[14] 京セラ株式會社.屋根置型太陽電池モジュール[EB/OL].[2013-07-30].http://www.kyocera.co.jp/solar/pvh/prdct/econoroots/type-r-detail.html.

[15] 深圳市金能谷光電科技有限公司.太陽能電池板參數(shù)[EB/OL].[2013-07-30].http://szjng.sm160.com/.

[16] 曹石亞,李瓊慧,黃碧斌,等.光伏發(fā)電技術(shù)經(jīng)濟分析及發(fā)展預(yù)測[J].中國電力,2012,45(8): 64-68.

(編輯 白林雪)

Economic Comparison of Residential PV Systems Between China and Japan

WU Qiong, REN Hongbo

(SchoolofEnergyandMechanicalEngineering,ShanghaiUniversityofElectricPower,Shanghai200090,China)

The current status and corresponding policies of residential photovoltaic(PV) system in China and Japan are reviewed. By taking the power generation price and dynamic payback period as the assessment index,Shanghai and Kitakyushu with similar climate conditions are selected to analyze the economic performance of the residential PV systems.According to the analysis results,the economic performance of the residential PV system in Shanghai is relatively better than that in Japan.Therefore,it is believed that there is great potential of residential PV system adoption in Shanghai.In addition,to promote the adoption of residential PV system,compared with the subsidies to initial cost,the rise of buyback price is considered to have better performance.

PV system; China-Japan comparison; economic performance; unit power generation price; dynamic payback period

10.3969/j.issn.1006-4729.2016.06.018

2013-03-23

簡介：吳瓊(1987-),女,碩士,助理工程師,江蘇泰州人.主要研究方向為新能源與分布式能源系統(tǒng)分析與評價.E-mail: wuqiongrff@163.com.

國家自然科學(xué)基金項目(71403162); 北京大學(xué)世界新能源戰(zhàn)略研究中心課題(201405).

TM615;F426.61

A

1006-4729(2016)06-0589-05