并網(wǎng)光伏發(fā)電的低碳綜合效益評(píng)估

劉亮　呂穎　馬小賀

摘要：隨著資源和能源危機(jī)的發(fā)展，世界上很多國(guó)家都紛紛關(guān)注綠色能源，而太陽(yáng)能發(fā)電是一種重要的清潔能源。在低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展趨勢(shì)下，光伏發(fā)電的發(fā)展和大力推廣有著重要的意義，為此文章對(duì)并網(wǎng)光伏發(fā)電的低碳綜合效益進(jìn)行了研究，分析了低碳綜合效益評(píng)估的方法和模型，對(duì)電力行業(yè)中并網(wǎng)光伏發(fā)電的發(fā)展有著重要的價(jià)值。

關(guān)鍵詞：并網(wǎng)光伏發(fā)電；低碳綜合效益；碳減排；太陽(yáng)能發(fā)電；綠色能源 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：X37 文章編號(hào)：1009-2374（2016）14-0085-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.14.043

并網(wǎng)光伏發(fā)電和分布式光伏發(fā)電有很大不同，其能夠和常規(guī)電網(wǎng)連接，從而共同承擔(dān)供電任務(wù)。隨著光伏系統(tǒng)的發(fā)展以及材料研究的進(jìn)步，現(xiàn)階段的并網(wǎng)光伏發(fā)電的電壓等級(jí)越來(lái)越高，其對(duì)于節(jié)能減排的效益也越來(lái)越大。我國(guó)是光伏產(chǎn)業(yè)大國(guó)，但是主要依賴外銷，隨著國(guó)家對(duì)清潔能源的重視，我國(guó)越來(lái)越重視光伏產(chǎn)品的本土消耗。因此在并網(wǎng)光伏發(fā)電的大背景下，分析其低碳綜合效益也有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 并網(wǎng)光伏發(fā)電低碳綜合效益概述

低碳綜合效益評(píng)估是一項(xiàng)綜合性很強(qiáng)的工作，從降低排放的角度來(lái)分析，并網(wǎng)光伏發(fā)電不完全是減少碳排放，例如并網(wǎng)光伏發(fā)電原材料的生產(chǎn)、集輸、安裝調(diào)試等過(guò)程中消耗的能量并不會(huì)降低碳排放，因此需要綜合考慮。為此我們將其影響劃分為低碳正效應(yīng)、負(fù)效應(yīng)和綜合效益，顯然低碳效應(yīng)代表碳減排，由消極因素導(dǎo)致的碳排放增加則為負(fù)效應(yīng)，兩者之和稱之為并網(wǎng)光伏發(fā)電的綜合低碳效應(yīng)。以上是評(píng)估的基本思路，并分別按照低碳正負(fù)效應(yīng)兩個(gè)角度分析其影響因素，最終獲得并網(wǎng)光伏發(fā)電的低碳綜合效益評(píng)估

結(jié)果。

2 并網(wǎng)光伏發(fā)電低碳綜合效益模型構(gòu)建

我們認(rèn)為影響并網(wǎng)光伏發(fā)電低碳綜合效益的因素主要有光伏發(fā)電成本、光伏發(fā)電收益、系統(tǒng)網(wǎng)損改善效益以及系統(tǒng)備用容量四個(gè)方面。發(fā)電效益節(jié)省了大量的化石能源的消耗，從而直接減少了碳排放，同時(shí)通過(guò)并網(wǎng)后售出還能取得經(jīng)濟(jì)效益；發(fā)電的能源是太陽(yáng)能，能極大地減少發(fā)電成本，但是光伏產(chǎn)業(yè)的材料生產(chǎn)也會(huì)損耗大量的電能，增加碳排放；系統(tǒng)網(wǎng)損主要考慮并網(wǎng)和輸電過(guò)程中的損耗以及對(duì)節(jié)能減排的影響；并網(wǎng)光伏發(fā)電會(huì)受到氣候和天氣的影響，所以需要系統(tǒng)有備用能量，補(bǔ)償光伏發(fā)電的電能缺口，為此構(gòu)建了低碳綜合效益的模型。

2.1 光伏發(fā)電的收益

假設(shè)運(yùn)行的第t年，并網(wǎng)光伏發(fā)電的發(fā)電量為Gt，則Gt為：

2.2 光伏發(fā)電的成本

光伏發(fā)電的成本投入（C2）主要表現(xiàn)在后期運(yùn)行維護(hù)成本（Cm）和初始一次性投資成本（C0）兩個(gè)方面，是兩者之和。而初始階段的一次性投入主要包含了原材料的成本、光伏制造成本和光伏設(shè)備運(yùn)輸成本，這其中低碳成本計(jì)算可以分兩類計(jì)算。而原材料和光伏制造的電能消耗都可以估算，假設(shè)制造1個(gè)單位功率的光伏系統(tǒng)電能消耗為k，那么原材料和光制造造成的碳排放可以用kP0mc來(lái)表示。

而運(yùn)輸成本的計(jì)算為：計(jì)算光伏電站和光伏制造地之前的距離s，并估算其光伏系統(tǒng)的總重量W，運(yùn)輸過(guò)程的排放強(qiáng)度為g，則由于運(yùn)輸導(dǎo)致的碳排放可用Wgs表示，所以初始成本的表示為：

由于光伏發(fā)電在后期運(yùn)行中有一定的維護(hù)費(fèi)用，光伏板等材料的更換和維修也間接增加了碳排放，其計(jì)算方式類似于（4）式，結(jié)果為：

β表示光伏發(fā)電在實(shí)際投產(chǎn)后維修費(fèi)用和初始投資之間的比例關(guān)系。

2.3 系統(tǒng)網(wǎng)損效益

系統(tǒng)網(wǎng)損改善可以采用對(duì)比法來(lái)進(jìn)行，可以假設(shè)沒(méi)有光伏發(fā)電系統(tǒng)網(wǎng)損為W1，有光伏并入后的網(wǎng)損設(shè)置為W2，通過(guò)W1和W2的差值可以得出系統(tǒng)網(wǎng)損的改善量，并將這個(gè)差值用△W表示，即在某一個(gè)時(shí)段t內(nèi)的網(wǎng)損改善，那么這個(gè)網(wǎng)損改善所帶來(lái)的低碳效應(yīng)C3為：

顯然，當(dāng)△W>0時(shí)，表示這個(gè)時(shí)候網(wǎng)損改善表現(xiàn)出降低碳排放，反之則為增加碳排放。

2.4 系統(tǒng)備用容量成本

容量成本的評(píng)估可采用確定性評(píng)估的方法，假設(shè)這個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)能夠?yàn)楣夥l(fā)電所提供的備用容量系數(shù)為

，而P（t）表示在t時(shí)刻光伏發(fā)電所能夠提供的光伏有功出力，則在這個(gè)特定時(shí)刻備用容量為P（t），而在這個(gè)特定時(shí)間系統(tǒng)所提供的備用容量帶來(lái)的低碳效應(yīng)自然是負(fù)的，其代表了系統(tǒng)備用容量等效的等效碳排放，設(shè)為C4可表示為：

3 光伏發(fā)電的低碳綜合效益模型

上文分析了四個(gè)影響因素的評(píng)估，而低碳綜合效益則為四個(gè)方面的低碳正負(fù)效應(yīng)之和，即可以得到綜合的低碳綜合效益Cy結(jié)果為：

式中：表示光伏系統(tǒng)碳排放與運(yùn)行年數(shù)的比值，表示每年光伏系統(tǒng)的碳排放；n為運(yùn)行年限。

4 案例分析

4.1 案例簡(jiǎn)介

假設(shè)在某市建造10MW光伏電站，當(dāng)?shù)刎?fù)荷為250MW，總投資1億元，分5年完成，年運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用比例為2%，回收期（計(jì)算用項(xiàng)目壽命期）取20年。采用并網(wǎng)多晶硅光伏系統(tǒng)，按照最佳傾斜角安裝，每天平均峰值日照時(shí)間取4.074h，系統(tǒng)性能比取0.8。假設(shè)光伏設(shè)備總重量為863.21t，從光伏生產(chǎn)地到光伏電站距離為400km，運(yùn)輸碳排放強(qiáng)度g為0.1225kg/（t·km）。光伏上網(wǎng)電價(jià)取1元/（kW·h）。集中發(fā)電側(cè)CO2排放指數(shù)取.0.9kg/（kW·h）。

4.2 低碳效益測(cè)算

光伏發(fā)電收益測(cè)算：結(jié)合式（1）～（3）可知，等效減少碳排放為10568.21MW·h；光伏發(fā)電成本測(cè)算：結(jié)合式（4）和式（5），算例系統(tǒng)在光伏制造階段和運(yùn)輸過(guò)程中CO2排放量，則初始碳投資為19523.6t；取β=5%，則維護(hù)階段低碳總成本為961.52t；得光伏發(fā)電低碳總成本為29841.12t。通過(guò)碳交易機(jī)制將光伏發(fā)電碳成本平均分配到光伏系統(tǒng)壽命周期內(nèi)，相當(dāng)于光伏發(fā)電每年產(chǎn)生CO2排放1010.21t；網(wǎng)損改善效益測(cè)算：從春夏秋冬季節(jié)中各選取3個(gè)典型日，利用MATPOWER軟件確定每個(gè)典型日的網(wǎng)損改善情況，進(jìn)而確定每個(gè)季節(jié)和一年的網(wǎng)損改善量。結(jié)合式（6）可知，其CO2等效減排為820.14t；備用容量成本測(cè)算：取備用容量系數(shù)為θ=0.25，結(jié)合式（7），可得出等效減少碳排放為2256.1t。

4.3 案例結(jié)果分析

從CO2減排效益來(lái)看，光伏發(fā)電替代傳統(tǒng)火力發(fā)電能夠取得良好的環(huán)境效益，算例中光伏系統(tǒng)每發(fā)1kW·h相當(dāng)于直接減少碳排放554g。隨著科技的進(jìn)步，光伏發(fā)電成本將大幅下降，其經(jīng)濟(jì)效益和低碳綜合效益也將更加突出。

5 結(jié)語(yǔ)

在大力發(fā)展清潔能源的趨勢(shì)下，分析光伏發(fā)電的低碳綜合效益有著重要的價(jià)值，本文分析了光伏發(fā)電的低碳綜合效益影響因素，并對(duì)模型構(gòu)建思路進(jìn)行了分析，對(duì)其低碳綜合效益評(píng)估提供了參考。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：劉亮（1979-），男，吉林通榆人，四川招商絲路新能源有限公司副總經(jīng)理，經(jīng)濟(jì)學(xué)碩士，研究方向：風(fēng)電經(jīng)濟(jì)。

（責(zé)任編輯：王 波）