基于二層規(guī)劃模型光伏電站經(jīng)濟性評價

涂宏燁+張冀新

摘要：光伏電站運行經(jīng)濟性是制約其商業(yè)化運營的主要因素，通過建立二層規(guī)劃模型對A地光伏電站進行有效評價，以光伏電站經(jīng)濟運行為基礎(chǔ)兼顧經(jīng)濟成本，獲取綜合效益最優(yōu)化。結(jié)果表明，A地光伏電站的投入與回報從目前來看還未平衡：但從長遠來看，A地光伏電站的效益能力高于成本和負荷能力，具有良好的經(jīng)濟性和較高的投資價值，綜合考慮光伏電站在提高可靠性、降損效益等投資方面的效益，A地光伏電站的投資可以是經(jīng)濟的。

關(guān)鍵詞：光伏電站；二層規(guī)劃模型；經(jīng)濟性：可靠性

一、引言

在過去幾年里，太陽能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展一直在發(fā)達國家受到重視，而我國的太陽能行業(yè)還算是處在初級階段。我國太陽能資源非常豐富，全國太陽輻射總量能達每天335～837kJ/c㎡，由于技術(shù)原因，相比西方國家，太陽能應(yīng)用范圍較窄，利用率偏低。但是，隨著我國對太陽能產(chǎn)業(yè)的越發(fā)重視，用電需求量的增長和供電能力的欠缺將很快打破這種局面。

國家能源局于2015年12月15日向各?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）發(fā)改委、能源局等有關(guān)部門下發(fā)《太陽能利用十三五發(fā)展規(guī)劃（征求意見稿）》，規(guī)劃到2020年底，光伏發(fā)電總裝機容量達到1 5億千瓦，其中分布式光伏發(fā)電規(guī)模顯著擴大，累計裝機達到7000萬千瓦，接近光伏總裝機的一半。因此，對光伏電站經(jīng)濟性進行合理評價，建立經(jīng)濟性評價體系與模型進行客觀評析就顯得尤為重要。

二、研究綜述

我國光伏產(chǎn)業(yè)自2011年以來逐漸陷入困境，王文祥等人認為我國光伏產(chǎn)業(yè)遭遇瓶頸的主要原因并非產(chǎn)業(yè)生命周期運動，而應(yīng)歸結(jié)于產(chǎn)能的階段性過剩，即地方政府對產(chǎn)業(yè)的不當干預(yù)，導(dǎo)致了光伏產(chǎn)業(yè)投資的“潮涌現(xiàn)象”：從政策角度評析，McDonaldand Pearce則認為光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展要將環(huán)境責任和經(jīng)濟刺激政策結(jié)合起來，而不能一概而論。而光伏發(fā)電作為我國可再生能源的重點發(fā)展方向。目前，國內(nèi)學(xué)者已在這個方向進行了深刻且有益的探索，給其他學(xué)者提供了借鑒和幫助。謝東等人以用戶側(cè)為維度，建立了分布式發(fā)電經(jīng)濟性分析模型，以湖北省典型地區(qū)為范例，對其經(jīng)濟性進行分析，為用戶提供投資參考：肖浩等人以微電網(wǎng)為研究對象，將運行的凈收益最大化為目標，建立了計及光伏余電上網(wǎng)補貼收益的微電網(wǎng)綜合經(jīng)濟優(yōu)化模型。在此基礎(chǔ)上，以實際示范工程為例，對比分析了光伏余電上網(wǎng)補貼與不補貼情形下的微網(wǎng)經(jīng)濟效益：吳瓊等人則以基于用戶側(cè)和供給側(cè)進行耦合性分析，以家用光伏發(fā)電系統(tǒng)為研究對象，根據(jù)分布式光伏系統(tǒng)“自用為主、余電上網(wǎng)”的應(yīng)用原則，構(gòu)建家用分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)濟性評價模型。研究結(jié)果表明，現(xiàn)行政策下家用光伏發(fā)電系統(tǒng)的動態(tài)投資回收年限為12.4a；在中國，促進光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展最實際、最有效的政策是提高上網(wǎng)電價：劉冠群等人則在光伏發(fā)電系統(tǒng)中引入儲能技術(shù)，為平抑光伏出力的波動提供了可能，合理選擇儲能容量必須顧及光伏出力波動性要求及電站的經(jīng)濟運行。因此，在考慮調(diào)度計劃的前提下，提出了一種成本經(jīng)濟函數(shù)，該目標函數(shù)可充分保證光伏電站的經(jīng)濟性，并最大程度地滿足調(diào)度中心對于光伏出力波動性的限制，使光伏電站功率盡可能平滑、穩(wěn)定地輸出。通過對該目標函數(shù)的優(yōu)化，確定最優(yōu)儲能容量，并通過算例對不同波動性要求下的儲能容量進行了計算比較。欒偉杰等人在分析分布式光伏發(fā)電和負荷的時序特性的基礎(chǔ)上，提出了綜合考慮混沌思想和自適應(yīng)度調(diào)整的改進粒子群算法。在經(jīng)濟性評價上，曾博等人構(gòu)建了涵蓋SDN核心環(huán)境貢獻的綜合評價指標體系，統(tǒng)籌考慮了SDN自身及經(jīng)由外部耦合系統(tǒng)所產(chǎn)生的直接和間接環(huán)境效益。

從現(xiàn)有研究來看，國內(nèi)外對光伏發(fā)電的關(guān)注主要集中在行業(yè)動態(tài)、補貼政策、投資可行性等，對光伏電站發(fā)電運營經(jīng)濟性分析上較少。因此，如何合理地挖掘光伏電站的運行潛力、準確地進行光伏電站進行經(jīng)濟性方法評價是光伏規(guī)劃和運行的重要課題。本文建立了集光伏電站經(jīng)濟性評價因素和光伏電站優(yōu)化運行的綜合經(jīng)濟性評價的二層規(guī)劃模型：上層規(guī)劃為考慮經(jīng)濟、發(fā)電、網(wǎng)損和可靠性的效益最優(yōu)化為前提的經(jīng)濟性問題，下層規(guī)劃是針對光伏電站經(jīng)濟性評價指標體系，從負荷、成本和效益三個方面來綜合考慮三個指標與光伏電站經(jīng)濟性評價的關(guān)聯(lián)性。最后通過已建立的二層規(guī)劃模型，從各維度進行定量評估，給出影響光伏電站綜合效益的關(guān)鍵因素，為光伏發(fā)電運營模式及相關(guān)配套政策的制定奠定了理論基礎(chǔ)。

三、綜合效益分析二層規(guī)劃模型

（一）上層規(guī)劃模型

本文在評估光伏電站綜合效益時，以成本和效益為主要指標，對投資成本等年值進行篩選和分析，使其保持可比性，并用年華綜合效益指標來考察最終結(jié)果，其計算模型為：發(fā)電比較容易實現(xiàn)，但是光伏發(fā)電受天氣影響較大，很難達到理想情況下的效率。目前，A地已經(jīng)建成小水電站64座、抽水蓄能電站2座、光伏裝機18WM、大中型沼氣工程4處，“十三五”期間擬新建的大型新能源項目多達9個，其中包含300MW的光伏扶貧項目，已經(jīng)建成2MWp分布式光伏電站，待建3.5MWp分布式屋頂光伏電站。眾多的新能源項目建成或開工，大多數(shù)采用并網(wǎng)連接方式，由此衍生出來對電網(wǎng)的穩(wěn)定性和電能質(zhì)量的影響日益突出，急需尋找相應(yīng)的解決方案。

從A地的產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展情況來看，第一產(chǎn)業(yè)，第二產(chǎn)業(yè)，第三產(chǎn)業(yè)年均增長率分別為12.6%，10.8%，16.0%。三大產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展都離不開電力的保障，所以電力負荷也保持較快的增長水平。其中，用電以第二產(chǎn)業(yè)用電為主，由2010年的2.03億kW.h增長到2014年的2.74億kW·h。工業(yè)化同時也帶動了第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，用電量由2010年的0.25億kW·h增加到2014年的0 6億kW，h。居民生活用電也逐年上升，由2010年的0.89億kW，h增加到2014年的1 41億kW，h。從供電規(guī)模來看，供電面積640.6平方公里，供電戶數(shù)18 96萬戶，供電人口61 4萬人，供電人口占全縣92.5%，年用電量為4 3億kwh。目前已建成220千伏變電站1座，線路1條（薄路線），線路總長59.79km：110KV變電站4座，線路8條，線路總長113.386km；35KV變電站15座，線路23條，線路總長度318.578km；97條10千伏公用線路，總長度1717.57hn。在C、D兩大供電分區(qū)中形成以220千伏變電站為主體、以110千伏變電站為支撐、以35千伏電網(wǎng)為骨架的縣域電網(wǎng)。從負荷情況來看，A地在一年的七月和十二月時，最大負荷分別達到了12.7MW和12.3MW，平均負荷分別為10 93MW和11 09MW。典型日的負荷以8：00～17：00區(qū)間的負荷值較高，最高時達到了12 7MW，而在夜間時負荷會變小，最小的時候只有6MW。由此可知，A地負荷峰谷差較大，在經(jīng)濟性評價上有較大影響。

根據(jù)表1建立的光伏電站經(jīng)濟性評價指標體系，以A地的原始數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，綜合上述運算步驟，對A地的光伏電站經(jīng)濟性進行綜合評價和排序。光伏電站經(jīng)濟性評價的一級指標權(quán)重為一級指標值及綜合評價結(jié)果如表2所示，A地光伏電站綜合效益評估結(jié)果如表3所示。

（三）結(jié)果分析

從一級指標層的權(quán)向量分布來看，成本（B2）的權(quán)重最大，表明成本的投入在A地光伏電站經(jīng)濟性評價中占比重較大，成本的增多或減少對經(jīng)濟性影響最大。而衡量光伏電站效益能力（B3）權(quán)重最小，表明A地光伏電站在投入和產(chǎn)出的效益比上的離散程度不大，也就是說從目前來看，A地光伏電站的投入與回報還未平衡。長遠來看，A地光伏電站的效益能力高于成本和負荷能力，且A地5 5MWp光伏電站全生命周期為20～25年，具有良好的經(jīng)濟性和較高的投資價值。

五、結(jié)語

光伏電站的建設(shè)投資成本較高，但若能控制并降低光伏機組設(shè)備的裝機成本，就能有效提高光伏電站綜合效益。若從全社會的角度出發(fā)，綜合考慮光伏電站在提高可靠性、降損效益等投資方面的效益，光伏電站的投資可以是經(jīng)濟的。因此，運用一套全面客觀的光伏電站經(jīng)濟性評價指標體系，并結(jié)合有效的評價方法，不僅可以客觀全面地反映制約其事務(wù)經(jīng)濟性提升的影響因素，而且可以幫助政府和其他重要部門制定合理有效的市場規(guī)則、采取必要的策略，實施有效的措施。