考慮不同補貼方式的分布式光伏運維模式?jīng)Q策

邱騰飛,曹 瀟，郭雅娟，陳錦銘，殷文倩，劉皓明

（1.中國電力科學研究院，南京 210003；2.國網(wǎng)江蘇省電力公司 電力科學研究院，南京 211113；3.河海大學 能源與電氣學院，南京 210098）

◆研究與探討◆

考慮不同補貼方式的分布式光伏運維模式?jīng)Q策

邱騰飛1,曹 瀟1，郭雅娟2，陳錦銘2，殷文倩3，劉皓明3

（1.中國電力科學研究院，南京 210003；2.國網(wǎng)江蘇省電力公司 電力科學研究院，南京 211113；3.河海大學 能源與電氣學院，南京 210098）

隨著傳統(tǒng)能源的日漸枯竭，國內(nèi)外多個國家把開發(fā)利用可再生能源作為實施可持續(xù)發(fā)展、低碳經(jīng)濟的重要戰(zhàn)略措施之一。光伏發(fā)電作為一種靈活、環(huán)保、高效的發(fā)電方式受到了越來越廣泛的關(guān)注。近年來，美國、日本、英國等國家紛紛制訂了一系列光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策，我國各級政府也頒布了光伏上網(wǎng)電價政策、投資補貼政策及其他激勵政策，以指導和扶持光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。截至2015年底，我國光伏裝機容量已達到4 158萬kW，2016年國家能源局提出的“十三五”時期可再生能源發(fā)展目標中，力爭2020年光伏發(fā)電達到1.5億kW［1］。

分布式光伏發(fā)展過程中面臨眾多不確定因素，如運維模式、投資者經(jīng)濟效益和各類風險等。目前已有文獻對分布式光伏的運維模式和成本效益開展研究，文獻［2］詳細分析了分布式發(fā)電的3種典型運維模式，比較了各模式潛在的風險及相關(guān)運維主體權(quán)責；文獻［3］建立了不同運營模式下光伏發(fā)電的全壽命周期成本效益計算模型，并進行了敏感性分析；文獻［4］以互聯(lián)網(wǎng)推動分布式光伏系統(tǒng)發(fā)展為切入點分析了節(jié)能服務公司運營分布式光伏的成本收益模型；文獻［5］考慮分布式電源的環(huán)境友好性，將其環(huán)境效益量化為直接經(jīng)濟效益；文獻［6］和文獻［7］量化了分布式發(fā)電在降低線損、環(huán)境效益、延緩輸配電建設等方面的效益，但是沒有明確對不同運營模式下不同投資主體的經(jīng)濟效益進行評估；文獻［8］和文獻［9］針對不同的分布式光伏投資主體，對其經(jīng)濟效益和運營策略進行建模研究，但所涉及的補貼方式?jīng)]有細化。

已有研究可知，除了單位投資成本和年利用小時數(shù)之外［9］，選擇不同的補貼方式和運維模式也會對投資主體的經(jīng)濟效益產(chǎn)生不同程度的直接影響。本文基于分布式光伏的全壽命周期成本效益模型，計及典型的政府補貼政策，對比不同運維模式的特點進行經(jīng)濟效益評估，給出不同補貼方式下分布式光伏的最優(yōu)運維模式?jīng)Q策，為投資建設分布式光伏、選擇合適的運維模式提供參考依據(jù)。

1 典型分布式光伏補貼方式

當前，考慮到分布式光伏投資建設成本較大，尚不具備完全商業(yè)化運營環(huán)境，政府補貼和扶持政策是保障其可持續(xù)發(fā)展的重要措施。全球多個國家和地區(qū)針對分布式發(fā)電制定了一系列扶持和優(yōu)惠政策。美國支持分布式發(fā)電的主要鼓勵政策可概括為以下3點［10］：①減免分布式發(fā)電項目部分投資稅；②縮短分布式發(fā)電項目資產(chǎn)的折舊年限；③簡化分布式發(fā)電項目經(jīng)營許可證審批程序。日本分布式發(fā)電鼓勵政策主要包括以下3方面［11］：①對城市分布式發(fā)電單位進行減稅或免稅；②鼓勵銀行、財團對分布式發(fā)電系統(tǒng)出資或融資；③允許非公共事業(yè)類供應商對大電力用戶售電。德國在光伏發(fā)電發(fā)展的過程中不斷調(diào)整和完善其扶持政策［12］：①EEG2000制訂了固定上網(wǎng)電價，EEG2004提出太陽能補貼逐年遞減機制；②EEG2010削減對光伏發(fā)電項目的大部分補貼；③EEG2012上網(wǎng)電價下調(diào)率靈活調(diào)整機制；④EEG2014增加對光伏設施“直接營銷”模式的補貼。

我國政府在光伏發(fā)電不同發(fā)展階段，針對不同地區(qū)和規(guī)模制定了相應補貼政策。在我國光伏發(fā)電發(fā)展初期，初始投資補貼是光伏發(fā)電建設的主要補貼形式，其中最著名的是“金太陽”示范工程［13］。經(jīng)過幾年的發(fā)展，我國光伏發(fā)電初具規(guī)模，補貼政策的重點逐漸由初始投資補貼向上網(wǎng)電價補貼轉(zhuǎn)移。不同于初始建設投資補貼，上網(wǎng)電價補貼方式更講究實效，需要發(fā)電企業(yè)真實發(fā)出電量才能得到相應補貼，因此更能夠激勵分布式光伏發(fā)電上網(wǎng)。

2016年國家發(fā)改委《關(guān)于調(diào)整新能源標桿上網(wǎng)電價的通知（征求意見稿）》［14］中指出，利用建筑物屋頂及附屬場所建設的分布式光伏發(fā)電項目，在項目備案時可以選擇自發(fā)自用、余電上網(wǎng)或全額上網(wǎng)中的一種模式。針對“自發(fā)自用余量上網(wǎng)”和“全額上網(wǎng)”2種分布式光伏發(fā)電模式采取不同的補貼方式。

補貼方式I：針對“自發(fā)自用余量上網(wǎng)”模式，實施全電量補貼，余量上網(wǎng)電量由電網(wǎng)企業(yè)按照當?shù)厝济簷C組標桿上網(wǎng)電價收購。

補貼方式II：針對“全額上網(wǎng)”模式，按照集中式光伏電站上網(wǎng)標桿電價執(zhí)行；部分地區(qū)為鼓勵光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，制定高于標桿電價的上網(wǎng)電價標準，高出的部分由省級財政承擔。

在國家補貼政策的基礎上，各省市針對本地區(qū)光伏發(fā)電發(fā)展情況，也制定了不同類型的追加補貼政策，因地制宜推動了分布式光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

2 分布式光伏全壽命周期成本效益分析

2.1 全壽命周期成本分析

分布式光伏的全壽命周期成本主要包括初始建設成本、運行維護成本和殘值費用。

（1）初始投資成本

分布式光伏系統(tǒng)的初始投資成本包括配置相應容量的光伏組件、電站中功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、并網(wǎng)設備、監(jiān)控設備等所需要的成本，與其裝機容量有關(guān)，可以表示為

式中:Ccap為分布式光伏的初始投資成本，元；cp為單位容量的價格，元/kW；P為分布式光伏系統(tǒng)的裝機容量，kW。

（2）運行維護成本

運行維護成本是指分布式光伏系統(tǒng)投資建成后的運行、維護和管理費用，貫穿整個系統(tǒng)的全壽命周期。分布式光伏電站運行維護工作主要分為日常維護、集中維護和應急維護，年總運行維護成本CO&M可以表示為

式中：kO&M為分布式光伏系統(tǒng)的年運行維護率，指運行維護費用占初始投資費用的比例，%；kop為運維主體實施運維工作時的盈利率。

（3）殘值費用

殘值是指分布式光伏壽命周期結(jié)束后的剩余價值。采用直線折舊法來量化殘值時，分布式光伏系統(tǒng)的殘值CR可表示為

式中:kR為分布式光伏設備平均殘值約占設備初始投資的比例，%。

因此，分布式光伏的全壽命周期內(nèi)的第t年的成本可以表示為

式中:y0為分布式光伏建設年限，年；N=y0+A為項目壽命周期，A為光伏設備壽命。

2.2 全壽命周期效益分析

分布式光伏全壽命周期內(nèi)可能獲得的直接經(jīng)濟收益包括：全額上網(wǎng)收益、發(fā)電量補貼、余量上網(wǎng)收益和節(jié)省的購電費用。不同補貼方式下，其具體經(jīng)濟效益有所不同：補貼方式I下，獲得的經(jīng)濟收益將包括電量補貼費用、節(jié)省的購電費用和余量上網(wǎng)收益；補貼方式II下，獲得的經(jīng)濟效益為發(fā)電量全額上網(wǎng)收益。

（1）全額上網(wǎng)收益

分布式光伏選擇“全額上網(wǎng)”發(fā)電模式時，其售電收益可以表示為

式中:B1,t為分布式光伏“全額上網(wǎng)”模式下的年售電收益，元/年；E1,t為分布式光伏的年上網(wǎng)電量（即發(fā)電量），kWh；R1為分布式光伏全額上網(wǎng)的上網(wǎng)標桿電價，元/kWh；R1l單位上網(wǎng)電量的地方電價補貼，元/ kWh。

（2）全電量補貼收益

針對“自發(fā)自用余量上網(wǎng)”的分布式光伏，實施全電量補貼，某分布式光伏可獲年電量補貼收益為

其中:B2,t為年發(fā)電量補貼收益，元/年；Rsub為分布式光伏的單位發(fā)電量補貼，元/kWh。

（3）節(jié)省的購電費用

分布式光伏所發(fā)電量優(yōu)先自發(fā)自用，就減少了向電網(wǎng)購電的電量，節(jié)省的購電費用可表示為

式中:B3,t為用戶每年節(jié)省的購電費用，元/年；E2,t為用戶的自用電量，kWh；Rs為電網(wǎng)平均售電電價，元/kWh。

（4）余電上網(wǎng)收益

分布式光伏選擇“自發(fā)自用余量上網(wǎng)”模式時，其余量上網(wǎng)部分由電網(wǎng)企業(yè)按照當?shù)厝济簷C組標桿上網(wǎng)電價收購，在標桿電價基礎上給予一定的電價補貼。因此，分布式光伏由此獲得的余電上網(wǎng)收益可以表示為

式中:E3,t為分布式光伏的剩余上網(wǎng)電量，有E2,t+E3,t=E1,t；Rb為當?shù)厣暇W(wǎng)標桿電價，元/kWh；R2為余電上網(wǎng)部分電價補貼，元/kWh。

2.3 分布式光伏經(jīng)濟效益評估指標

經(jīng)濟效益評估是項目投資評價的核心內(nèi)容，各經(jīng)濟指標可從不同角度反映項目的經(jīng)濟性。本文選取凈現(xiàn)值、內(nèi)部收益率和投資回收期3個指標作為分布式光伏的經(jīng)濟效益評估指標。

（1）凈現(xiàn)值

利用凈現(xiàn)金效益量的總現(xiàn)值與凈現(xiàn)金投資量算出凈現(xiàn)值，依據(jù)凈現(xiàn)值的大小來評價投資方案。凈現(xiàn)值為正值，投資方案可行；凈現(xiàn)值為負值，投資方案不可行。凈現(xiàn)值越大，投資方案越好。計算公式為

式中:NPV為投資項目凈現(xiàn)值；Bt為第t年現(xiàn)金流入量；Ct為第t年現(xiàn)金流出量；i0為基準折現(xiàn)率；g為通貨膨脹率。

（2）內(nèi)部收益率

內(nèi)部收益率（internal rate of return，IRR）是指投資項目在整個計算期內(nèi)各年凈現(xiàn)金流量現(xiàn)值累計等于0時的折現(xiàn)率，是考察項目盈利能力的主要動態(tài)指標，其表達式為

（3）投資回收期

投資回收期（payback period，PP）指通過資金回流量來回收投資的年限，包括靜態(tài)投資回收期和動態(tài)投資回收期。靜態(tài)回收期為

動態(tài)回收期為

式中：t*為累計凈現(xiàn)金流量現(xiàn)值出現(xiàn)正值的年份。

3 不同補貼方式下分布式光伏運維模式?jīng)Q策

對于某一分布式光伏項目，其可行的運維模式主要有3種：業(yè)主運維模式、委外運維模式和合作運維模式。分布式光伏的投資主體可根據(jù)自身運維能力和經(jīng)驗選擇不同的運維模式。業(yè)主運維模式下，投資主體在前期需購買運維設備，組織培訓運維人員，這就增加了初期運維成本的投入；委外運維模式下，投資主體需要支付給專業(yè)運維公司較高的運維費用；合作運維模式介于前2種運維模式之間，由業(yè)主和運維公司共同承擔風險、共享收益，效益分享比例由雙方協(xié)商確定。可見，選擇不同的運維模式，投資主體最終獲得的經(jīng)濟效益不同。本文僅針對最具有代表性的業(yè)主運維模式和委外運維模式進行分析。

3.1 補貼方式I：“自發(fā)自用余量上網(wǎng)”模式

分布式光伏選擇“自發(fā)自用余量上網(wǎng)”的補貼方式時，其在第t年的經(jīng)濟收益為

（1）業(yè)主運維模式

分布式光伏在第t年的成本如式（4）所示。當選擇業(yè)主運維模式時，支出的運維費用為真實運維成本，即運維工作盈利率kop=0。

（2）委外運行模式

將業(yè)主將運維工作委托給專業(yè)運維公司，運維公司將獲取一定的利潤回報，分布式光伏項目向運維公司支付的運維費用大于真實運維成本，因此，分布式光伏第t年的成本項仍為C，但其中運維工作盈利率kop≠0。

3.2 補貼方式II：“全額上網(wǎng)”模式

分布式光伏選擇“全額上網(wǎng)”的補貼方式時，其在第t年的經(jīng)濟收益為

當選擇業(yè)主運維模式和委外運維模式時，其在第t年的成本與補貼方式I下2種模式時的成本費用相同。

4 算例分析

以北京某地區(qū)商業(yè)用戶投資建設的分布式光伏發(fā)電示范區(qū)為例，示范區(qū)在每棟建筑屋頂布置光伏板，形成商業(yè)住宅社區(qū)內(nèi)的建筑一體化并網(wǎng)型光伏發(fā)電項目。項目相關(guān)技術(shù)、經(jīng)濟參數(shù)分別見表1和表2所示。

表1 項目技術(shù)參數(shù)

表2 項目經(jīng)濟參數(shù)

4.1 成本和收益項構(gòu)成

基于分布式光伏的技術(shù)和經(jīng)濟參數(shù)，根據(jù)前文分布式光伏全壽命周期成本和經(jīng)濟效益構(gòu)成項，可計算得出該分布式光伏發(fā)電項目的成本和收益項基礎經(jīng)濟數(shù)據(jù)，如表3所示。

表3 分布式光伏成本和收益項基礎經(jīng)濟數(shù)據(jù)

4.2 不同補貼方式和運維模式下經(jīng)濟效益比較

下文為方便計算和比較，假設選擇“自發(fā)自用余量上網(wǎng)”模式（補貼方式I）時，自發(fā)自用電量占總發(fā)電量的比例x=20%；假設選擇委外運維模式時，運維公司盈利率kop=1.0，即運維公司獲得的運維費用為其真實運維成本的2倍。

由此，基于凈現(xiàn)值、內(nèi)部收益率和動態(tài)投資回收期3個經(jīng)濟指標，用戶選擇不同補貼方式和運維模式時的經(jīng)濟效益如表4所示。

表4 不同補貼方式和運維模式下經(jīng)濟效益

由表4可知，2種運維模式下，無論選擇哪種補貼方式，分布式光伏用戶選擇業(yè)主運維模式時其所獲經(jīng)濟效益均為最大，內(nèi)部收益率較高，投資回收期也相對較短。而2種補貼方式相比，無論選擇哪種運維模式，補貼方式II的經(jīng)濟效益優(yōu)于補貼方式I。

上述結(jié)果的前提條件是對運維盈利率和自用電量比例做了一定的假設，下面分析運維盈利率和自用電量比例對不同補貼方式和不同運維模式下分布式光伏用戶經(jīng)濟效益的影響。

4.3 相關(guān)影響因素分析

年利用小時數(shù)、補貼標準、投資成本、壽命周期、運維盈利率和自用電量比例都會影響分布式光伏用戶經(jīng)濟收益。其中，對于不同的補貼方式和運維模式，年利用小時數(shù)、補貼標準、投資成本和壽命周期是共性影響因素，而運維盈利率kop和自用電量比例x則對補貼方式和運維模式的選擇決策具有較大影響。

（1）運維盈利率

取自發(fā)自用電量比例x=20%，采用委外運維模式，改變運維工作的運維盈利率時，2種補貼方式下分布式光伏用戶效益隨之改變，如圖1所示。

圖1 運維盈利率kop對用戶效益的影響

可見，2種補貼方式下所能接受的最大運維盈利率均小于6，當運維盈利率大于等于6時，分布式光伏全壽命周期凈現(xiàn)值為負，說明此時委外運維模式不再適用。

（2）自發(fā)自用電量比例

補貼方式I下，當自用電量占總發(fā)電量比例x變化時，選擇不同運維模式投資者獲得的經(jīng)濟效益也有所不同，如圖2所示。其中，委外運維模式中kop=1。

圖2 自用電量比例x對用戶效益的影響

由于電網(wǎng)平均售電電價相對較高，因此補貼方式I下，用戶效益隨自用電量比例增大而增加，并且業(yè)主運維模式下的凈現(xiàn)值和內(nèi)部收益率始終大于其在委外運維模式下的值。業(yè)主運維和委外運維2種模式下最高內(nèi)部收益率分別可達到18.59%和17.79%。而補貼方式II下內(nèi)部收益率為13.41%，當自用電量比例小于0.23時，補貼方式I下用戶效益低于補貼方式II。因此，為獲取最大化經(jīng)濟效益，分布式光伏用戶應根據(jù)當?shù)仉娋W(wǎng)售電電價、自用電量合理選擇補貼方式。

5 結(jié)束語

本文分析了我國分布式光伏的補貼政策，建立了分布式光伏全壽命周期成本效益模型，基于“自發(fā)自用余量上網(wǎng)”和“全額上網(wǎng)”2種光伏發(fā)電補貼方式、針對業(yè)主運維和委外運維兩種典型模式，采用凈現(xiàn)值、內(nèi)部收益率和動態(tài)回收期3個經(jīng)濟指標進行經(jīng)濟效益評估，給出了自用電量比例和運維盈利率對經(jīng)濟效益影響的定量分析。本文工作對于光伏用戶選擇合適的補貼方式和運維模式具有一定的指導意義。D

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Decision on operation and maintenance modes for distributed PV power generation considering different subsidies

QIU Teng?fei1,CAO Xiao1,GUO Ya?juan2,CHEN Jin?ming2,YIN Wen?qian3,LIU Hao?ming3

（1.China Electric Power Research Institute,Nanjing 210003,China;2.Jiangsu Electric Power Company Research Institute,Nanjing 211113,China;3.College of Energy and Electrical Engineering,Hohai University,Nanjing 210098,China）

針對我國分布式光伏的不同補貼政策，首先建立分布式光伏的全壽命周期成本效益模型，然后對比不同典型運維模式的特點，通過凈現(xiàn)值、內(nèi)部收益率和動態(tài)投資回收期3個指標對不同補貼方式下采用不同運維模式時的分布式光伏經(jīng)濟效益進行量化。最后通過某案例計算，對比分析了運維公司盈利率和自用電量比例對分布式光伏用戶效益的影響，為光伏用戶選擇合適的補貼方式和運維模式提供參考。

分布式光伏;運維模式;經(jīng)濟效益;補貼;全壽命周期

Based on different subsidies for distributed photo?voltaic(PV)power generation in China,the cycle-life cost and bene?fit models of distributed PV are established in this paper,and char?acteristics of typical operation and maintenance(O&M)modes of PV are compared and discussed.Three economic indicators,including Net Present Value,Internal Rate of Return and Dynamic Payback Period,are used to evaluate the economic benefits of PV users under different O&M modes and different subsidies.Finally,a case study is carried out,and two main influent factors for economic benefits of PV users are discussed,including profit margins of O&M company and the proportion of electric power consumption for personal use. This study can provide reference for PV owners to operate under dif?ferent subsidy and O&M modes.

distributed PV generation;operation&mainte?nance modes;economic benefits,subsidy,life-cycle

F407.61

B

1009-1831（2017）03-0005-05

10.3969/j.issn.1009-1831.2017.03.002

2017-02-15；

2017-03-30

國家電網(wǎng)公司科技項目“基于多源數(shù)據(jù)融合與移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的分布式新能源公共信息服務平臺研究與應用”（NY71-16-034）

邱騰飛（1987），男，江蘇宿遷人，碩士，工程師，主要從事光伏發(fā)電大數(shù)據(jù)中心監(jiān)控、故障診斷與運維等方面的工作。