光伏電站系統(tǒng)設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的研究

牟娟 范忠瑤 汪明雪

0?引言

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件以發(fā)電量最大為設(shè)計(jì)目標(biāo)。然而，投資收益最大化方是運(yùn)營商最關(guān)注的。多算例顯示，發(fā)電量最大時(shí)投資收益并非最大。以甘肅某項(xiàng)目為例，發(fā)電量甘肅某項(xiàng)目傾角35°時(shí)發(fā)電量最大、對(duì)應(yīng)資本金稅后收益26.59%，而傾角25°時(shí)資本金稅后收益27.29%^[1]。

本文通過全面對(duì)比分析反映光伏電站系統(tǒng)性參數(shù)的各個(gè)指標(biāo)，包括系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)和財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)指標(biāo)，具體為系統(tǒng)效率、度電成本、系統(tǒng)可利用率、發(fā)電設(shè)備平均利用小時(shí)數(shù)、內(nèi)部收益率、凈現(xiàn)值、投資回收期、投入/產(chǎn)出比共8項(xiàng)指標(biāo)，對(duì)比各指標(biāo)的定義、計(jì)算方法、計(jì)算所涉及的參數(shù)內(nèi)容，分析得出可以全面反映運(yùn)營商關(guān)注參數(shù)的系統(tǒng)性指標(biāo)。為后續(xù)光伏系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。

1 光伏電站系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)

1.1?系統(tǒng)效率（Performance Ratio）

系統(tǒng)效率（簡稱PR）是綜合反應(yīng)電站設(shè)計(jì)水平、施工質(zhì)量、部件性能和維護(hù)水平高低的指標(biāo)，是綜合評(píng)判光伏電站價(jià)值的客觀依據(jù)。PR定義如式（1）所示。

式（1）

其中，E是并網(wǎng)點(diǎn)流量發(fā)電量（kWh），是光伏組件額定功率之和（kW），H是光伏陣面上輻射量（kWh/m2），G是額定功率的光照條件（1000W/m²）。

PR并不是系統(tǒng)的優(yōu)化指標(biāo)，也不是項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，但是一個(gè)光伏系統(tǒng)評(píng)價(jià)質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)。PR達(dá)到90%是現(xiàn)代光伏技術(shù)追求的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。

1.2?度電成本（Levelized Cost of Electricity）

光伏發(fā)電的度電成本（簡稱LCOE）是指光伏項(xiàng)目單位上網(wǎng)電量所發(fā)生的綜合成本，主要包括光伏項(xiàng)目的投資成本、運(yùn)維成本和財(cái)務(wù)費(fèi)用。度電成本是光伏電站經(jīng)濟(jì)性的考核指標(biāo)，降低度電成本是我們提高效益追求的目標(biāo)。

目前對(duì)光伏電站度電成本的主要分析方法有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種：

（1）靜態(tài)成本法

式（2）

其中C是度電成本（元/kWh），N是年均發(fā)電量（kWh），M是年均維修費(fèi)（元），O是年均經(jīng)營成本（元，包括材料費(fèi)、管理費(fèi)、工資及福利費(fèi)），T是年均折舊費(fèi)（元），S是年均財(cái)務(wù)費(fèi)用（元）。

（2）動(dòng)態(tài)成本法

式（3）

其中I是項(xiàng)目的初始總投資（元），n是項(xiàng)目的壽命期（年），i是折現(xiàn)率，CRF是等額資金回收系數(shù)，（O+M）是年均運(yùn)維費(fèi)用（元）。

動(dòng)態(tài)成本又叫做全壽命期成本，是把光伏電站生命周期內(nèi)所有的費(fèi)用在壽命期間進(jìn)行平攤。

1.3?系統(tǒng)可利用率

光伏系統(tǒng)利用率是指統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)除去光伏系統(tǒng)因定期維修和故障時(shí)數(shù)后剩余時(shí)數(shù)和除去非設(shè)備自身責(zé)任停機(jī)時(shí)數(shù)后剩余時(shí)數(shù)的比值，用百分比表示。

式（4）

其中，A是停機(jī)小時(shí)數(shù)（小時(shí)，不包括待機(jī)時(shí)間），B是非設(shè)備自身責(zé)任的停機(jī)小時(shí)數(shù)（小時(shí)），T是統(tǒng)計(jì)期內(nèi)的公立小時(shí)數(shù)（小時(shí)）。非設(shè)備自身責(zé)任的停機(jī)小時(shí)數(shù)包括以下情況：電網(wǎng)故障（電網(wǎng)參數(shù)在技術(shù)規(guī)范范圍之外）、氣象條件（包括天氣狀況和環(huán)境溫度）超出技術(shù)規(guī)范規(guī)定的運(yùn)行范圍、不可抗力、合理的理性維護(hù)時(shí)間、合理的例行維護(hù)時(shí)間。

1.4?發(fā)電設(shè)備平均利用小時(shí)數(shù)

發(fā)電設(shè)備平均利用小時(shí)數(shù)是指統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)的發(fā)電量與發(fā)電設(shè)備平均容量的比值，式（5）所示，其是反映發(fā)電設(shè)備生產(chǎn)能力利用程度及其水平的指標(biāo)。利用小時(shí)數(shù)越高，說明設(shè)備的使用越充分，每度電中攤銷的固定資產(chǎn)投資越低，或者說在電價(jià)相同的情況下固定資產(chǎn)投資回收得越快。

式（5）

其中，E是統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)的光伏電站發(fā)電量（kWh），是統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)的光伏電站發(fā)電設(shè)備平均容量（kW）。

2?光伏電站財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)指標(biāo)

2.1?內(nèi)部收益率（IRR）

內(nèi)部收益率（簡稱IRR）是相對(duì)指標(biāo)，指使得項(xiàng)目各年現(xiàn)金流折現(xiàn)到項(xiàng)目建設(shè)期初的現(xiàn)值之和等于零時(shí)的折現(xiàn)率，其含義可以理解為項(xiàng)目投資可以獲得的年率化的投資回報(bào)水平。IRR的計(jì)算公式如式（6）所示^[2]。

式（6）

其中，n為項(xiàng)目現(xiàn)金流總期數(shù)，CI_t為t期的現(xiàn)金流入量，CO_t為t期的現(xiàn)金流出量，R值即為對(duì)應(yīng)現(xiàn)金流量的內(nèi)部收益率。

內(nèi)部收益率指標(biāo)優(yōu)點(diǎn)是直觀、易理解，但對(duì)于凈現(xiàn)金流序列符號(hào)正負(fù)變化多次的非常規(guī)項(xiàng)目，R的取值不唯一，失去了IRR指標(biāo)的使用價(jià)值，所以只能適用符號(hào)正負(fù)變化僅一次的常規(guī)項(xiàng)目，一般情況下，電力項(xiàng)目投資的現(xiàn)金流分部比較正常，IRR指標(biāo)還是比較使用的。

內(nèi)部收益分全投資財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率和資本金財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率，對(duì)于一個(gè)既定項(xiàng)目來說，全投資內(nèi)部收益率完全由項(xiàng)目的凈現(xiàn)金流所決定，衡量項(xiàng)目本身的投資盈利能力，與融資結(jié)構(gòu)無關(guān)。而資本金內(nèi)部收益率則完全取決于貸款比例和貸款利率，在全投資內(nèi)部收益率大于貸款利率的情況下，貸款比例越大，則資本金內(nèi)部收益率越高，反之，則越低。

影響財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率的主要指標(biāo)有：項(xiàng)目發(fā)電量（發(fā)電小時(shí)數(shù)）、電價(jià)、投資成本、貸款利率、年經(jīng)營成本，另外還有補(bǔ)貼資金回收期、稅收優(yōu)惠、資本金出資比例等次要影響指標(biāo)。

2..2 凈現(xiàn)值（NPV）

凈現(xiàn)值（簡稱NPV）定義為項(xiàng)目壽命期內(nèi)各年的凈現(xiàn)金流量按照應(yīng)達(dá)到的基準(zhǔn)收益率貼現(xiàn)到項(xiàng)目初始時(shí)點(diǎn)上的現(xiàn)值之和。NPV反映了項(xiàng)目所占用的尚未收回的資金及已收回的資金進(jìn)行再投資，獲得以基準(zhǔn)收益率的遞增幅度獲利之外，在整個(gè)項(xiàng)目壽命期內(nèi)所獲收益現(xiàn)值的大小。計(jì)算公式如式（7）所示。

式（7）

其中k為基準(zhǔn)收益率或資本成本。

凈現(xiàn)值是一個(gè)絕對(duì)數(shù)指標(biāo)，反映了項(xiàng)目的盈利總額。

NPV的大小，在項(xiàng)目其他條件（如投資、收入、年經(jīng)營費(fèi)用等）不變的前提下，完全取決于基準(zhǔn)收益率k的大小。

2..3 投資回收期

投資回報(bào)周期是計(jì)算項(xiàng)目投產(chǎn)后在正常生產(chǎn)經(jīng)營條件下的收益額和計(jì)提的折舊額、無形資產(chǎn)攤銷額用來回收項(xiàng)目總投資多需的時(shí)間，與行業(yè)基準(zhǔn)投資回收期對(duì)比分析項(xiàng)目投資財(cái)務(wù)效益的一種靜態(tài)分析法。投資回收期指標(biāo)所衡量的是收回初始投資的速度快慢。

投資回報(bào)周期的計(jì)算方法通常使用列表法。通過列表計(jì)算累計(jì)凈現(xiàn)金流量，來確定項(xiàng)目的投資回報(bào)周期。

（1）靜態(tài)投資回收期

靜態(tài)投資回報(bào)周期是指不考慮資金的時(shí)間價(jià)值時(shí)，收回投資所需要的時(shí)間。靜態(tài)投資回收期可以在一定程度上反映出項(xiàng)目方案的資金回收能力，其計(jì)算方便，有助于對(duì)技術(shù)上更新較快的項(xiàng)目進(jìn)行評(píng)價(jià)。但它不能考慮資金的時(shí)間價(jià)值，也沒有對(duì)投資回收期以后的收益進(jìn)行分析，從中無法確定項(xiàng)目在整個(gè)壽命期的總收益和獲利能力。

建設(shè)期的投資回收期（PP）=最后一項(xiàng)為負(fù)值的累計(jì)凈現(xiàn)金流量對(duì)應(yīng)的年數(shù)+最后一項(xiàng)為負(fù)值的累計(jì)凈現(xiàn)金流量絕對(duì)值÷下年凈現(xiàn)金流量 或：=累計(jì)凈現(xiàn)金流量第一次出現(xiàn)正值的年份-1+該年初尚未回收的投資÷該年凈現(xiàn)金流量。

（2）動(dòng)態(tài)投資回收期

動(dòng)態(tài)投資回收期是把投資項(xiàng)目各年的凈現(xiàn)金流量按基準(zhǔn)收益率折成現(xiàn)值之后，再來推算投資回收期，這就是它與靜態(tài)投資回收期的根本區(qū)別。動(dòng)態(tài)投資回收期就是凈現(xiàn)金流量累計(jì)現(xiàn)值等于零時(shí)的年份。

動(dòng)態(tài)投資回收期要比靜態(tài)投資回收期長，原因是動(dòng)態(tài)投資回收期的計(jì)算考慮了資金的時(shí)間價(jià)值，這正是動(dòng)態(tài)投資回收期的優(yōu)點(diǎn)。但考慮時(shí)間價(jià)值后計(jì)算比較復(fù)雜。

投資回報(bào)周期P't =（累計(jì)凈現(xiàn)金流量現(xiàn)值出現(xiàn)正值的年數(shù)-1）+上一年累計(jì)凈現(xiàn)金流量現(xiàn)值的絕對(duì)值/出現(xiàn)正值年份凈現(xiàn)金流量的現(xiàn)值。

2.4 投入/產(chǎn)出比

投入/產(chǎn)出比（簡稱C/I Ratio）是指項(xiàng)目壽命期內(nèi)的總成本與總收益的比值，其計(jì)算公式為：

R_C/I = 壽命期總成本/壽命期總收益^[3]

總成本包括系統(tǒng)初始投資、運(yùn)行期總運(yùn)維費(fèi)用、總的財(cái)務(wù)費(fèi)用及固定資產(chǎn)殘值，總收益包括系統(tǒng)運(yùn)行期的總發(fā)電收益，同時(shí)考慮折現(xiàn)率、棄光率及組件功率衰減的影響。投入產(chǎn)出比在計(jì)算過程中幾乎考慮了光伏電站整個(gè)壽命期的所有投入與產(chǎn)出，并考慮了資金的時(shí)間價(jià)值。投入產(chǎn)出比適用于科技項(xiàng)目、技術(shù)改造項(xiàng)目和設(shè)備更新項(xiàng)目的技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)，其值越小，表明經(jīng)濟(jì)效果越好。

投入/產(chǎn)出比與內(nèi)部收益率IRR的關(guān)系如式（8）所示^[4]。

式（8）

式中，n_c—項(xiàng)目建設(shè)期;n_g—項(xiàng)目運(yùn)行期，在光伏項(xiàng)目中，n_c=0.6，n_g=25。則上式可簡化為：

式（9）

由投入/產(chǎn)出比定義可知，當(dāng)項(xiàng)目的建設(shè)期和運(yùn)行期確定后，R_C/I與IRR存在一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，圖1所示。

與IRR相比，投入產(chǎn)出比更能直觀表現(xiàn)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性和可行性，且在項(xiàng)目建設(shè)期和運(yùn)行期確定后和IRR值具有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。

3?小結(jié)

綜上所述，在光伏電站各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)中，系統(tǒng)效率（PR）是評(píng)價(jià)電站質(zhì)量好壞的關(guān)鍵指標(biāo);LCOE是電站經(jīng)濟(jì)性的考核指標(biāo)，其不涉及電價(jià)和收益的計(jì)算，PR、LCOE和設(shè)備小時(shí)數(shù)都是光伏電站系統(tǒng)性能指標(biāo)，即在一個(gè)項(xiàng)目滿足可行性的前提下，業(yè)主需要從設(shè)計(jì)、運(yùn)維等方面盡可能去提高PR和小時(shí)數(shù)、降低LCOE，即所謂的降本增效，提高電站經(jīng)濟(jì)效益。而從投資商角度出發(fā)，投資光伏項(xiàng)目必須考慮電價(jià)、收益、貸款和利息等，因此光伏項(xiàng)目財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)時(shí)使用的指標(biāo)應(yīng)以財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率為主，財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值和投資回收期為輔。由此，建議光伏系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)首先關(guān)注的指標(biāo)為內(nèi)部收益率IRR。

參考文獻(xiàn)：

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