基于分時電價的分布式光伏項目度電收益分析

李晟，吳江

(中冶華天工程技術有限公司，江蘇南京 210019)

前言

隨著國家光伏政策調(diào)整,光伏行業(yè)正積極朝著光伏平價上網(wǎng)的方向發(fā)展。以“自發(fā)自用，余電上網(wǎng)”的模式消納的工商企業(yè)分布式光伏項目，正面臨著新的發(fā)展機遇。根據(jù)國家發(fā)改委《關于2020年光伏發(fā)電上網(wǎng)電價政策有關事項的通知》，工商企業(yè)分布式光伏項目的全發(fā)電量補貼標準調(diào)整為0.05 元/kWh；較之2017 年的補貼標準0.42 元/kWh，下降了約88%。

在這種形式下，就更加需要準確地估算項目收益，評估投資價值。然而，在以往依靠補貼政策驅動的分布式光伏項目策劃中，雖然行業(yè)已關注到了“自發(fā)自用率”“綜合電價”等重要經(jīng)濟技術參數(shù)，但是對于這些參數(shù)的估算和依據(jù)過程仍然是非常粗略的。本文從光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出特性和企業(yè)用電負荷特性入手，通過具體實例分析兩者的匹配關系，并以此研究在分時電價計費模式下，估算光伏發(fā)電度電收益的方法，為分布式光伏發(fā)電設計策劃提供更加精確可靠的依據(jù)。

1 分布式光伏收益構成

以“自發(fā)自用，余電上網(wǎng)”模式的分布式光伏項目收益來自于三個部分，分別為：

（1）度電補貼：根據(jù)國家政策，為鼓勵新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以實際發(fā)電量為基準來支付光伏發(fā)電項目的財政補貼。其具體額度按照項目初始并網(wǎng)年份確定，在項目可持續(xù)生產(chǎn)周期內(nèi)保持不變，通常以元/kWh為單位。

（2）自用部分收益：由于光伏發(fā)電產(chǎn)生的電力被企業(yè)就地消納，因此節(jié)約了從電網(wǎng)購電的成本，從而獲得的發(fā)電收益。

（3）余電上網(wǎng)收益：工商企業(yè)不可避免地存在著生產(chǎn)負荷波動、檢修或者節(jié)假日停產(chǎn)等情況，實際光伏電力全部由企業(yè)負荷就地消納是非常難以實現(xiàn)的。在這種情況下，光伏發(fā)電產(chǎn)生的電力能源需要注入公共電網(wǎng)。對這部分電力，電網(wǎng)公司將根據(jù)項目所在地脫硫脫硝火力發(fā)電標桿上網(wǎng)電價予以收購，從而獲得余電上網(wǎng)收益。

因此，分布式光伏電站的年總收益C可表示為：

式中：C1——年補貼收益；

C2——年自用部分收益；

C3——年余電上網(wǎng)部分收益。

在以上三個收益之中，由于度電補貼不斷下降，越晚建成的光伏項目補貼收益占比越低，余電上網(wǎng)的電網(wǎng)收購價則大大低于企業(yè)從電網(wǎng)購電的價格，因此，自身消納部分收益高低成為項目規(guī)劃設計的關鍵。合理估算自用和余電上網(wǎng)電量收益，必須從光伏發(fā)電輸出特性、企業(yè)用電特性、分時電價三個因素進行分析。

2 光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出特性

眾所周知，除了自身的性能、調(diào)度指令制約外，項目所在地太陽輻射、環(huán)境溫度等氣象條件是光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出特性的決定性影響因素。在一定的精度范圍內(nèi)，通過Meteonnorm、PVSyst 等光伏專業(yè)氣象數(shù)據(jù)能夠計算出行業(yè)普遍接受的特定項目的發(fā)電量數(shù)據(jù)。以下將以中東部地區(qū)某屋頂分布式光伏項目為例進行說明，其中主要系統(tǒng)仿真參數(shù)為：

直流裝機容量：2236 kW

交流裝機(逆變器)容量：2000 kW

陣列方位角：0°

水平傾角：5°

項目首年分月發(fā)電量仿真數(shù)據(jù)見表1、圖1。

按照國內(nèi)光伏設計規(guī)范要求，以及常規(guī)項目設計策劃中，僅要求太陽能輻射評價達到年或者月平均值即可。在這種時間尺度上的數(shù)據(jù)，是完全能夠滿足大型集中式電站按照固定的標桿電價上網(wǎng)分析需要的。但是,自發(fā)自用部分電力的價格是與用戶的分時電價掛鉤的,一方面,每天不同的峰谷平時段對應著不同的價格；另一方面,夏季還存在著三個月的高峰調(diào)整電價。因此，僅僅用估算的分月或年發(fā)電量來估算各個時段的自用部分電力價格，依據(jù)不充分，數(shù)據(jù)不準確，可信度低。

表1 項目首年分月發(fā)電量仿真數(shù)據(jù)表

圖1 項目首年分月仿真發(fā)電量棒狀圖

表2 仿真發(fā)電量時間分布kWh

為了在時間粒度更加精細的尺度上，進行分析估算，可以進一步地利用PVSYST 軟件導出仿真發(fā)電量時間分布數(shù)據(jù)。在相同的項目仿真設計中，可以導出如表2、圖2、圖3所示的數(shù)據(jù)。

圖2 項目年發(fā)電量時間分布仿真曲線

圖3 項目分月發(fā)電量時間分布仿真曲線

從圖2、圖3 對比可以看出：在項目所在地光伏系統(tǒng)運行時間為5:00-18:00，因此，所需進行分析的時段也僅需要限制在此范圍內(nèi)；光伏發(fā)電系統(tǒng)的年發(fā)電量時間分布與太陽輻射量的規(guī)律基本相同，但各個月份的發(fā)電量時間分布之間存在著較大的差異。

3 企業(yè)用電特性

案例所涉及企業(yè)執(zhí)行10 kV 大工業(yè)電費計價方式，其計費時段和價格如表3所示。

表3 某地10 kV一般工商企業(yè)分時電費價格

由于生產(chǎn)性質(zhì)、生產(chǎn)設備、生產(chǎn)組織的不同，企業(yè)的用電負荷特性非常復雜。在分布式光伏規(guī)劃設計中，一方面很難獲得充分的信息作為分析基礎；另一方面，能夠獲取的資料屬于歷史信息，也難以預測未來的用電特性。由于企業(yè)的歷史電費數(shù)據(jù)較容易獲取，可靠性較高，所以分布式光伏規(guī)劃設計都將其作為分析企業(yè)用電特性的基礎數(shù)據(jù)。

對于案例所涉及的企業(yè)，統(tǒng)計了其一年的電費數(shù)據(jù)并經(jīng)分析后，得到表4的數(shù)據(jù)。

表4 某企業(yè)歷史電費及分析數(shù)據(jù)kWh

在表4 中，每月的總用電量和峰、平、谷時段用電量直接由電費發(fā)票信息獲得，各時段用電量分布以該時段電量除以時段時長得到。從表4中可以看出：該企業(yè)每個月的用電量存在時間性，下半年的月用電量高于上半年，這可能與其生產(chǎn)的季節(jié)性有關；谷段的用電量均低于峰、平段，這與生產(chǎn)主要集中于白天有關。

4 分時電價模式下的度電收益分析

可以將式（1）各部分分解得到：

式中：Q——光伏系統(tǒng)總發(fā)電量，可按照表1 中的年度發(fā)電總量估算取值，kWh；

WC——度電補貼單價，由項目并網(wǎng)年度的國家政策決定，取0.05 元/kWh。

式中：t——光伏發(fā)電系統(tǒng)運行的時間段，h；

C21——光伏系統(tǒng)發(fā)電功率大于企業(yè)負荷用電量時段的收益，元；

C22——光伏系統(tǒng)發(fā)電功率小于于企業(yè)負荷用電量時段的收益，元；

ann——光伏發(fā)電系統(tǒng)年總有運行時長，h；

Qt——單位時間段內(nèi)光伏系統(tǒng)發(fā)電量，kWh；

QSt——單位時間段內(nèi)企業(yè)負荷用電量；

WFt——分時電價，可按照表3取值，元/kWh。

式中：Wn——項目所在地火力發(fā)電標桿上網(wǎng)電價，根據(jù)有關資料取0.3844 元/kWh。

由于企業(yè)用電特性無法精確分析，即上式(3)、（4）中的QSt不能精確預測。在項目設計策劃過程中，如果企業(yè)的負荷相對穩(wěn)定，變化幅度較小時，則可考慮以表4 中的各時段用電量分布代替，即可得到如表5所示數(shù)據(jù)。

表5 企業(yè)平均估算用電量時間分布kWh

在一定精度范圍內(nèi)，可用下式簡化(3)、(4)式為：

式中：m——月份,1～12；

t——光伏系統(tǒng)運行時段，取5～18；

——光伏系統(tǒng)仿真發(fā)電量時間分布，取表2中數(shù)據(jù)，kWh；

——企業(yè)平均估算用電量時間分布，取表5中數(shù)據(jù)，kWh。

此外，?。?/p>

式中：Ec——估算年自用部分總電量，kWh；

EC1——光伏系統(tǒng)發(fā)電功率大于企業(yè)負荷用電量時段的光伏自用電量，kWh；

EC2——光伏系統(tǒng)發(fā)電功率小于企業(yè)負荷用電量時段的的光伏自用電量，kWh；

En——估算年上網(wǎng)部分總電量，kWh；

UR——估算自發(fā)自用率，%；

PU——估算單位度電收益，元/kWh。

根據(jù)表2、表3、表5 數(shù)據(jù)，式(5)、(6)、(7)、(8)、(9)，可計算得出項目收益主要估算數(shù)據(jù)，見表6。

表6 項目收益主要估算數(shù)據(jù)

5 結論

本文將分布式光伏發(fā)電項目的光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出特性、企業(yè)用電特性、分時電價等重要因素聯(lián)系起來，介紹了根據(jù)相關數(shù)據(jù)估算項目度電收益的方法，從而為類似項目投資決策、設計規(guī)劃提供更為合理、可靠、有力的支撐。