基于CREST模型求解光伏LCOE的最優(yōu)方案

王芝福 厲晗雋 趙大威

（1.中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計研究院有限公司，浙江 杭州 311122；2.法國巴黎政治學(xué)院，法國 巴黎 75007）

0 引言

由于國際工程承包競爭日趨激烈，因此業(yè)主對最低LCOE的要求日益提高，該文以某光伏發(fā)電項目為例，指出承包商應(yīng)從業(yè)主角度出發(fā)，綜合考慮項目設(shè)計、建設(shè)、運營和維護(hù)等因素，分析項目的各種邊界條件，統(tǒng)籌各項成本投入，為業(yè)主提供基于平準(zhǔn)化度電成本（LCOE）最低值的EPC 解決方案，從而提高投標(biāo)命中率。該文采用美國國家能源署的CREST 模型，通過對影響LCOE關(guān)鍵因素的相互作用，如容量因子、建設(shè)成本、運維成本等，提出了有益的建議。

1 國際光伏發(fā)電項目EPC 新需求

1.1 一站式解決方案

隨著中國承包商的走出去戰(zhàn)略，中國企業(yè)在國際光伏發(fā)電工程項目承包市場中占據(jù)了越來越大的份額，競爭也愈發(fā)激烈。同時隨著光伏設(shè)備的價格降低，使光伏發(fā)電項目在各國電力市場越來越具有競爭力，上網(wǎng)電價屢創(chuàng)新低，成為多個國家最便宜的電源。由于光伏發(fā)電項目是一種設(shè)備占比非常高的工程項目，該項目除主設(shè)備之外其他的輔助設(shè)備較多且雜，項目業(yè)主一般情況下不愿意自己采購，主要原因包括2 個：1）輔助設(shè)備的制造商主要在中國，專業(yè)化程度較高，每種設(shè)備的生產(chǎn)商眾多，魚龍混雜。2）專業(yè)化的輔助設(shè)備生產(chǎn)商總體營收不大，國際市場開拓人員較少，與國外業(yè)主交流不便，不愿意直接面對國際采購商，例如光伏發(fā)電項目中的匯流箱等。3）業(yè)主專業(yè)人員有限，如單獨請咨詢，不僅費用較高，而且仍難以解決信息不對稱問題。4）光伏發(fā)電項目工期較短，短期用工要求高，專業(yè)化程度高，需要有經(jīng)驗的項目管理人員組織團(tuán)隊施工。

考慮以上因素，光伏發(fā)電項目業(yè)主一般傾向于尋找一個EPC 總承包商，從而降低業(yè)主的管理成本，讓專業(yè)的人干專業(yè)的活。

1.2 從業(yè)主的角度提供EPC 方案

國際市場上大量的光伏發(fā)電項目開發(fā)模式一般是通過業(yè)主對電價進(jìn)行競標(biāo)，價低者獲得項目。在競標(biāo)過程中業(yè)主需要考慮的成本包括融資成本、項目的征地成本、辦理各種許可的成本、建設(shè)成本（EPC 總承包成本）、建完后的項目運維成本等，其中建設(shè)成本占比最大，所以在電價競標(biāo)的過程中，合理的EPC 總承包價格是業(yè)主贏得電價競標(biāo)的關(guān)鍵，因此很多業(yè)主越來越傾向于在電價競標(biāo)的前期就綁定EPC總承包商，以免費獲取最優(yōu)的價格和最合理的技術(shù)方案。

因此，對于EPC 總承包商來說，前期階段提供給業(yè)主的方案就不能僅從EPC 的角度出發(fā)提供報價，而需要從業(yè)主的角度出發(fā)，為業(yè)主提供最具競爭力的電價，即在業(yè)主設(shè)定邊界條件下的最低LCOE。這種從業(yè)主角度提供一站式解決方案的總承包方式，真正做到了為業(yè)主考慮，大大提高了EPC 總承包商的項目中標(biāo)率。

2 LCOE 模型及其說明

2.1 LCOE 模型

平準(zhǔn)化度電成本LCOE（Levelized Cost Of Energy）是業(yè)主贏得電價競爭的最重要的指標(biāo)，該指標(biāo)意義非常簡單，就是單位發(fā)電量的成本，也就是將一個光伏發(fā)電項目全生命周期內(nèi)所發(fā)生的所有成本除以所發(fā)的總電量，即可得出，如公式（1）所示。

式中：I0為初始投資，除了EPC 成本，對于光伏發(fā)電項目，還可能涉及其他成本如征地補(bǔ)償、各種許可申請等費用、融資成本等；n為系統(tǒng)運行年限，對于光伏發(fā)電項目，一般組件的保證壽命為25 a，因此項目壽命期可取25 a；Dn為系統(tǒng)折舊，考慮到折舊的抵稅效應(yīng)，尤其是對于加速折舊會產(chǎn)生較多的稅收優(yōu)惠，折舊帶來的收益應(yīng)從總成本中扣除；i為年利率；T為項目所在國的所得稅率；An為系統(tǒng)的第n年的運維成本及其他成本；Vr為系統(tǒng)壽命期末的殘值；Yn為系統(tǒng)第n年的理論發(fā)電量。

2.2 LCOE 模型的修正

由于上述模型較為簡單，未完全考慮光伏發(fā)電項目各種輸入的邊界條件，為此工作人員采用美國國家能源署（NREL）的可再生能源成本CREST（Cost of Renewable Energy Spreadsheet tool）工具對光伏發(fā)電項目的投融資模式和經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行貼近工程實際應(yīng)用分析，對LCOE的影響因素做敏感性分析。

決定光伏發(fā)電項目經(jīng)濟(jì)效益的直接因素是光伏發(fā)電項目的收入與支出，包括3 個方面：1）收入來源為裝機(jī)容量（MW）、容量因子（主要反映了發(fā)電的效率，由太陽輻射量或年等效利用小時數(shù)決定，隨時間變化會有因組件衰減、逆變器老化、模塊臟污和太陽光照不足造成的損失）、單位電量電價和其他收入（PPA 購電協(xié)議和其他激勵政策）。2）支出的主要因素[1]。一次性的建設(shè)成本（通常由光伏發(fā)電項目EPC 合同約定）；運維費用（通常以光伏發(fā)電項目運行25a計算，包括運維、土地租賃、企業(yè)開銷、通貨膨脹等）；貸款償還成本（在還款年限內(nèi)定期償還貸款利息和本金）；稅收優(yōu)惠政策（中央和地方政府稅收優(yōu)惠政策等）。3）其他因素如碳排放交易中的核證減排機(jī)制等也會對光伏發(fā)電項目收支造成影響，暫不考慮。其他因素如光伏組件衰減率、逆變器更換、現(xiàn)金等已經(jīng)計算在模型內(nèi)。

CREST 模型根據(jù)光伏發(fā)電項目的凈現(xiàn)值NPV ≥0 反算出LCOE價格。

3 項目的邊界條件

3.1 不同地區(qū)的光伏資源不一樣

光伏發(fā)電項目的收益很大程度上受到該地區(qū)光伏資源的制約，包括以下2 點：1）自然條件。由于太陽高度角的不同和地理緯度的不同，一般來說緯度低的地區(qū)太陽高度角大，太陽輻射強(qiáng)；晴天天數(shù)多，海拔高、空氣稀薄、大氣透明度大時太陽輻射能量更大；日照時間越長，地面所獲的太陽能總輻射越多。2）技術(shù)和設(shè)備條件，包括光伏組件的效率和質(zhì)量、光伏支架的安裝方式和傾角，逆變器效率，其他因素如因清潔不當(dāng)或不及時造成的遮擋或灰塵沉降、鳥糞污染等，清洗前后的發(fā)電量差異可達(dá)5%～7%。在具體計算時，工作人員用容量因子（%）來衡量某地區(qū)光伏發(fā)電量的大小。以杭州地區(qū)為例，全年日照時長大約為1 471 h，容量因子約為10%，與杭州緯度相同的太陽能條件優(yōu)越的中東地區(qū)可以達(dá)到2 900 h～4 800 h，容量因子可達(dá)到18%。

3.2 不同地區(qū)的融資成本不同

對光伏發(fā)電項目進(jìn)行投資時，資金包括企業(yè)或業(yè)主的自有資金和融資獲得的其他資金。中資企業(yè)在推進(jìn)海外項目融資的過程中，將涉及可提供貸款的境外商業(yè)銀行、中國政策性銀行和大型中國商業(yè)銀行、在對應(yīng)地區(qū)開展投資業(yè)務(wù)的中方主權(quán)投資基金和中國出口信用保險公司（中信保）等金融機(jī)構(gòu)。經(jīng)濟(jì)金融發(fā)展水平和狀況不同的地區(qū)和不同金融機(jī)構(gòu)的選擇使利率存在差異，擔(dān)保條款和貸款要求也不同。一般而言，一個國家或者地區(qū)經(jīng)濟(jì)越發(fā)達(dá)，信用環(huán)境和法制建設(shè)越好，金融業(yè)和金融市場越發(fā)達(dá)，利率也就越低。對業(yè)主經(jīng)營能力、財務(wù)狀況、償付能力的盡職調(diào)查將直接影響融資性保函的要求和成本。

3.3 不同地區(qū)的稅收政策不一樣

在不同的國家和地區(qū)，針對大型光伏發(fā)電項目所征收的營業(yè)稅、企業(yè)所得稅、增值稅、印花稅等稅收優(yōu)惠政策不一而足。以美國為例，就有針對可再生能源發(fā)電的稅收激勵政策，包括生產(chǎn)稅收抵免PTC（Production Tax Credit），風(fēng)能、地?zé)崮芎蜕锬馨l(fā)電可獲得24 美元/MWh 的生產(chǎn)補(bǔ)貼，其他新能源可獲得12 美元/MWh 的補(bǔ)貼。此外，國家層面有投資稅收抵免ITC（Investment Tax Credit），2019 年允許從聯(lián)邦稅收中扣除安裝光伏發(fā)電項目成本的26%，2022 年開始這一比率將下降為10%。

4 案例分析

4.1 假設(shè)條件

在中東地區(qū)建設(shè)裝機(jī)容量為100 MWdc 的光伏發(fā)電項目，建設(shè)期為12 個月，建設(shè)貸款利率為3%，太陽能輻射充足，光照條件優(yōu)越，等效利用小時數(shù)可達(dá)到2400h/a，容量因子為18%，經(jīng)過計算，年發(fā)電量為157 680 000kW·h（年發(fā)電量=裝機(jī)容量×容量因子×365×24），因光伏組件衰減等因素，年發(fā)電量以每年0.4%的速度減少。該項目的生命周期為25 a。工程資金籌措方式按照“商業(yè)貸款+股權(quán)投資”形式，銷售稅金和所得稅等稅款統(tǒng)一按照6%征收?；A(chǔ)的建設(shè)成本和運維成本設(shè)置條件見表1。

表1 項目假定條件

該文用VBA 使CREST模型進(jìn)行自動運算，選用不同組變量變化將如何影響LCOE。

4.2 不同建設(shè)成本下與容量因子對LCOE 的影響

選取建設(shè)成本和容量因子作為第一組變量，在建設(shè)成本為47 000 000 美元的前提下，建設(shè)成本以1%的步長增長，容量因子以0.3%的步長增長。通過VBA 運算得到對應(yīng)數(shù)據(jù)點，得出不同建設(shè)成本與不同容量因子下的LCOE值（表2），即建設(shè)成本變化區(qū)間為100%～110%，容量因子變化區(qū)間為100%～103%，LCOE變化區(qū)間為3.228～3.518。由數(shù)據(jù)點可以找到一些規(guī)律，建設(shè)成本和容量因子以對應(yīng)比例增長，具體為建設(shè)成本每增加1%，容量因子需要對應(yīng)提高約0.6%，才能使LCOE單位發(fā)電成本保持恒定。

表2 不同建設(shè)成本與不同容量因子下的LCOE 值

為提高發(fā)電容量因子，需要對光伏發(fā)電項目的容量因子影響因素進(jìn)行分析：1）科學(xué)設(shè)計光伏發(fā)電項目建設(shè)，如考慮因季節(jié)氣候變化帶來的太陽光輻射強(qiáng)度變化，對比固定式、可調(diào)式及跟蹤式支架的建設(shè)成本投入與容量因子的增加，以便得到最低LCOE。2）以國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范化設(shè)計，保證光伏發(fā)電項目生產(chǎn)活動的高效穩(wěn)定。建設(shè)成本的投入可以將科學(xué)合理地選擇電氣設(shè)備作為重點[2]，全面分析設(shè)備自身性能、選擇相應(yīng)規(guī)格的設(shè)備，最大程度地消除外在因素對設(shè)備的影響；根據(jù)光伏發(fā)電項目運行的具體環(huán)境，提高電力生產(chǎn)效率，降低電能轉(zhuǎn)換與發(fā)電輸送流失的電力。

4.3 同一融資方案下適度增加建設(shè)成本能降低運維成本

光伏發(fā)電項目影響LCOE的最重要因素建設(shè)成本和運維成本，如果以建設(shè)成本與運維成本為變量，觀察到兩者反向變動對LCOE的影響。在保證融資貸款利率、債務(wù)與股權(quán)比例、還款年限等資本結(jié)構(gòu)不變的前提下，經(jīng)CREST模型的模擬運算，單位運維成本以3 美元/kW/年計，從100%提高到140%，以步長5%的幅度增加；假設(shè)建設(shè)成本相應(yīng)降低，各項總和為47 000 000 美元，從100%降低到95%，以步長0.5%減少。分析運算數(shù)據(jù)列表中不同總投資與不同運維費用下的LCOE值，見表3，通過觀察可知每增加0.5%的建設(shè)成本，減少約5%單位運維成本，仍可保持LCOE不變。

表3 不同總投資與不同運維費用下的LCOE 值

為加速光伏行業(yè)進(jìn)入“平價時代”，使LCOE達(dá)到最佳，光伏發(fā)電項目的精細(xì)化、數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型為大勢所趨。通過適度增加建設(shè)成本，引入如智能清洗機(jī)器人、無人智能巡檢機(jī)、割草機(jī)器人等專業(yè)化運維設(shè)備[3]，應(yīng)用軟件對電站完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、發(fā)電量統(tǒng)計、PR 分析、組串故障定位、缺陷管理、自動化報表管理等工作，實現(xiàn)24 h 實時監(jiān)測等，能有效提高光伏發(fā)電項目運行效率，降低經(jīng)濟(jì)損失，延長運行時間。

5 結(jié)語

綜上所述，在以項目融資形式實施的光伏發(fā)電項目中，在對CREST 模型進(jìn)行模擬運算后，為使LCOE達(dá)到最優(yōu)值，對影響光伏發(fā)電項目度電成本的容量因子、建設(shè)成本和運維成本進(jìn)行協(xié)同考量。如在該文設(shè)定條件下，建設(shè)成本每增加1%，容量因子需要對應(yīng)提高0.6%，LCOE可保持不變；每增加0.5%的總體建設(shè)成本，則單位運維成本可降低5%，仍能保持LCOE不變。對光伏發(fā)電項目選址、技能技術(shù)、元件設(shè)備性能、衰減等方面進(jìn)行綜合考量，最大化發(fā)電量；同時在保持項目質(zhì)量的前提下適度降低建設(shè)和運維成本，能有效降低LCOE。在具體項目操作和執(zhí)行的過程中，需要根據(jù)實際情況，可以結(jié)合CREST模型進(jìn)行模擬運算，輔助項目決策。