高耗能企業(yè)采用光伏系統(tǒng)發(fā)電的效益分析

楊雙銘

摘要：在高耗能企業(yè)的整個生產(chǎn)過程中，能耗成本占了總成本中較高的比例，本文旨在分析高耗能企業(yè)采用光伏發(fā)電系統(tǒng)在分時電價下的經(jīng)濟效益，選擇某地區(qū)的一家高耗能企業(yè)作為實際案例，根據(jù)電力系統(tǒng)組件、電價、運行成本等構(gòu)建數(shù)學(xué)模型來找出對該企業(yè)經(jīng)濟效益最佳的方案并對可能影響系統(tǒng)成本的因素進行整體分析。結(jié)果表明，最經(jīng)濟的配置是采用光伏發(fā)電系統(tǒng)實現(xiàn)的，項目全周期內(nèi)的凈現(xiàn)成本（NPC）為61467611.54元，可再生能源發(fā)電占比為24.7%。研究表明：采取此類工程可以為高耗能企業(yè)提供清潔，經(jīng)濟和可靠的電力能源。

關(guān)鍵詞：混合發(fā)電系統(tǒng);微電網(wǎng)容量優(yōu)化;光伏系統(tǒng); 新能源發(fā)電

1引言

高耗能企業(yè)也被稱為能源消費密集型企業(yè)[1]，電能的合理調(diào)度、優(yōu)化配置是高耗能企業(yè)能源轉(zhuǎn)型的重中之重[2]。在參考文獻[3]中，作者應(yīng)用并網(wǎng)太陽能光伏發(fā)電為印度的一所大學(xué)通電，擬議的系統(tǒng)已經(jīng)取得了經(jīng)濟效益。[4]研究了光伏和電池的采用對德國國家電網(wǎng)的影響，在德國提高光伏電池使用率的過程中，電價上漲比降低光伏電池價格更重要。

本文對某高能耗企業(yè)的實際案例進行研究，考慮到光伏發(fā)電系統(tǒng)的出力特性與高耗能企業(yè)對電價的高敏感度[5]，結(jié)合當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)電價，在系統(tǒng)并網(wǎng)保證用電可靠性的前提下，減少購電成本，旨在評估該系統(tǒng)在經(jīng)濟效益上的可行性。

2系統(tǒng)模型

2.1負荷評估

本文通過對選定的高耗能企業(yè)的用電量進行調(diào)查，得出該企業(yè)2019年度具體用電平均負荷需求為21659kW/天，峰值用電為2330kW。該企業(yè)在11、12月份用電量較大，8月用電量較小。

2.2微網(wǎng)結(jié)構(gòu)與經(jīng)濟性模型

該系統(tǒng)由光伏系統(tǒng)、儲能、電網(wǎng)、變流器以及用電負荷組成。在本小節(jié)中，將說明混合能源

系統(tǒng)單元的組成。仿真中可以達到最小凈現(xiàn)成本值（NPC）的微網(wǎng)系統(tǒng)被認(rèn)為是最佳模型。使用以下表達式計算系統(tǒng)的總NPC。

其中Ctot，ann代表著系統(tǒng)年化總成本（元/年），i代表實際利率（%），t代表著項目生命周期（年），CRF代表資本回收因子，本研究將項目周期定為10年，實際年利率為5.88%。

2.3光伏板參數(shù)

本次仿真中，光伏板的成本與技術(shù)參數(shù)如下。其具體的容量與規(guī)模將適配具體的模型由仿真結(jié)果得出。其中光伏板的追蹤方式為固定式，電站投資成本約為5000元/kW。

2.4電網(wǎng)

該地區(qū)電網(wǎng)對于高耗能企業(yè)的購電費率設(shè)置了三種不同的價格：谷時電價0：00-8：00、峰時電價價：8：00-12：00，12：00-17：00和平時電價17：00-0：00。價格分別為0.3119元/千瓦時/1.0597元/千瓦時和0.6358元/千瓦時。

3計算結(jié)果及分析

系統(tǒng)建模的要素分為三個部分：系統(tǒng)組成、成本與一些參數(shù)變量。所有系統(tǒng)組合根據(jù)NPC和度電成本COE的最小值依次列出，并尋找出最高效益的微網(wǎng)組合。

在該電網(wǎng)電價下，企業(yè)配置1600kW光伏板和900kW變流器與電網(wǎng)混合供電是最佳效益組合，此時一年內(nèi)該企業(yè)的光伏發(fā)電量、電網(wǎng)購電量及其占比如圖1所示，光伏發(fā)電量為2001971kW/年，電網(wǎng)購電量為6112354kW/年，。NPC值為61467611.54元，COE值為0.669元/度。含光伏的發(fā)電系統(tǒng)與單一由電網(wǎng)供電兩種模式的具體參數(shù)對比如表1所示。

4 結(jié)論

本文通過仿真分析了選定企業(yè)采用光伏發(fā)電在經(jīng)濟上的可行性。

該企業(yè)采用1600kW光伏發(fā)電系統(tǒng)與900kW變流器與電網(wǎng)組成聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)時可以產(chǎn)生最好的經(jīng)濟效益。此時需要前期的投資為1230萬元，每度電的成本為0.66元。 結(jié)果證明光伏發(fā)電作為一種相對可靠的可再生能源應(yīng)用于我國的高耗能企業(yè)，不但符合我國綠色節(jié)能的發(fā)展要求，還可以產(chǎn)生一定的經(jīng)濟效益。

參考文獻：

[1]秦睿，張世才，張順.高耗能企業(yè)電價承受能力分析及對策[J].工業(yè)儀表與自動化裝置，2013（06）：117-119.

[2]Adaramola MS，V?gnes EE. Preliminary assessment of a small-scale rooftop PV-grid tied in Norwegian climatic conditions. Energy Convers Manag. 2015 ; 90： 458-65.

[3]Tomar V，Tiwari GN. Techno-economic evaluation of grid connected PV system for households with feed in tariff and time of day tariff regulation in New Delhie A sustainable approach. Renew Sustain Energy Rev 2017; 70： 822-35.

[4]Alyousef A，Adepetu A，de Meer H. Analysis and model-based predictions of solar PV and battery adoption in Germany： an agent-based approach. Comput Sci Res Dev 2017;32（1e2）：211-23.

[5]胡真. 基于需求響應(yīng)的高耗能企業(yè)發(fā)用電效益優(yōu)化[D].湘潭大學(xué)，2016.