加油站增設(shè)分布式光伏電站建設(shè)模式的比選研究

中國石油天然氣股份有限公司湖北銷售分公司 胡芷源

中國石油天然氣股份有限公司湖北銷售分公司 李 奕 汪 翔 湯方斌

哈爾濱天源石化工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司 祝 亮 樂 彬 姚 靜

分布式光伏具有投資成本低、可就近利用等特點(diǎn)，適用于加油站建設(shè)光伏電站。2021年，中國石化已在江蘇、海南、廣東等地建成光伏發(fā)電站點(diǎn)，中國石油也已實(shí)際運(yùn)行光伏電站109座，目前全國現(xiàn)有加油站約12萬座，隨著“中石油、中石化”所屬加油站增設(shè)光伏電站取得實(shí)效后，必將得到廣泛推廣。因此，有必要對(duì)加油站增設(shè)分布式光伏電站的建設(shè)模式進(jìn)行比選，為后續(xù)工作提供參考。

1 相關(guān)研究文獻(xiàn)評(píng)述

對(duì)分布式光伏電站成本和收益的研究在國外起步較早，OCDE等（2010）最早運(yùn)用LCOE（度電成本）模型，對(duì)21個(gè)國家近200家工廠的分布式光伏電站的成本進(jìn)行分析；邱壽豐、陳巧燕（2016）建立了分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)模型[1]；楊昌輝、石瑞智（2021)基于區(qū)域?qū)用娌煌妰r(jià)情景，在LOCE模型基礎(chǔ)上，加入效益指標(biāo)改進(jìn)得到平準(zhǔn)化發(fā)電凈現(xiàn)值模型（LNOE），測算了不同貼現(xiàn)率和有無電價(jià)補(bǔ)貼等條件下的光伏電站收益的差別[2]；張蕾（2021）對(duì)加油站光伏發(fā)電模式的選擇中，推薦“自發(fā)自用、余電上網(wǎng)”模式為當(dāng)前加油站光伏建設(shè)推薦首選模式[3]。

梳理現(xiàn)有文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，學(xué)界對(duì)上述內(nèi)容進(jìn)行了充分研究，但將分布式光伏電站的經(jīng)濟(jì)效益測算與加油站行業(yè)相結(jié)合方法研究較少，且很少有研究采取何種方式去建設(shè)加油站增設(shè)分布式光伏電站。本文以加油站增設(shè)分布式光伏電站為研究對(duì)象，研究構(gòu)建“自主投資建設(shè)”和“合作方建設(shè)分紅”兩種方式下的收益模型，并找尋其平衡點(diǎn)，以區(qū)分適宜的實(shí)施方案。

2 加油站增設(shè)分布式光伏電站的收益影響因素

分布式光伏電站的收益主要來自對(duì)自身發(fā)電量的變現(xiàn)，概括為影響發(fā)電量的因素、影響發(fā)電量變現(xiàn)的因素、影響建設(shè)成本的因素以及其他因素等四個(gè)方面。

2.1 影響發(fā)電量的因素

主要包括太陽光照輻射強(qiáng)度、光伏電站的裝機(jī)容量、現(xiàn)場實(shí)際條件、組件的安裝角度、設(shè)備的效率因素、組件功率的年平均衰減率、氣象條件及環(huán)境因素等。

2.2 影響發(fā)電量變（折）現(xiàn)因素

主要包括年用電量、光伏出力比例、用電量的年均增幅率、購電和售電價(jià)格、購電價(jià)格折扣等。

2.3 影響電站建設(shè)成本因素

主要包括裝機(jī)容量、單瓦造價(jià)、變壓器容量。

2.4 其他影響因素

主要包括碳指標(biāo)交易價(jià)格、屋面防水替代率、屋面防水單價(jià)。

3 分布式光伏電站在加油站應(yīng)用

在遵照某公司庫站分布式光伏系統(tǒng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合湖北地區(qū)加油站實(shí)際情況，主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行研究。

3.1 光伏組件的選用

光伏組件是光伏電站的核心設(shè)備，在目前市場上主流的光伏組件中，晶硅電池仍占主導(dǎo)地位。其中，單晶硅電池在所有種類光伏組件中轉(zhuǎn)換效率最高，近年來性價(jià)比也逐步提升，在加油站增設(shè)分布式光伏電站，推薦使用轉(zhuǎn)換效率21%左右的單晶硅技術(shù)光伏組件。

3.2 結(jié)構(gòu)安全性的保證

根據(jù)《建筑節(jié)能與可再生能源利用通用規(guī)范》（GB55015-2021）中5.2.2的要求，在既有建筑上增設(shè)或改造太陽能系統(tǒng)，必須經(jīng)建筑結(jié)構(gòu)安全復(fù)核，滿足建筑結(jié)構(gòu)的安全性要求。因此，在加油站屋頂增設(shè)光伏組件前，必須選取有資質(zhì)的檢驗(yàn)鑒定單位，對(duì)原有房屋結(jié)構(gòu)的安全性進(jìn)行檢驗(yàn)鑒定，確保增設(shè)的光伏電站載荷不會(huì)對(duì)房屋結(jié)構(gòu)安全造成影響。

3.3 建設(shè)方案的設(shè)計(jì)

選取標(biāo)準(zhǔn)加油站的房屋，對(duì)光伏組件的布設(shè)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)了三種建設(shè)方案。

3.3.1 最佳傾角方案——A方案

將光伏組件按最佳傾角安裝，方案安裝示意圖如圖1所示。

圖1 A方案安裝示意圖

該方案光伏組件轉(zhuǎn)換效率較高，但為了避免光伏組件相互遮擋，每行光伏組件之間需留有一定間隙，因此該方案組件的安裝面積較小，因此裝機(jī)容量小，且該方案無法替代屋面防水，替代率為0%。

3.3.2 半鋪方案——B方案

將光伏組件按照一定的角度后坡度進(jìn)行半鋪，方案安裝示意圖如圖2所示。

圖2 B方案安裝示意圖

該方案犧牲角度，取消間隙，增大安裝面積，進(jìn)而提高光伏系統(tǒng)的裝機(jī)容量。安裝坡度控制為10%，實(shí)現(xiàn)了對(duì)屋面部分的遮蓋，對(duì)原有屋面防水實(shí)現(xiàn)一定程度的替代，替代率約為40%。

3.3.3 滿鋪方案——C方案

將光伏組件按照一定角度或坡度進(jìn)行平鋪，該方案能夠?qū)崿F(xiàn)的光伏裝機(jī)容量最大，但光伏組件的轉(zhuǎn)換效率最低。

方案安裝示意圖如圖3所示。該方案保留了平鋪方案沒有間隙的優(yōu)勢，進(jìn)一步增大了安裝面積，實(shí)現(xiàn)裝機(jī)容量最大，但同時(shí)轉(zhuǎn)化效率最低。此方案下，光伏組件實(shí)現(xiàn)對(duì)全部屋面的遮蓋，防水替代率100%。

圖3 C方案安裝示意圖

3.4 推薦的建設(shè)模式

綜合已經(jīng)建設(shè)的項(xiàng)目來看，加油站增設(shè)光伏的建設(shè)模式主要有以下兩類。

3.4.1 自主投資建設(shè)

即依托自有的加油站場地，使用自有資金對(duì)加油站投資建設(shè)光伏電站及運(yùn)維。該建設(shè)模式的優(yōu)勢在于全流程把控項(xiàng)目的建設(shè)過程，能夠保障工程施工安全和質(zhì)量。對(duì)電站發(fā)電量有完全自主的支配權(quán)，為后續(xù)電站的效能優(yōu)化、隔墻售電業(yè)務(wù)提供支持，具備一定的增效潛力。但該模式所需投資較大，內(nèi)部收益率受相關(guān)因素的影響可能出現(xiàn)波動(dòng)。

3.4.2 合作方建設(shè)分紅

合作方建設(shè)分紅，即依托公司自有的加油站場地，由第三方全部投資完成光伏電站的建設(shè)，加油站通過以折扣購買光伏電站電價(jià)獲利。該建設(shè)模式的優(yōu)勢有效借助第三方優(yōu)質(zhì)資源，避免自身投資過大，并解決了電站報(bào)建、并網(wǎng)、運(yùn)營等陌生領(lǐng)域經(jīng)驗(yàn)不足等問題，且可獲得穩(wěn)定的用電價(jià)格折扣。但需加強(qiáng)對(duì)建設(shè)過程的把控，確保質(zhì)量和安全，同時(shí)該模式下收益情況基本不變，缺少增效潛力。

4 加油站增設(shè)分布式光伏電站的收益模型

4.1 建立收益模型

為進(jìn)一步研究光伏電站收益與相關(guān)因素之間的關(guān)系，采用財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值方式，設(shè)定相關(guān)變量，建立數(shù)學(xué)模型。

4.1.1 設(shè)定相關(guān)參數(shù)變量（見表1）

表1

4.1.2 自主建設(shè)的光伏電站財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值模型

其中：t=1,2,3,……25；Ep=K×HA×PA/EA；PA=S站/COSθ/S光×P光；D、T碳、S站、S光、P光、β根據(jù)選定項(xiàng)目或設(shè)備取值；α、γ、λ依據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)測得具體值；θ以現(xiàn)場實(shí)際設(shè)計(jì)安裝方案為準(zhǔn)；K根據(jù)方案不同取值不同（A方案0.823，B方案0.813，C方案0.773）；HA以項(xiàng)目所在地光照資源確定；EA取1；Y取值范圍（4，10）具體以招標(biāo)結(jié)果為準(zhǔn)；Ft在上述取值確定后依據(jù)稅收和維保要求計(jì)算歷年稅費(fèi)金額；X根據(jù)加油站實(shí)際情況測算具體取值。

4.1.3 合作建設(shè)分紅的光伏電站財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值模型

式 中 ：Ep=K×HA×PA/EA；PA=S站/COSθ/S光；P光；D、T碳、S站、S光、P光根據(jù)選定項(xiàng)目或設(shè)備取值；α、β、γ、θ、λ依據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)測得具體值；K根據(jù)方案不同取值不同（A方案0.823，B方案0.813，C方案0.773）；HA以項(xiàng)目所在地光照資源確定EA取1合作模式用電折扣：μ取值以招標(biāo)結(jié)果為準(zhǔn)。

4.1.4 平衡點(diǎn)分析

當(dāng)采取自主投資建設(shè)模式，對(duì)于某一確定站點(diǎn)，在設(shè)備選型、安裝形式確定后，其收益情況主要決定于Y，即單瓦投資費(fèi)用。單瓦投資費(fèi)用越高，其收益越低甚至為負(fù)。而單瓦投資費(fèi)用越低，則其收益越高。

當(dāng)公司采取合作模式增設(shè)分布式光伏電站時(shí)，對(duì)于某一確定加油站點(diǎn)，在設(shè)備選型、安裝形式確定后，通過歷史數(shù)據(jù)確定其他參數(shù)后，其收益情況主要決定于μ，即合作模式用電折扣。折扣比例越高，其收益越大，折扣比例越低，收益越小。

另兩個(gè)模型的凈現(xiàn)值相等時(shí)，可得到一個(gè)包含Y（單瓦費(fèi)用）和μ（合作用電折扣）的等式，通過轉(zhuǎn)換可得到：以Y為因變量，μ為自變量的等式。如下：

μ的取值范圍為（0-1），則對(duì)應(yīng)了不同的Y值，即可通過合作建設(shè)分紅模式時(shí)，用電折扣比例的大小，推算其等值收益情況下自主建設(shè)的最高單瓦造價(jià)成本Y平。

當(dāng)招標(biāo)確定的單瓦造價(jià)Y≥Y平時(shí)，該站點(diǎn)采取合作分紅模式收益更好；當(dāng)招標(biāo)確定的單瓦造價(jià)Y＜Y平時(shí)，該站點(diǎn)采取自主建設(shè)模式收益更好。

4.2 模型的局限性

模型中還存在一定局限。如在實(shí)際應(yīng)用中，加油站可用安裝面積雖確定，但其長寬比例存在不確定性，難以通過匹配到合適規(guī)格的光伏組件，因此將導(dǎo)致可用面積難以被100%的全部利用；加油站內(nèi)可能存在多所用房，本模型將所有用站屋頂面積進(jìn)行了簡單的累加，未能考慮該拼湊面積與整體面積對(duì)光伏組件布設(shè)帶來的影響，實(shí)際應(yīng)用中可能導(dǎo)致光伏裝機(jī)容量出現(xiàn)偏差。由于模型中部分參數(shù)的取值需要依托歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行人為估算，導(dǎo)致參數(shù)取值可能與實(shí)際出現(xiàn)偏差，進(jìn)而影響模型的準(zhǔn)確性。

4.3 應(yīng)用過程中對(duì)模型的改進(jìn)方法

在實(shí)際應(yīng)用過程中，對(duì)于某一確定的加油站，可以通過實(shí)地踏勘的形式，更加精確地掌握站點(diǎn)的實(shí)際情況，科學(xué)合理的對(duì)其光伏組件的布局進(jìn)行研判，進(jìn)而確定最合理的布設(shè)方式和裝機(jī)容量，裝機(jī)容量確定后，可直接代入模型，提高模型的精確性。對(duì)于確定站點(diǎn)的光伏出力比例、年平均用電量增幅情況，除了通過人為經(jīng)驗(yàn)判斷外，還可以通過歷史用電數(shù)據(jù)、運(yùn)行數(shù)據(jù)、站內(nèi)主要用電設(shè)備功率等數(shù)據(jù)等進(jìn)行更準(zhǔn)確地計(jì)算，提高模型精度。