中國南方部分地區(qū)分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性對比

王 建，廖興萬，李 苗，李 斌，段曦瞳

(國家石油天然氣管網(wǎng)集團(tuán)有限公司華南分公司，廣州 510630)

0 引言

2020年是能源領(lǐng)域向低碳轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵年，占全球碳排放總量一半以上的經(jīng)濟(jì)體都宣布了到本世紀(jì)中葉實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)[1]。中國也根據(jù)自身情況，及時(shí)提出了自己的碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)，并作出相關(guān)部署。2020年9月22日，習(xí)進(jìn)平主席在75 屆聯(lián)合國大會一般性辯論上向全世界宣布了中國的碳中和承諾[2-3]。2020年10月召開的黨的十九屆五中全會給出了2035年能源遠(yuǎn)景目標(biāo)，即“要廣泛形成綠色生產(chǎn)生活方式，碳排放達(dá)峰后穩(wěn)中有降”[4]。2020年11月22日，習(xí)近平主席在二十國集團(tuán)領(lǐng)導(dǎo)人利雅得峰會“守護(hù)地球”主題邊會上致辭時(shí)表示中國對于之前的碳排放承諾言出必行，將堅(jiān)定不移加以落實(shí)[3]。在2020年12月12日的氣候雄心峰會上，中國提出到2030年非化石能源占一次能源消費(fèi)比重提高到25%，這意味著未來十年間，中國非化石能源的消費(fèi)每年要提高1個(gè)百分點(diǎn)[3-5]?；?025年非化石能源占比達(dá)到20%的目標(biāo)，倒推出“十四五”期間光伏發(fā)電年均新增裝機(jī)容量有望超82 GW，年化復(fù)合增速有望超20%[5]。

為了響應(yīng)節(jié)能減排號召，某成品油管道公司(下文簡稱為“公司”)在所轄地區(qū)的輸油站進(jìn)行了綠色站場建設(shè)改造，建設(shè)了分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目。自2018年4月至2021年9月，已在約68%的輸油站場完成了裝機(jī)容量為20～250 kW 的分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目的建設(shè)，總裝機(jī)容量約2.7 MW，每年電費(fèi)收益超過200 萬元。本文對該公司位于4個(gè)省份的分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目在2018～2021年的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，并以日有效利用小時(shí)數(shù)和日電費(fèi)收益作為評價(jià)這些分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目的指標(biāo)，得到各省分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目的發(fā)電量及收益情況，以期為有類似情況的企業(yè)未來統(tǒng)籌推進(jìn)分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目提供參考。

1 分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目的評價(jià)指標(biāo)

1.1 平準(zhǔn)化度電成本(LCOE)

光伏行業(yè)內(nèi)通常采用LCOE 來衡量光伏發(fā)電項(xiàng)目整個(gè)生命周期內(nèi)的單位發(fā)電量成本[6]。有學(xué)者優(yōu)化和細(xì)化了之前平準(zhǔn)化度電成本CL,E的公式，得到了較為準(zhǔn)確的表達(dá)方式[7]如式(1)所示：

式中：Ccr為光伏發(fā)電項(xiàng)目裝機(jī)成本；rd為系統(tǒng)殘值率；i為折現(xiàn)率；N為光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行期限，一般為25年；Cop為運(yùn)營成本，主要包括維護(hù)和管理費(fèi)用、保險(xiǎn)費(fèi)用、輸電成本和配電費(fèi)用；Cfn為財(cái)務(wù)費(fèi)用，是指由于貸款而產(chǎn)生的利息支出；Ctax為稅費(fèi)，主要包括增值稅、附加稅和所得稅；Icdm為清潔發(fā)展機(jī)制收入，如補(bǔ)貼等；Egn為第n年的光伏發(fā)電量。

1.2 日有效利用小時(shí)數(shù)和日電費(fèi)收益

由式(1)計(jì)算得到的LCOE 是理論值，在項(xiàng)目建設(shè)前期有較好的指導(dǎo)意義，但在光伏發(fā)電項(xiàng)目運(yùn)行期間或在不同項(xiàng)目地，會因電價(jià)差異而使收益有所差別，因此將該指標(biāo)用于現(xiàn)場光伏發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的評價(jià)則存在不足。

LCOE 的計(jì)算相對復(fù)雜，不利于現(xiàn)場使用，且光伏發(fā)電項(xiàng)目運(yùn)行期間，LCOE 計(jì)算時(shí)采用的光伏發(fā)電項(xiàng)目裝機(jī)成本、運(yùn)營成本、財(cái)務(wù)費(fèi)用、稅收、清潔發(fā)展機(jī)制收入、第n年的光伏發(fā)電量折算到單位光伏發(fā)電裝機(jī)容量下的歸一化值與初始計(jì)算時(shí)，其中的部分或全部參數(shù)都可能發(fā)生變化。公司不同輸油站所建設(shè)的分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目，或同一個(gè)輸油站不同時(shí)期建設(shè)的分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目，均無法通過LCOE 進(jìn)行當(dāng)前某段時(shí)間的經(jīng)濟(jì)性核算，而是需要進(jìn)行現(xiàn)場比選。

針對上述問題，本文以日有效利用小時(shí)數(shù)、日電費(fèi)收益2個(gè)參數(shù)作為公司分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目的評價(jià)指標(biāo)。

日有效利用小時(shí)數(shù)K1是指每千瓦光伏發(fā)電系統(tǒng)每天的有效發(fā)電時(shí)長，理論計(jì)算式如式(2)所示：

式中：T為項(xiàng)目所在地的年峰值日照時(shí)數(shù)：η為光伏發(fā)電系統(tǒng)的效率，一般取0.8。

實(shí)際運(yùn)行時(shí)，由于各種原因，光伏發(fā)電系統(tǒng)每年的運(yùn)行時(shí)間一般不足365 天，公司利用實(shí)際統(tǒng)計(jì)的光伏發(fā)電量和發(fā)電天數(shù)計(jì)算日有效利用小時(shí)數(shù)，計(jì)算式如式(3)所示：

式中：Q為總光伏發(fā)電量；P為光伏發(fā)電系統(tǒng)的裝機(jī)容量；D為光伏發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行天數(shù)，與Q的統(tǒng)計(jì)時(shí)長一致。

光伏發(fā)電可以用于抵償公司的電費(fèi)支出，由此提出日電費(fèi)收益K2，是指每千瓦光伏發(fā)電系統(tǒng)每天的電費(fèi)收益，理論計(jì)算式如式(4)所示：

式中：α為光伏發(fā)電自用率；A為自用電價(jià)，即項(xiàng)目所在地的用電電價(jià)；1-α為光伏發(fā)電的上網(wǎng)率；B為上網(wǎng)電價(jià)。

對于實(shí)際運(yùn)行的分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目，每千瓦光伏發(fā)電系統(tǒng)每天的電費(fèi)收益的計(jì)算式如式(5)所示：

日有效利用小時(shí)數(shù)是項(xiàng)目所在地峰值日照時(shí)長的另一種表示形式，可用于衡量單位光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電能力。日電費(fèi)收益考慮了項(xiàng)目所在地的電價(jià)，未考慮初始投資成本差異，既可用于比較同一光伏發(fā)電項(xiàng)目不同時(shí)間段的經(jīng)濟(jì)效益，又可比較光伏發(fā)電項(xiàng)目在同一時(shí)間段的經(jīng)濟(jì)效益。

相較于LCOE，日有效利用小時(shí)數(shù)和日電費(fèi)收益這2個(gè)指標(biāo)的計(jì)算方式更簡單，結(jié)果更直觀，更適合在分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目現(xiàn)場使用。

2 分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目的運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

公司所轄已建設(shè)分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目的輸油站分布在廣東省、廣西壯族自治區(qū)、貴州省、云南省這4個(gè)地區(qū)。自2018年4月到2021年9月，建設(shè)了分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目的站場數(shù)量及光伏發(fā)電項(xiàng)目的總裝機(jī)容量逐年增加；且在2018—2020年，光伏發(fā)電量也逐年增加。2018—2021年分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目的運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示。

表1 2018—2021年分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目的運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果Table 1 Statistical results of operation data of distributed PV power generation projects from 2018 to 2021

3 基于不同指標(biāo)的分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目發(fā)電能力和經(jīng)濟(jì)性分析

3.1 日有效利用小時(shí)數(shù)

根據(jù)位于4個(gè)地區(qū)的分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目的年實(shí)際發(fā)電天數(shù)，計(jì)算得到了各地區(qū)的日有效利用小時(shí)數(shù)，具體如圖1所示。

圖1 2018—2021年4個(gè)地區(qū)分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目的日有效利用小時(shí)數(shù)Fig.1 Daily effective utilization hours of distributed PV power generation projects in four regions from 2018 to 2021

結(jié)合圖1和表1可以發(fā)現(xiàn)，在未新建光伏輸油站場的情況下，各年的日有效利用小時(shí)數(shù)也存在差異。比如圖1中廣東省2020年和2021年的數(shù)據(jù)。分析原因可能是：1)統(tǒng)計(jì)時(shí)間較短，系統(tǒng)誤差(由系統(tǒng)性能差異或天氣狀況差異等造成)帶來統(tǒng)計(jì)誤差；2)各年的峰值日照時(shí)長之間存在差異；3)隨著同一地區(qū)建設(shè)的分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目的輸油站場數(shù)量的增加，會對統(tǒng)計(jì)得到的該省的年日有效利用小時(shí)數(shù)帶來影響。4個(gè)地區(qū)分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目4年的日有效利用小時(shí)數(shù)平均值如表2所示。

表2 4個(gè)地區(qū)分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目4年的日有效利用小時(shí)數(shù)平均值Table 2 Four-year average daily effective utilization hours of distributed PV power generation projects in four regions

通過參考中國各省市的經(jīng)緯度、日均峰值日照時(shí)數(shù)、1 MW 光伏發(fā)電系統(tǒng)25年年均發(fā)電量等信息[8]，統(tǒng)計(jì)了廣東省44個(gè)、廣西壯族自治區(qū)39個(gè)、貴州省15個(gè)、云南省28個(gè)，共126個(gè)市(區(qū)、縣)的峰值日照時(shí)數(shù)(水平面)，計(jì)算了得到了4個(gè)地區(qū)4年的平均日有效利用小時(shí)數(shù)，如表3所示。

表3 4個(gè)地區(qū)4年的平均日有效利用小時(shí)數(shù)Table 3 Four-year average daily effective utilization hours in four regions

通過對比表2、表3可以發(fā)現(xiàn)：2 種方式計(jì)算得到的各地區(qū)日有效利用小時(shí)數(shù)平均值相差不大；云南省的日有效利用小時(shí)數(shù)平均值最大，是實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的重點(diǎn)發(fā)展地域；貴州省的日有效利用小時(shí)數(shù)平均值最??；廣東省和廣西壯族自治區(qū)的日有效利用小時(shí)數(shù)平均值相近。由此可認(rèn)為，公司統(tǒng)計(jì)的4個(gè)地區(qū)的分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目的運(yùn)行數(shù)據(jù)具有代表性。

3.2 日電費(fèi)收益

根據(jù)2018—2021年4個(gè)地區(qū)的分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目的年發(fā)電量和上網(wǎng)電量，可得到各地區(qū)的光伏自用電量，進(jìn)而能計(jì)算得到各地區(qū)的光伏發(fā)電自用率，結(jié)果如圖2所示。

圖2 2018—2021年4個(gè)地區(qū)的光伏發(fā)電自用率Fig.2 Self-use rate of PV power generation in four regions from 2018 to 2021

從圖2可以看出：4個(gè)地區(qū)建設(shè)的分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目的發(fā)電量以自用為主，2018—2021年，廣東省的光伏發(fā)電自用率較高，維持在約95%；廣西壯族自治區(qū)、貴州省、云南省的光伏發(fā)電自用率開始時(shí)較低，2018年，廣西壯族自治區(qū)的光伏發(fā)電自用率為74.3%，貴州省的為71.7%，云南省的為55.3%，但隨著公司發(fā)展，光伏發(fā)電自用率逐年上升，根據(jù)2021年1—9月的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，廣西壯族自治區(qū)的光伏發(fā)電自用率達(dá)到了98.1%，貴州省的達(dá)到了95.0%，云南省的為85.3%。

獲取4個(gè)地區(qū)的項(xiàng)目所在地的用電電價(jià)和上網(wǎng)電價(jià)后，計(jì)算得到了各地區(qū)分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目的日電費(fèi)收益，結(jié)果如圖3所示。

圖3 4個(gè)地區(qū)分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目的日電費(fèi)收益Fig.3 Daily electricity charge income of distributed PV power generation projects in four regions

從圖3可看出：4個(gè)地區(qū)的分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目中，廣東省的日電費(fèi)收益最高，在2.08～2.30元/kWh 之間；廣西壯族自治區(qū)的日電費(fèi)收益在1.85～2.00 元/kWh 之間；貴州省和云南省的日電費(fèi)收益較低，在1.41～1.81 元/kWh 之間。

從經(jīng)濟(jì)性角度分析，在光伏發(fā)電自用率大于85%的情況下，建設(shè)于廣東省的分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目的收益最好。在未來電價(jià)政策驅(qū)動下，各地的日電費(fèi)收益必將得到進(jìn)一步提升，廣東省的分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢將有力推動此類項(xiàng)目在該地區(qū)的發(fā)展。

4 結(jié)論

本文對某成品油管道公司所轄輸油站場的分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目在2018—2021年的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并以日有效利用小時(shí)數(shù)和日電費(fèi)收益這2個(gè)指標(biāo)對此類光伏電站的發(fā)電能力和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析，得到以下結(jié)論：

1)云南省的日有效利用小時(shí)數(shù)平均值最大，是實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的重點(diǎn)發(fā)展地域；貴州省的日有效利用小時(shí)數(shù)平均值最小；廣東省和廣西壯族自治區(qū)的日有效利用小時(shí)數(shù)平均值相近。

2)日電費(fèi)收益，未考慮補(bǔ)貼收入和成本變化，可使不同建設(shè)時(shí)期的分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)衡量，考慮了所屬輸油站場光伏發(fā)電自用率和當(dāng)?shù)赜秒婋妰r(jià)和上網(wǎng)電價(jià)，更準(zhǔn)確反映了分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性。廣東省的日電費(fèi)收益最高，在2.08～2.30 元/kWh 之間；廣西壯族自治區(qū)的日電費(fèi)收益在1.85～2.00 元/kWh 之間；貴州省和云南省的日電費(fèi)收益較低，在1.41～1.81元/kWh 之間。說明廣東省的分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目最具有經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢。