基于WSR系統(tǒng)方法論的屋頂分布式光伏發(fā)電項目成本與收益分析

馬旺

摘? ?要：屋頂分布式光伏發(fā)電項目在投資決策前需進(jìn)行項目可行性分析。光伏發(fā)電項目投資企業(yè)要認(rèn)真研究國家光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)政策，對項目現(xiàn)場光資源情況和光伏發(fā)電并網(wǎng)條件進(jìn)行勘察，確定并網(wǎng)電壓和并網(wǎng)點，對屋頂載荷能力進(jìn)行勘測校驗。預(yù)測光伏發(fā)電項目年發(fā)電量，計算壽命周期內(nèi)的發(fā)電收益、建設(shè)成本。編制項目建議書和可行性研究報告，進(jìn)行項目收益分析，論證項目的可行性。

關(guān)鍵詞：WSR系統(tǒng)方法論；屋頂分布式光伏發(fā)電項目；成本；收益

中圖分類號：F426? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? 文章編號：1673-291X（2023）05-0109-03

隨著我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展步入新的歷史階段，推進(jìn)實施“碳達(dá)峰”“碳中和”工作是破解資源環(huán)境約束、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的迫切需要，是推進(jìn)技術(shù)進(jìn)步、推動能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級的迫切需要，也是滿足人民群眾日益增長的生態(tài)環(huán)境需求、促進(jìn)人與自然和諧共生的迫切需要，更是積極擔(dān)當(dāng)大國責(zé)任、推動構(gòu)建人類命運共同體的迫切需要。

光伏發(fā)電具有清潔、安全、資源充足、受地理分布影響小等特點。推進(jìn)光伏發(fā)電項目建設(shè)是實現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)供給側(cè)改革的重要舉措，是推動節(jié)能減排、經(jīng)濟(jì)社會高質(zhì)量發(fā)展的必然選擇。本文從WSR系統(tǒng)方法論的角度審視屋頂分布式光伏發(fā)電項目成本與收益分析過程中的物理、事理、人理問題。對屋頂分布式光伏發(fā)電項目建設(shè)成本與經(jīng)濟(jì)收益進(jìn)行系統(tǒng)分析，并構(gòu)建系統(tǒng)模型。

一、WSR系統(tǒng)方法論概述

1994年，中國著名系統(tǒng)科學(xué)專家顧基發(fā)教授與當(dāng)時正在赫爾大學(xué)攻讀博士學(xué)位的中國學(xué)者朱志昌，提出了“物理（Wuli）—事理（Shili）—人理（Renli）方法論”，簡稱WSR系統(tǒng)方法論。WSR系統(tǒng)方法論認(rèn)為懂物理、明事理、通人理對于分析處理復(fù)雜系統(tǒng)問題具有重要價值，能起到明晰條理、區(qū)分層次、化繁為簡的作用，是一種綜合了定性與定量分析的系統(tǒng)思想。它既是一種方法論，也是一種分析處理復(fù)雜系統(tǒng)問題的工具，體現(xiàn)了中國傳統(tǒng)哲學(xué)的思辨智慧。

二、屋頂分布式光伏發(fā)電項目技術(shù)與經(jīng)濟(jì)分析的WSR系統(tǒng)三維模型

運用WSR系統(tǒng)方法論分析處理一個具體的復(fù)雜問題時，需要構(gòu)建一個與之匹配的三維模型，即分析對象在物理、事理、人理三個維度的影響因素。

屋頂分布式光伏發(fā)電項目技術(shù)與經(jīng)濟(jì)分析過程是圍繞人（參建主體）、工藝（技術(shù)條件）、環(huán)境（外部因素）來展開的。屋頂分布式光伏發(fā)電項目技術(shù)與經(jīng)濟(jì)分析是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要綜合分析屋頂分布式光伏發(fā)電項目的光資源情況、建設(shè)條件、建設(shè)成本、養(yǎng)護(hù)成本、綜合收益等方面因素，從而實現(xiàn)屋頂分布式光伏發(fā)電項目經(jīng)濟(jì)收益與社會效益最大化。

根據(jù)WSR系統(tǒng)方法論的劃分，屋頂分布式光伏發(fā)電項目技術(shù)與經(jīng)濟(jì)分析中的物理維度主要包括兩個方面，一是技術(shù)因素：即電能產(chǎn)生及直—交流轉(zhuǎn)換設(shè)備的選型、并網(wǎng)電壓及并網(wǎng)形式的選擇、廠區(qū)電能消納能力、并網(wǎng)接入條件；二是環(huán)境因素：即項目所在地光資源情況、廠房屋頂?shù)木唧w條件（如受陰影、灰塵、屋頂結(jié)構(gòu)等影響因素）、交通運輸便捷程度等。

事理維度主要劃分屋頂分布式光伏發(fā)電項目技術(shù)與經(jīng)濟(jì)分析過程的流程，主要包括三個階段：一是市場調(diào)研，二是項目建議書和可行性研究報告的編制，三是商務(wù)合作洽談。

人理維度主要由參與者中的光伏發(fā)電項目投資企業(yè)、設(shè)計單位、廠房業(yè)主、設(shè)備廠家、供電企業(yè)構(gòu)成，同時還要考慮政府相關(guān)部門。

三、基于WSR系統(tǒng)方法論的屋頂分布式光伏發(fā)電項目技術(shù)與經(jīng)濟(jì)分析系統(tǒng)模型

屋頂分布式光伏發(fā)電項目并網(wǎng)的技術(shù)形式主要有兩種，一是用戶側(cè)“自發(fā)自用、余電上網(wǎng)”，二是全額上網(wǎng)。投資形式主要有：一是廠房業(yè)主主導(dǎo)投資建設(shè)；二是光伏發(fā)電項目投資企業(yè)與廠房業(yè)主合作，給予一定的電價折扣優(yōu)惠或支付廠房屋頂占用費。本文以光伏

發(fā)電項目投資企業(yè)與廠房業(yè)主合作建設(shè)分布式光伏發(fā)電項目為例，運用WSR系統(tǒng)分析的方法，從物理、事理、人理三個維度出發(fā)，對屋頂分布式光伏發(fā)電項目技術(shù)與經(jīng)濟(jì)進(jìn)行抽絲剝繭地分析。

（一）物理層面

為了提升屋頂分布式光伏發(fā)電項目的經(jīng)濟(jì)收益，應(yīng)當(dāng)盡可能降低光伏發(fā)電項目的建設(shè)成本。影響廠房屋頂分布式光伏發(fā)電項目建設(shè)成本的因素主要有兩種：一是技術(shù)因素，二是環(huán)境因素。

1.技術(shù)因素。常規(guī)的屋頂分布式光伏發(fā)電項目電氣設(shè)備主要包括：光伏組件、逆變器、高低壓開關(guān)柜（箱）、變壓器以及監(jiān)測控制保護(hù)設(shè)備和相關(guān)電纜等。對于光伏組件來說，單晶硅與多晶硅組件相比具有更高的發(fā)電效率、更低的衰減速度等特點，但是價格也相對較高。因此，選用多晶硅光伏組件能減少建設(shè)成本，但不利于長期發(fā)電收益，具體的還需要進(jìn)一步精確測算。采用10千伏甚至更高電壓等級并網(wǎng)與0.4千伏相比，需要配置更多的電氣設(shè)備，如變壓器及高壓開關(guān)柜及相關(guān)的監(jiān)測、控制、保護(hù)設(shè)備等，這就意味著更高的建設(shè)成本，但有利于電能長距離輸送，因此適用于建設(shè)大型光伏發(fā)電項目。采用0.4千伏電壓多點并網(wǎng)有利于光伏發(fā)電電能就地消納，減少了電能匯聚傳輸環(huán)節(jié)，減少電氣設(shè)備的建設(shè)成本和電能損耗。但是單條0.4千伏回路的輸電能力有限，需要廠區(qū)內(nèi)有多個并網(wǎng)點。因此，0.4千伏多點并網(wǎng)雖然能降低建設(shè)成本，但是適用性上卻有較多的限制。

2.環(huán)境因素。屋頂分布式光伏發(fā)電項目的土建工程量主要包括兩部分：一是廠房屋頂分布式光伏發(fā)電項目本體建設(shè)的土建工作，如電纜井、電纜通道、開關(guān)柜及變壓器基礎(chǔ)等，這部分的土建工作不同的光伏發(fā)電項目區(qū)別不大，因此不做具體分析；二是為了建設(shè)屋頂分布式光伏發(fā)電項目的前置工作，如廠房屋頂結(jié)構(gòu)加固、樓（爬）梯等便于施工及養(yǎng)護(hù)設(shè)施，這部分土建工作則對屋頂分布式光伏發(fā)電項目的土建成本具有較大影響。一般來說，在設(shè)計和建設(shè)廠房之初，并未預(yù)留后期建設(shè)光伏發(fā)電項目的條件，因此在進(jìn)行光伏發(fā)電項目選址時進(jìn)行廠房屋頂載荷能力校驗就很有必要，以確保建設(shè)光伏發(fā)電項目不會對廠房結(jié)構(gòu)造成破壞。此外，廠房屋頂?shù)木唧w條件，如是否受陰影、灰塵影響，不僅會對光伏組件的布置以及發(fā)電效率具有較大影響，還會增加后期的管養(yǎng)和運維成本。對于從事高溫生產(chǎn)作業(yè)的廠房屋頂，如軋鋼廠則不太適合建設(shè)屋頂分布式光伏發(fā)電項目。

（二）事理層面

1.市場調(diào)研。近年來，國家大力扶持和引導(dǎo)光伏產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展，給予光伏發(fā)電企業(yè)一定的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)貼。隨著我國光伏產(chǎn)業(yè)日趨成熟，國家逐步降低直至取消了光伏發(fā)電項目的補(bǔ)貼，實施平價上網(wǎng)的政策，光伏發(fā)電上網(wǎng)電價按燃煤發(fā)電基準(zhǔn)價執(zhí)行。因此對于光伏發(fā)電項目投資企業(yè)來說，要緊盯國家產(chǎn)業(yè)政策并認(rèn)真研究；其次，閑置的廠房屋頂對于廠房業(yè)主來說是浪費的資源，但廠房業(yè)主對于廠房屋頂加裝光伏發(fā)電項目也存在或多或少的擔(dān)憂和顧慮，一是擔(dān)心廠房屋頂安裝光伏組件會對結(jié)構(gòu)安全造成影響；二是擔(dān)心施工和養(yǎng)護(hù)過程中，對廠房屋頂?shù)牟忍新┧碾[患。此外，光伏發(fā)電項目額外建設(shè)的電力設(shè)備可能會對廠區(qū)的消防和電力系統(tǒng)安全帶來負(fù)擔(dān)。因此，光伏發(fā)電企業(yè)要調(diào)研項目所在地區(qū)廠房屋頂閑置的情況，對廠房屋頂?shù)墓赓Y源利用條件、結(jié)構(gòu)情況以及后期光伏發(fā)電項目建設(shè)規(guī)模有初步的判斷。

2.項目建議書和可行性研究報告的編制。在與廠房業(yè)主明確合作意向之后，光伏發(fā)電項目投資企業(yè)需要借助電力設(shè)計單位的專業(yè)技術(shù)力量，進(jìn)行項目建議書的編制工作。首先，電力設(shè)計單位要對廠房屋頂可利用面積及光資源條件進(jìn)行勘測，根據(jù)工程造價和光資源利用效率明確光伏組件的最優(yōu)安裝方式，以此來確定采用平鋪或是最佳傾角的安裝方式；其次，校驗廠房屋頂載荷能力，明確是否需要加固以及采用的加固方式。此外，電力設(shè)計單位還要實地勘探并網(wǎng)點，明確并網(wǎng)電壓、并網(wǎng)形式和電力通道分布走，以及變壓器等電力設(shè)備的布置位置等相關(guān)情況。通過廠房屋頂排布光伏組件，初步確定光伏發(fā)電項目規(guī)模，計算年發(fā)電量，確定相關(guān)的電力設(shè)備選型、光伏支架、設(shè)備基礎(chǔ)、廠房屋頂結(jié)構(gòu)加固等相關(guān)的電氣和土建工程量清單，計算項目的建設(shè)成本和經(jīng)濟(jì)收益，進(jìn)行項目的可行性分析，提交光伏發(fā)電項目投資企業(yè)研究決策。

3.商務(wù)合作洽談。光伏發(fā)電項目投資企業(yè)研究根據(jù)項目的可行性分析可與廠房業(yè)主進(jìn)一步進(jìn)行合作意向溝通談判。對廠區(qū)用電給予一定的電價折扣或一次性支付廠房屋頂占用費進(jìn)行談判，這兩種合作方式，對屋頂分布式光伏發(fā)電項目經(jīng)濟(jì)收益計算分析有很大的區(qū)別。一次性支付廠房屋頂占用費增加了光伏發(fā)電項目投資企業(yè)前期的資金投入，給予一定的電價折扣不利于企業(yè)的長期發(fā)電收益，因此需要精確具體的計算分析。

（三）人理層面

1.光伏發(fā)電項目投資企業(yè)。光伏發(fā)電項目投資企業(yè)是光伏發(fā)電項目的發(fā)起者和組織者，一般也是光伏發(fā)電項目的投資者和受益者。因此，需要光伏發(fā)電項目投資企業(yè)熟悉光伏發(fā)電項目的相關(guān)政策和建設(shè)流程，以獲得可觀的經(jīng)濟(jì)收益。當(dāng)前，光伏發(fā)電項目的上網(wǎng)電價政策趨于穩(wěn)定，按燃煤發(fā)電基準(zhǔn)價執(zhí)行。因此，對于光伏發(fā)電項目投資企業(yè)來說，給予廠房業(yè)主廠區(qū)用電更少的電價折扣意味著能提高上網(wǎng)售電的經(jīng)濟(jì)收益，帶來更大的投資回報率。

2.設(shè)計單位。電力設(shè)計單位能在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)層面給予光伏發(fā)電項目投資企業(yè)專業(yè)權(quán)威的咨詢意見。電力設(shè)計單位通過對廠房屋頂精確勘測及科學(xué)仿真模擬計算，能在技術(shù)層面確定光伏組件最佳的布置形式，從而實現(xiàn)光資源利用最大化。通過對光伏組串合理布置和分配，從而實現(xiàn)逆變器等相關(guān)電力設(shè)備電能傳輸效率最大化，減少電氣設(shè)備和土建工程量浪費。此外，通過更加貼近市場的詢價或由設(shè)備廠家和施工企業(yè)報價，使得技術(shù)和經(jīng)濟(jì)計算分析更加貼近市場，更具有可行性和實操性。

3.廠房業(yè)主。閑置的廠房屋頂本身就是一種資源的浪費，在確保光伏發(fā)電項目建設(shè)對廠區(qū)安全帶來的風(fēng)險可控，并通過安全評估的前提下，力爭實現(xiàn)1+1＞2的共贏局面。一方面，廠房屋頂加裝光伏組件能減少熱量向廠房內(nèi)部傳導(dǎo)，極大降低廠房內(nèi)部溫度，提升廠區(qū)的綠色低碳水平；另一方面，使用光伏發(fā)電項目的電能能享受一定的折扣或獲得一次性支付廠房屋頂占用補(bǔ)償，降低企業(yè)的用電成本，獲得經(jīng)濟(jì)收益。

4.設(shè)備廠家。通過主動與光伏發(fā)電項目投資企業(yè)或電力設(shè)計單位接洽，與電力設(shè)計單位企業(yè)交流分享企業(yè)研發(fā)的前沿成果。此外，通過提供相關(guān)設(shè)備參數(shù)和價格信息，有利于提高電力設(shè)計單位在進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)計算分析的精確度，有利于光伏發(fā)電項目投資企業(yè)更加科學(xué)地決策。在提高企業(yè)設(shè)備銷售機(jī)會的同時，也能及時了解市場需求及本公司產(chǎn)品性能、價格方面的意見反饋，從而通過技術(shù)更新提升企業(yè)的競爭力。

5.供電企業(yè)。對于供電企業(yè)來說，光伏發(fā)電項目進(jìn)一步優(yōu)化了電能結(jié)構(gòu)，減少了對煤炭等傳統(tǒng)能源發(fā)電的依賴，有利于助力提升國家“碳達(dá)峰”“碳中和”政策的實施效果，提高供電企業(yè)清潔綠色的良好形象。同時，建設(shè)光伏發(fā)電項目還能有效緩解本地區(qū)電能短缺的狀況，減少了跨地區(qū)電能輸送對電力主干網(wǎng)的壓力，提高了供電的可靠性，從而助力經(jīng)濟(jì)社會的健康發(fā)展。但是，光伏發(fā)電項目多點分布的特性，以及受光照和晝夜影響發(fā)電出力存在一定的波動性，會對配電網(wǎng)的電能調(diào)度帶來沖擊，需要供電企業(yè)進(jìn)一步提高負(fù)荷預(yù)測能力和電力調(diào)度水平。

6.政府政策執(zhí)行部門。大力發(fā)展可再生能源，尤其是建設(shè)風(fēng)電光伏發(fā)電項目，有利于引導(dǎo)能源領(lǐng)域綠色技術(shù)創(chuàng)新，加快節(jié)能降碳步伐，有利于實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，兼顧經(jīng)濟(jì)發(fā)展和綠色轉(zhuǎn)型同步進(jìn)行，進(jìn)一步提高我國產(chǎn)業(yè)和經(jīng)濟(jì)的全球競爭力，實現(xiàn)綠色、環(huán)保、低碳的生活方式。

結(jié)語

進(jìn)行屋頂分布式光伏發(fā)電項目技術(shù)與經(jīng)濟(jì)分析，一方面要盡可能地降低建設(shè)成本，另一方面要實現(xiàn)光伏并網(wǎng)發(fā)電最大化，從而兼顧屋頂分布式光伏發(fā)電項目經(jīng)濟(jì)收益和社會效益。學(xué)會運用WSR的系統(tǒng)分析方法進(jìn)行屋頂分布式光伏發(fā)電項目成本與收益分析，不僅能傳承我國傳統(tǒng)的哲學(xué)智慧，更能對屋頂分布式光伏發(fā)電項目選址進(jìn)行合理分析。從而促進(jìn)光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展，助力我國的“雙碳”戰(zhàn)略不斷取得新的成效。

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