韓格格，楊國(guó)華

(寧夏大學(xué) 電氣工程與自動(dòng)化系，寧夏 銀川 750021)

0 引言

太陽(yáng)能取之不盡，用之不竭，清潔安全，可以直接利用，無(wú)需運(yùn)輸開(kāi)采，且不造成任何污染，是目前所有新能源中最優(yōu)質(zhì)的綠色能源之一[1]。2005年6月，中國(guó)向聯(lián)合國(guó)提交了應(yīng)對(duì)氣候變化國(guó)家自主貢獻(xiàn)文件，提出到2030年單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降60%～65%[2]。目前，世界各國(guó)相繼出臺(tái)相關(guān)政策和措施, 以鼓勵(lì)和引導(dǎo)分布式光伏發(fā)電的快速發(fā)展，根據(jù) "十三五"規(guī)劃提出，中國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向由地面光伏電站向分布式光伏轉(zhuǎn)型。為了鼓勵(lì)太陽(yáng)能的利用，國(guó)家電網(wǎng)發(fā)文推動(dòng)能源局進(jìn)一步落實(shí)分布式光伏發(fā)電有關(guān)政策，國(guó)家對(duì)分布式光伏實(shí)施電價(jià)補(bǔ)貼政策，全國(guó)地方各省市補(bǔ)貼政策各不相同。

目前，在有關(guān)光伏發(fā)電選題中，有對(duì)住宅小區(qū)屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)及環(huán)境效益進(jìn)行了研究[3]，對(duì)光伏發(fā)電工程的低碳綜合效益進(jìn)行建模分析[4]，Rebecca Jing Yang指出光伏與建筑結(jié)合初始投資成本高，有顯著的長(zhǎng)期好處，最終有益于用戶和整個(gè)社會(huì)[5]，也有對(duì)寧夏地區(qū)光伏發(fā)電環(huán)境效益和進(jìn)行分析與建模[6]。從已有的研究來(lái)看，國(guó)內(nèi)外對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的效益研究基本是針對(duì)大型的光伏系統(tǒng)或小型的居民屋頂光伏系統(tǒng),對(duì)中型的商業(yè)屋頂光伏系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益分析很少。

1 屋頂光伏系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益分析

經(jīng)濟(jì)效益包括系統(tǒng)成本和盈利能力。系統(tǒng)成本包括設(shè)備采購(gòu)、運(yùn)行管理、稅金，盈利能力包括節(jié)能收益、上網(wǎng)電量收益、政府補(bǔ)貼。

1.1 屋頂光伏系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)成本建模

(1)設(shè)備的采購(gòu)包括光伏組件、并網(wǎng)逆變器、防雷匯流箱、光伏支架、交直流線纜、監(jiān)控系統(tǒng)、并網(wǎng)電氣設(shè)及其它投入。 設(shè)備的采購(gòu)的費(fèi)用分別為M1、M2……Mε，則設(shè)備采購(gòu)總費(fèi)用MC為：

(n=1,……8)(1)

Mt=pqt(2)

(2)運(yùn)行管理費(fèi)用包括管理費(fèi)、人工工資、保險(xiǎn)費(fèi)、維修費(fèi)，每項(xiàng)費(fèi)用分別為M9、M10、M11、M12，總運(yùn)行管理費(fèi)用Mg為

(n=9,10,11,12)(4)

(3)稅金Ms

(5)

式中：Rs為稅金率，一般取5%。

(4)系統(tǒng)成本Mb

1.2 屋頂光伏系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)收益建模

(1)節(jié)能收益Mj

設(shè)第i年的發(fā)電量為Qi,則Qi可表示為

Qi=p·T·η·(1-r)i-1(7)

·Rq·Pq(10)

式中：Rq為用電量占年平均發(fā)電量的比例；Gq為項(xiàng)目實(shí)施前用電量；Pq為電網(wǎng)價(jià)格。

(2)上網(wǎng)電量收益Ms

(11)

式中：Ps為上網(wǎng)標(biāo)桿電價(jià)。

(3)政府補(bǔ)貼Mt

·Pt(12)

式中：Pt為每度電補(bǔ)貼；

(4)盈利能力My

My=∑(Mj,Ms,Mt)(13)

1.3 經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估

(1)凈現(xiàn)值M

M=My-Mb(14)

(2)回收期H

(15)

(3)內(nèi)部收益率IRR

(16)

式中：i為系統(tǒng)的生命周期，一般取25年。

2 屋頂光伏系統(tǒng)環(huán)境效益

2.1 屋頂光伏系統(tǒng)環(huán)境效益建模

環(huán)境效益包括環(huán)境改善和能源資源發(fā)展。環(huán)境改善包括節(jié)能減排、生態(tài)改善、區(qū)域環(huán)境質(zhì)量、生態(tài)保護(hù)，能源資源發(fā)展包括地區(qū)資源合理利用、能源結(jié)構(gòu)調(diào)整[7-8]。

在環(huán)境改善方面，首先，太陽(yáng)能光伏項(xiàng)目有效地促進(jìn)了我國(guó)節(jié)能減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。光伏并網(wǎng)后，既能滿足自身用電和社會(huì)用電需求，又可用太陽(yáng)能源發(fā)電，節(jié)約燃煤，同時(shí)減少二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、煙塵等有害氣體和廢氣的排放實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排的目標(biāo)，有利于生態(tài)改善，區(qū)域的環(huán)境質(zhì)量也會(huì)得到明顯的改善；其次，太陽(yáng)能光伏發(fā)電項(xiàng)目的發(fā)展與我國(guó)治理污染、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、緩解環(huán)境壓力的宗旨相統(tǒng)一[9-10]。

環(huán)境效益系統(tǒng)成本的建模：

Gx=Q·px(17)

式中：Gx為減少物質(zhì)x的排放量；px為單位kW·h產(chǎn)生x的量，其中x代表CO2、SO2、氮氧化物、碳粉塵、標(biāo)準(zhǔn)煤；Q為系統(tǒng)總發(fā)電量[11]。

2.2 能源資源利用

首先，光伏發(fā)電系統(tǒng)是將太陽(yáng)光能轉(zhuǎn)化為電能，是對(duì)寧夏地區(qū)資源的合理利用，在我國(guó)能源消耗中，煤炭消耗約占70%，能源結(jié)構(gòu)影響環(huán)境質(zhì)量。發(fā)展光伏項(xiàng)目，可以促進(jìn)清潔能源發(fā)電，改善能源結(jié)構(gòu)。

3 案例分析

3.1 綜合效益分析

以寧夏地區(qū)銀川市某商場(chǎng)設(shè)計(jì)的屋頂光伏系統(tǒng)為例，根據(jù)公式(1)～(6)，該商場(chǎng)屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)的成本估算如表1所示。

根據(jù)公式(7)～(16)計(jì)算可得，該商場(chǎng)屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)的25年內(nèi)凈現(xiàn)值總和為4221530元，25年平均凈現(xiàn)值為168861元，投資回收期4.63年，內(nèi)部收益率為20.77%。

根據(jù)二氧化碳、氮氧化物、二氧化硫、碳粉塵、標(biāo)準(zhǔn)煤的減排參數(shù)實(shí)際值，對(duì)屋頂光伏系統(tǒng)環(huán)境效益進(jìn)行分析。結(jié)果如表2所示。

表1 屋頂光伏系統(tǒng)的成本估算 元

表2 屋頂光伏系統(tǒng)環(huán)境效益 t

3.2 不同電價(jià)下的經(jīng)濟(jì)效益分析

屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)在銀川市居民生活用電、一般工商業(yè)用電、大工業(yè)用電和工業(yè)生產(chǎn)用電四種不同用戶的經(jīng)濟(jì)效益分析如表3所示。

表3 銀川市不同用戶用電的經(jīng)濟(jì)性比較結(jié)果

用戶類型電度電價(jià)/(元/kW·h)年平均凈利/元內(nèi)部受益率/%回收期/a居民生活用電0．448612420416．136．78一般工商業(yè)用電0．685416886420．774．63大工業(yè)用電0．479012993916．746．75農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用電0．473012880716．626．51

由表3可得，工商業(yè)用戶電價(jià)最高，平均凈利潤(rùn)最高，內(nèi)部收益最高，動(dòng)態(tài)回收期短，經(jīng)濟(jì)效益佳。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)光伏系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益進(jìn)行建模分析，并對(duì)寧夏地區(qū)銀川市156kW商場(chǎng)屋頂光伏系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)例分析，得出結(jié)論：該項(xiàng)目總投資1123000元，壽命周期為25年，年平均發(fā)電量283711kW·h，年平均發(fā)電量收益229220元，投資回收期4.63年，內(nèi)部收益率20.77%，年平均節(jié)約煤94.8t，年平均減少CO2排放282.9t，年平均減少SO2排放8.5t，年平均減少NOx排放4.3t，年平均減少粉塵77.2t，有著顯著的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。并分析了銀川不同類型用電用戶下的經(jīng)濟(jì)效益，得出電價(jià)越高，年平均凈利潤(rùn)越高，內(nèi)部收益越高，回收期越短，由于商業(yè)用戶的電價(jià)最高，所以商業(yè)樓安裝光伏是經(jīng)濟(jì)效益最佳的[12]。

參考文獻(xiàn)：

[1]余 寅, 唐宏德, 郭家寶. 中國(guó)可再生能源發(fā)展前景分析[J].華東電力, 2009, 37(8): 1306-1308.

[2]周四清, 馬超群, 李 林. 太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展理論研究思考[J].科技進(jìn)步與對(duì)策, 2007, 24(7): 88-90.

[3]張臻宇. 基于Pvsyst的建筑屋頂并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)及效益研究[D].銀川: 寧夏大學(xué), 2016.

[4]羅鳳章, 米肇豐, 王成山,等. 并網(wǎng)光伏發(fā)電工程的低碳綜合效益分析模型[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2014, 38(17):163-169.

[5]Yang R J, Zou P X W. Building integrated photovoltaics (BIPV): costs, benefits, risks, barriers and improvement strategy[J]. International Journal of Construction Management, 2016, 16(1):39-53.

[6]丁曉花, 楊國(guó)華, 衛(wèi)寧波, 等. 寧夏地區(qū)光伏發(fā)電環(huán)境效益分析及建模[J].電力科技與環(huán)保, 2015, 31(4): 9-12.

[7]施泉生, 于文姝, 謝品杰. 能源互聯(lián)網(wǎng)背景下分布式光伏發(fā)電的經(jīng)濟(jì)效益研究[J].電網(wǎng)與清潔能源, 2016, 32(1): 100-106.

[8]Li C, Ye C Q, Mou L. The Comprehensive Economic Benefits Evaluation of Power Generation Projects under the Background of Low-Carbon Economy[J]. Advanced Materials Research, 2013,(662):999-1004.

[9]李曉偉. 3kW分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及綜合效益分析[D].泰安: 山東農(nóng)業(yè)大學(xué), 2015.

[10]蘇 劍, 周莉梅, 李 蕊. 分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)的成本/效益分析[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2013, 33(34): 50-56.

[11]張銘杰. 分布式光伏發(fā)電經(jīng)濟(jì)效益分析[J]. 新技術(shù)新工藝, 2015(12): 53-55.

[12]馬 迪.國(guó)外光伏發(fā)電并入智能電網(wǎng)發(fā)展探討[J].電力科技與環(huán)保,2012,28(5):53-54.