考慮保障收購年利用小時(shí)數(shù)的光伏發(fā)電系統(tǒng)最佳容配比分析

李志棟，鄔林勇，張 娜，巨立立，孫 穎，張 崢

(西安隆基清潔能源有限公司，西安 710000)

0 引言

目前，光伏發(fā)電系統(tǒng)的最佳容配比(光伏組件的標(biāo)稱功率之和與逆變器功率的比值)普遍是根據(jù)計(jì)算得到的最低度電成本來確定，且該方法已成為國內(nèi)外降低光伏發(fā)電系統(tǒng)度電成本[1-5]的主要手段之一，但對(duì)于已設(shè)定了最低保障收購年利用小時(shí)數(shù)的光伏發(fā)電項(xiàng)目而言，若以度電成本最低來確定最佳容配比，則無法分析保障收購年利用小時(shí)數(shù)對(duì)光伏發(fā)電項(xiàng)目的影響，會(huì)對(duì)光伏發(fā)電項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益造成損失。

基于此，本文提出了一種在考慮保障收購年利用小時(shí)數(shù)的前提下，采用凈現(xiàn)值法[6]來確定光伏發(fā)電系統(tǒng)最佳容配比的方法，并以太陽能資源較好的銀川地區(qū)為例，通過計(jì)算該地區(qū)的光伏電站在不同保障收購年利用小時(shí)數(shù)下的凈現(xiàn)值，分析了不同交易電價(jià)、不同保障收購年利用小時(shí)數(shù)對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)最佳容配比的影響，以及在考慮保障收購年利用小時(shí)數(shù)前提下光伏發(fā)電系統(tǒng)最佳容配比的變化規(guī)律。

1 通過凈現(xiàn)值法確定最佳容配比的設(shè)計(jì)思路

凈現(xiàn)值NPV表示投資的未來凈現(xiàn)金流的貼現(xiàn)值之和，其計(jì)算式[7]為：

式中：NCFi為第i期的凈現(xiàn)金流，若凈現(xiàn)金流為正值，則表示為項(xiàng)目獲得了收益；ri為第i期的利率，則為貼現(xiàn)率；N為光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)營年限。

采用凈現(xiàn)值法確定光伏發(fā)電系統(tǒng)最佳容配比的主要步驟為：

1)收集項(xiàng)目所在地的經(jīng)緯度、保障收購年利用小時(shí)數(shù)、市場(chǎng)交易電價(jià)、限電情況等邊界信息；

2)根據(jù)經(jīng)緯度信息分析項(xiàng)目所在地的氣象數(shù)據(jù)，設(shè)定不同的容配比方案，并進(jìn)一步得到不同容配比下光伏發(fā)電系統(tǒng)的系統(tǒng)效率和發(fā)電量；

3)根據(jù)項(xiàng)目投資額、折現(xiàn)率、運(yùn)維成本、保障收購年利用小時(shí)數(shù)、市場(chǎng)交易電價(jià)、限電情況等財(cái)務(wù)邊界信息，計(jì)算不同容配比方案下項(xiàng)目的凈現(xiàn)值；

4)對(duì)比各方案中的凈現(xiàn)值，并選擇凈現(xiàn)值最大的容配比方案。

2 光伏發(fā)電系統(tǒng)最佳容配比的確定

2.1 銀川地區(qū)的太陽輻射量數(shù)據(jù)

為了更好地研究考慮保障收購年利用小時(shí)數(shù)前提下光伏發(fā)電系統(tǒng)的最佳容配比，本文以銀川地區(qū)為例，詳細(xì)分析其一年中每小時(shí)的太陽輻射量數(shù)據(jù)(來自Meteonorm7.2氣象數(shù)據(jù)庫)，并根據(jù)該數(shù)據(jù)繪制了該地區(qū)各月的每小時(shí)水平面太陽輻射量和散射太陽輻射量分布圖，如圖1 所示。

圖1 銀川地區(qū)各月的每小時(shí)水平面太陽輻射量和散射太陽輻射量分布圖Fig. 1 Distribution chart of horizontal solar radiation and scattered solar radiation in each hour of month in Yinchuan area

從圖1 中可以看出：

1)銀川地區(qū)各月的每小時(shí)水平面太陽輻射量和散射太陽輻射量的分布可近似為正弦曲線。

2)銀川地區(qū)的水平面太陽輻射量在5月時(shí)最高，12月時(shí)最低；而散射太陽輻射量在6月時(shí)最高，1月時(shí)最低。

2.2 光伏發(fā)電系統(tǒng)最佳容配比的影響因素

2.2.1 不同交易電價(jià)對(duì)容配比的影響

銀川地區(qū)的太陽能資源較好，當(dāng)光伏電站采用“雙面光伏組件+平單軸跟蹤光伏支架”形式時(shí)，其年利用小時(shí)數(shù)可達(dá)1800 h以上；而根據(jù)《關(guān)于做好風(fēng)電、光伏發(fā)電全額保障性收購管理工作的通知》[8]，銀川地區(qū)的保障收購年利用小時(shí)數(shù)為1500 h，寧夏回族自治區(qū)的標(biāo)桿脫硫燃煤電價(jià)為0.2595元/kWh。根據(jù)電力市場(chǎng)交易情況，在銀川地區(qū)，超過1500 h的那部分光伏發(fā)電量(下文簡稱為“超額光伏發(fā)電量”)有可能按照標(biāo)桿脫硫燃煤電價(jià)被全額收購，也有可能按照低于標(biāo)桿脫硫燃煤電價(jià)0.02、0.04、0.06、0.08、0.10元/kWh的電價(jià)被收購?；谌~收購和低價(jià)收購這2種收購情況，測(cè)算銀川地區(qū)某交流裝機(jī)容量為100MW的光伏電站的凈現(xiàn)值，結(jié)果如表1所示。

表1 超額光伏發(fā)電量被全額收購或低價(jià)收購時(shí)對(duì)應(yīng)的光伏電站凈現(xiàn)值(單位：萬元)Table 1 Net present value of PV power station when excess PV power generation capacity is purchased in full or at a low price (Unit: 10 thousand yuan)

從表1中可以看出：在超額光伏發(fā)電量被全額收購，以及超額光伏發(fā)電量的交易電價(jià)比標(biāo)桿脫硫燃煤電價(jià)分別低0.02、0.04元/kWh的情況下，光伏電站的凈現(xiàn)值在容配比為1.35:1時(shí)達(dá)到最大；在超額光伏發(fā)電量的交易電價(jià)比標(biāo)桿脫硫燃煤電價(jià)低0.06和0.08元/kWh的情況下，光伏電站的凈現(xiàn)值在容配比分別為1.30:1和1.05:1時(shí)達(dá)到最大；在超額光伏發(fā)電量的交易電價(jià)比標(biāo)桿脫硫燃煤電價(jià)低0.10元/kWh的情況下，光伏電站的凈現(xiàn)值在容配比為1.00:1時(shí)達(dá)到最大。

當(dāng)該光伏電站的凈現(xiàn)值達(dá)到最大值時(shí)對(duì)應(yīng)的容配比即為最佳容配比。由上述分析可知，當(dāng)超額光伏發(fā)電量的交易電價(jià)相較于標(biāo)桿脫硫燃煤電價(jià)降低0.04～0.08元/kWh時(shí)，最佳容配比也相應(yīng)降低；而當(dāng)降低0.10元/kWh時(shí)，光伏電站不再適合通過優(yōu)化容配比來提升項(xiàng)目收益。

2.2.2 不同保障收購年利用小時(shí)數(shù)對(duì)容配比的影響

采用上文相同的計(jì)算方法，分析光伏電站的保障收購年利用小時(shí)數(shù)分別設(shè)定為1500、1600、1700、1800 h時(shí)對(duì)容配比的影響，分析結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同保障收購年利用小時(shí)數(shù)情況下，超額光伏發(fā)電量被全額收購或低價(jià)收購時(shí)對(duì)應(yīng)的光伏電站凈現(xiàn)值Fig. 2 Net present value of PV power station when excess PV power generotion capacity is purchased in full or at a low price under different guaranteed acquisition annual utilization hours

從圖2可以看出：

1)當(dāng)容配比和超額光伏發(fā)電量的交易電價(jià)均相同時(shí)，隨著保障收購年利用小時(shí)數(shù)的增加，光伏電站的凈現(xiàn)值也逐漸增加；

2)當(dāng)保障收購年利用小時(shí)數(shù)與容配比均相同時(shí)，隨著超額光伏發(fā)電量的交易電價(jià)的降低，光伏電站的凈現(xiàn)值也相應(yīng)降低；

3)當(dāng)超額光伏發(fā)電量的交易電價(jià)為0.2195～0.2595元/kWh，即與標(biāo)桿脫硫燃煤電價(jià)相比降低幅度在0.04元/kWh以內(nèi)時(shí)，增加保障收購年利用小時(shí)數(shù)并不會(huì)對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)最佳容配比的選取產(chǎn)生影響；

4)當(dāng)超額光伏發(fā)電量的交易價(jià)格為0.1595～0.1995元/kWh，即與標(biāo)桿脫硫燃煤電價(jià)相比降低0.06～0.10元/kWh時(shí)，隨著保障收購年利用小時(shí)數(shù)的增加，光伏發(fā)電系統(tǒng)的最佳容配比也在逐漸升高。

綜上所述可知，對(duì)于設(shè)定了最低保障收購年利用小時(shí)數(shù)的光伏項(xiàng)目而言，應(yīng)結(jié)合保障收購年利用小時(shí)數(shù)和超額光伏發(fā)電量的交易電價(jià)，綜合確定光伏發(fā)電系統(tǒng)的最佳容配比。

3 結(jié)論

本文提出了一種通過凈現(xiàn)值法確定已設(shè)定保障收購年利用小時(shí)數(shù)的光伏發(fā)電系統(tǒng)最佳容配比的方法。該方法可以避免“度電成本最低”原則的局限性。光伏發(fā)電系統(tǒng)的最佳容配比與保障收購年利用小時(shí)數(shù)及超過保障收購年利用小時(shí)數(shù)的那部分光伏發(fā)電量的交易電價(jià)有直接關(guān)系，因此項(xiàng)目的最佳容配比應(yīng)根據(jù)保障收購年利用小時(shí)數(shù)及超過保障收購年利用小時(shí)數(shù)的那部分光伏發(fā)電量的交易電價(jià)進(jìn)行詳細(xì)測(cè)算后再確定，以使項(xiàng)目的收益達(dá)到最佳。