陳 勇 楊 彪 李志斌 龍 濤

（1．湖南紅太陽新能源科技有限公司，湖南 長沙 410205；2．湖南紅太陽光電科技有限公司，湖南 長沙 410205）

0 引言

目前，分布式光伏儲能系統(tǒng)的需求越來越大，但一直沒有合適的方法來測算系統(tǒng)的收益率，因而無法確定企業(yè)用電的峰谷價差為多少才能使光伏儲能系統(tǒng)滿足投資收益率要求，同時也無法確定儲能系統(tǒng)的最優(yōu)配置比例。

分布式光伏系統(tǒng)增加儲能對項目的收益率到底有什么影響？項目配備多大容量的儲能才能使光伏儲能系統(tǒng)投資收益最大化？業(yè)主企業(yè)用電的峰谷價差為多少才能使光伏儲能系統(tǒng)滿足投資收益率要求？該文通過建立一個投資收益分析模型，將光伏儲能系統(tǒng)投資、系統(tǒng)發(fā)電量、企業(yè)用電負荷曲線及電價情況、儲能系統(tǒng)的充放電量等收益影響因素通過數(shù)學公式表達，計算光伏儲能系統(tǒng)全生命周期的現(xiàn)金流量，運用財務分析理論和測算軟件，得出不同儲能配比下的財務內(nèi)部收益率（IRR）和財務凈現(xiàn)值（NPV），進而繪制儲能系統(tǒng)容量與收益率、凈現(xiàn)值之間的變化關(guān)系曲線，在曲線上可以得到分布式儲能系統(tǒng)的最優(yōu)配置比例和系統(tǒng)最大收益率，為項目的投資決策提供數(shù)據(jù)支撐，指導項目投資決策。

1 分布式光伏儲能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

分布式光伏電站中配備儲能系統(tǒng)，能夠提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，補償分布式光伏發(fā)電的間歇性和隨機性，為用戶提供更穩(wěn)定可靠的綠色電能。隨著儲能技術(shù)的不斷進步和成本逐漸下降，儲能系統(tǒng)在分布式光伏項目中將發(fā)揮越來越重要的作用，也是未來能源發(fā)展的重要方向。

分布式光伏儲能系統(tǒng)一般由光伏方陣、太陽能逆變器、并網(wǎng)設(shè)備、蓄電池組及電池管理裝置BMS、監(jiān)控及能量管理系統(tǒng)EMS、儲能變流設(shè)備和用戶負載等構(gòu)成[1]。典型分布式光伏儲能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)拓撲如圖1所示。

圖1 分布式光伏儲能系統(tǒng)拓撲圖

2 分布式光伏儲能系統(tǒng)投資收益模型的建立

2.1 儲能系統(tǒng)投資收益的影響因素

影響儲能系統(tǒng)投資收益的影響因素有儲能系統(tǒng)總投資FC、儲能系統(tǒng)充放電容量Q（磷酸鐵鋰電池充放電效率取90%），企業(yè)用電電價（尖峰電價PJ、峰值電價PF、平段電價PP和谷段電價PG）、企業(yè)尖峰段用電量為QJ、峰值段用電量為QF、平段用電量QP、谷段用電量QG、儲能系統(tǒng)每次更換電芯投資0.25FC，全年儲能有效使用天數(shù)為T（取300）。

大工業(yè)用電價格一般是PG＜PT＜PP＜PF＜PJ，因此儲能系統(tǒng)設(shè)定在谷段充電，尖峰和高峰時段放電，其收益主要來源于峰谷價差。

儲能系統(tǒng)現(xiàn)金流入如下。

式中：CIC為儲能系統(tǒng)現(xiàn)金流入；當0.9Q≤QJ時，儲能系統(tǒng)收益為尖峰段與谷段電價差收益；CIC=0.9Q×PJ×T/1.13。

當QJ＜0.9Q≤QJ+QF時，儲能系統(tǒng)收益為尖峰段和高峰段與谷段電價差收益；CIC=[0.9Q×PJ+（0.9Q-QJ）×PF]×T/1.13。

當QJ+QF＜0.9Q≤QJ+QF+QP時，儲能系統(tǒng)收益為尖峰段、峰段以及平段與谷段電價差收益；CIC=[0.9QJ×PJ+0.9QF×PF+（0.9Q-QJ-QF）×PP]×T/1.13儲能系統(tǒng)現(xiàn)金流出如公式（2）所示。

式中：COC為光伏系統(tǒng)現(xiàn)金流出；儲能系統(tǒng)建設(shè)投資可近似計為總投資FC；經(jīng)營成本主要體現(xiàn)為運維成本=FC×CY；更換電芯成本，分布式儲能主要使用磷酸鐵鋰電池，其充放電次數(shù)3000次～5000次計算，更換周期約為6年，每次更換電芯成本費用約為0.25FC。

綜上可得，COC=FC+FC×CY+0.25FC（第6、12、18、24年）。

2.2 分布式光伏儲能系統(tǒng)投資收益分析模型

分布式光伏系統(tǒng)的投資收益分析是以系統(tǒng)建設(shè)所需的總投資作為計算基礎(chǔ)，反映系統(tǒng)在整個計算期（建設(shè)期和生產(chǎn)運營期）內(nèi)現(xiàn)金的流入和流出，同時考慮各種稅費后，得出項目稅后凈現(xiàn)金流量及累計凈現(xiàn)金流量，進而通過項目投資現(xiàn)金流量表計算出系統(tǒng)的財務內(nèi)部收益率（IRR）、財務凈現(xiàn)值（NPV）。

分布式光伏儲能系統(tǒng)是在光伏系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了儲能系統(tǒng)，用于企業(yè)用電的峰谷調(diào)節(jié)，同時可以補償光伏發(fā)電的間歇性和隨機性，使光伏發(fā)電曲線與企業(yè)用電負荷曲線更好地協(xié)同匹配，從而提高整個系統(tǒng)的整體收益[2]。分布式光伏儲能系統(tǒng)既要考慮光伏系統(tǒng)的投資和發(fā)電收益，也要考慮儲能系統(tǒng)的峰谷調(diào)節(jié)收益，根據(jù)2.1、2.2節(jié)的分析，結(jié)合項目投資收益財務測算理論，建立分布式光伏儲能系統(tǒng)的投資收益分析模型如下。

現(xiàn)金流入見公式（3）。

當0.9Q≤QJ時，CI=[An×（1-λ）×PT+An×λ×PZ]/1.13+FG×η+0.9Q×PJ×T/1.13。

當QJ＜0.9Q≤QJ+QF時，CI=[An×（1-λ）×PT+An×λ×PZ]/1.13+FG×η+0.9QJ×PJ+（0.9Q-QJ）×PF]×T/1.13

當QJ+QF＜0.9Q≤QJ+QF+QP時，CI=[An×（1-λ）×PT+An×λ×PZ]/1.13+FG×η+0.9QJ×PJ+（0.9Q-QJ-QF）×PP]×T/1.13

式中：CI為分布式光伏儲能系統(tǒng)現(xiàn)金流入，F(xiàn)G×η為折舊最后一年發(fā)生；其余各參數(shù)參照2.1、2.2節(jié)。

現(xiàn)金流出如公式（4）所示。

式中：CO為光伏儲能系統(tǒng)現(xiàn)金流出；經(jīng)營成本主要體現(xiàn)為運維成本=（FG+FC）×CY；增值稅（An×（1-λ）×PT+An×λ×PZ）×（1-1/1.13）；0.25分別為儲能系統(tǒng)第6、12、18、24年發(fā)生的電芯更換FC費用；銷售稅金及附加=RZ×（城建稅5%+教育附加3%+地方附加2%）；其余各參數(shù)參照2.1、2.2節(jié)。

根據(jù)分布式光伏儲能系統(tǒng)的現(xiàn)金流入和流出，考慮項目的經(jīng)營成本、折舊和附加稅等因素后，可以對分布式光伏儲能系統(tǒng)的投資收益指標進行測算。

財務內(nèi)部收益率IRR的表達式見式（5）。

財務凈現(xiàn)值計算公式見式（6）。

動態(tài)投資回收期Pt′的表達式見式（7）。

式中：NPV（ic）為在基準收益率時的財務凈現(xiàn)值，t為測算的年限，n為計算期期數(shù)（光伏系統(tǒng)一般取25）；ic為設(shè)定折現(xiàn)率（一般取行業(yè)基準收益率6%）；（CI-CO）t光伏系統(tǒng)第t年現(xiàn)金流量。

綜合上述分析，式（1）～式（5）共同構(gòu)成了分布式光伏儲能系統(tǒng)的投資收益分析模型，模型的輸入為光伏儲能系統(tǒng)的投資概算、企業(yè)用電負荷曲線及用電量統(tǒng)計數(shù)據(jù)、財務測算相關(guān)參數(shù)，根據(jù)這些輸入數(shù)據(jù)，可以得出分布式光伏儲能系統(tǒng)投資現(xiàn)金流量表，進而利用財務分析軟件可以很方便地求出系統(tǒng)財務內(nèi)部收益率（IRR）、財務凈現(xiàn)值（NPV）等財務測算指標，用于指導項目投資決策。

3 案例分析

該文以廣東某分布式光伏儲能項目為例，采用建立的分布式光伏儲能系統(tǒng)投資收益分析模型對其進行投資收益測算，得出其投資決策需要參考的關(guān)鍵測算指標，分析各項指標數(shù)據(jù)與投資規(guī)模的關(guān)系曲線，從而得出最佳的投資方案。

該項目屋頂可建設(shè)2.2 MW分布式光伏系統(tǒng)，光伏系統(tǒng)投資單價為4.0元/Wp，項目地年日照等效小時數(shù)為1228h。光伏用電與企業(yè)協(xié)議電價為0.64元/kWh，當?shù)孛摿蛎弘妰r為0.453元/kWh，自發(fā)自用比例為85%。

根據(jù)用電企業(yè)負荷曲線，統(tǒng)計其尖、峰、平、谷用電量和分時段電價，見表1。

表1 企業(yè)用電量與電價統(tǒng)計表

項目擬在建設(shè)光伏電站的同時，配套建設(shè)一定比例的儲能系統(tǒng)，用于企業(yè)用電的峰谷調(diào)節(jié)和電網(wǎng)限電時的用電補充。根據(jù)市場詢價，當?shù)貎δ芟到y(tǒng)建設(shè)投資約1.6元/Wh，使用磷酸鐵鋰電池，充放電次數(shù)約5000次，每6年更換部分電芯，運維費率與光伏系統(tǒng)一致，儲能電池充放電效率按90%計算，尖峰段優(yōu)先考慮由儲能系統(tǒng)供電，高峰段由光伏系統(tǒng)和儲能系統(tǒng)同時供電，設(shè)置儲能在高峰段最大供應1500kWh。

利用上述投資收益測算模型對該項目進行測算，得出儲能系統(tǒng)的容量比例與系統(tǒng)財務凈現(xiàn)值及投資收益率之間的關(guān)系曲線如圖2所示。

從圖2可以看出，該項目的儲能配置為0 MWh～0.87 MWh，投資收益率增大，財務凈現(xiàn)值快速上升；在0.87 MWh～2.54 MWh時，收益率隨儲能比例的增大而下降，但財務凈現(xiàn)值繼續(xù)上升；超過2.54 MWh時，系統(tǒng)收益率急劇下降，財務凈現(xiàn)值也急劇下降。其原因是儲能系統(tǒng)放電容量（0.9Q）與用戶尖、峰、平的用電量匹配引起的，當儲能系統(tǒng)放電量小于用戶尖峰段用電量時，儲能系統(tǒng)放電量的峰谷差價全是尖峰段與谷段的差價，差價最大，收益高于光伏系統(tǒng)收益率，財務凈現(xiàn)值較快增長；當儲能系統(tǒng)放電量大于尖峰段需電量時，有部分儲能放電量的差價為高峰段與谷段的差價，收益相對低一些，但此時收益率仍然超過行業(yè)基準收益率6%，因此財務凈現(xiàn)值繼續(xù)增長，但增長速度放緩。同樣，如果儲能系統(tǒng)的放電量超過尖峰段和高峰段，則有部分放電量以平段和谷段差價計算，收益更低。

圖2 全投資收益率與儲能容量關(guān)系曲線圖

因此，分布式光伏儲能系統(tǒng)的儲能配置比例應以企業(yè)用電負荷曲線和峰谷價差為基礎(chǔ)進行分析測算，得出一個最佳容量配置。如果投資企業(yè)資金有限，追求項目投資的最大收益率，該項目應選擇配置0.87 MWh容量的儲能系統(tǒng)，此時系統(tǒng)最大投資收益率為10.51%，對應財務凈現(xiàn)值379萬元（ic=6%）；如果投資企業(yè)資金充足，從追求項目獲取最大投資收益的角度，該項目配置2.54 MWh的儲能系統(tǒng)，此時，項目財務凈現(xiàn)值最大為394萬元（ic=6%），對應光伏儲能系統(tǒng)全投資收益率為9.78%。

4 結(jié)論

該文對分布式光伏儲能系統(tǒng)建模和數(shù)據(jù)進行分析，繪制了儲能系統(tǒng)的配置比例與投資收益率及財務凈現(xiàn)值之間的關(guān)系曲線，得出了使光伏儲能系統(tǒng)投資收益最大化的儲能配置比例和滿足收益率要求的業(yè)主企業(yè)用電的最低峰谷價差。然后以廣東某分布式光伏儲能系統(tǒng)為例，采用該文分布式光伏儲能系統(tǒng)投資收益分析模型進行測算，得出了配置0.87 MWh時，系統(tǒng)獲得最大投資收益率10.51%，配置2.54 MWh時，系統(tǒng)獲得最大財務凈現(xiàn)值為394萬元（ic=6%），為項目配置最優(yōu)的儲能容量提供了數(shù)據(jù)支撐。

由于全國各地的用電政策和分時段電價各不相同，項目實施企業(yè)的用電負荷曲線也各有差異，因此，在采用分布式光伏儲能系統(tǒng)投資收益分析模型前，需要重點分析企業(yè)用電負荷曲線，獲取企業(yè)日常用電規(guī)律和用電電價，為模型輸入相對準確的測算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，進而利用測算模型，繪制儲能配置比例與投資收益率和財務凈現(xiàn)值的關(guān)系曲線，從而得到最佳的儲能配置比例，獲取系統(tǒng)投資的最大收益。