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)
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。
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。
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。
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
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。
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。
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。