趙 鷹 盧海勇
上海電力設(shè)計(jì)院有限公司
近年來(lái),國(guó)內(nèi)光伏發(fā)電行業(yè)取得了舉世矚目的快速發(fā)展,連續(xù)多年新增裝機(jī)容量和累計(jì)裝機(jī)容量位居全球第一。隨著光伏發(fā)電系統(tǒng)的不斷進(jìn)步,也對(duì)光伏發(fā)電行業(yè)的發(fā)展提出了系統(tǒng)效率高,系統(tǒng)可靠性高,綜合造價(jià)低,度電成本低,實(shí)現(xiàn)平價(jià)上網(wǎng)[1]的要求。
事實(shí)上,由于地區(qū)間太陽(yáng)能資源、氣象條件和地理環(huán)境的差異,相同配置的光伏發(fā)電系統(tǒng)在不同區(qū)域的出力情況也相差很大。即便是國(guó)內(nèi)I類資源區(qū)的光伏發(fā)電系統(tǒng),在系統(tǒng)投運(yùn)后的首年,光伏發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)際輸出功率基本都低于交流側(cè)功率標(biāo)稱值。而考慮到光伏組件的衰減,在光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行的全壽命周期內(nèi),上網(wǎng)功率遠(yuǎn)低于交流側(cè)功率標(biāo)稱值。因而,國(guó)內(nèi)光伏發(fā)電站的實(shí)際出力低于傳統(tǒng)意義上的“電站容量”出力。此類情況一方面降低了光伏發(fā)電系統(tǒng)中設(shè)備的利用率,另一方面也導(dǎo)致了光伏發(fā)電系統(tǒng)投資增加、全周期上網(wǎng)發(fā)電量不高和度電成本高[2]。
由于我國(guó)太陽(yáng)能資源分布不均勻,太陽(yáng)能資源迥異,不同區(qū)域的光伏發(fā)電系統(tǒng)出力差異很大,其直流/交流最佳配比也不相同。本文通過研究一個(gè)工程實(shí)例的不同容配比情況,計(jì)算此區(qū)域項(xiàng)目全壽命周期的最低度電成本,旨在助力此區(qū)域大規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)化工作[3-4]。
項(xiàng)目基地位于西北沙漠腹地,海拔高度約1 120~1 160 m。總體裝機(jī)容量為2 000 MW,擬建光伏場(chǎng)址區(qū)域內(nèi)占地面積約6 666.67 hm2。
采用METEONORM計(jì)算軟件對(duì)場(chǎng)址所在地的太陽(yáng)能輻射計(jì)算,1990-2010年多年平均輻射量為1 652 kWh/m2。該站址所在地太陽(yáng)能資源豐富程度屬于B級(jí)地區(qū),太陽(yáng)能資源豐富,適合建設(shè)并網(wǎng)發(fā)電項(xiàng)目。
基于可研初設(shè)階段的技術(shù)方案,項(xiàng)目主要以固定式為主。因此,本階段以固定式方案進(jìn)行容配比研究。光伏發(fā)電系統(tǒng)的總投資構(gòu)成主要考慮組件價(jià)格、支架/樁基、電氣設(shè)備、電纜、施工費(fèi)用、土地費(fèi)用和其他費(fèi)用[5-6]。在計(jì)算不同直流/交流比的總投資時(shí),主要基于以下假設(shè)條件:
1)電氣設(shè)備投資、施工費(fèi)用(不含組件、支架、樁基安裝)和項(xiàng)目其他費(fèi)用不變;
2)組件、支架+樁基、電纜(含安裝)投資、土地費(fèi)用、場(chǎng)地整理和生態(tài)治理隨直流側(cè)容量增加。
此外,通過PVsyst軟件模擬不同容配比下的25年發(fā)電量,通過對(duì)所有投資及發(fā)電量進(jìn)行折現(xiàn)處理,計(jì)算項(xiàng)目全壽命周期度電成本[7]。
平準(zhǔn)化度電成本指標(biāo)按以下公式計(jì)算:
式中:
i——折現(xiàn)率(%);
n——系統(tǒng)運(yùn)行年數(shù)(n=1,2,……,N);
N——光伏發(fā)電系統(tǒng)評(píng)價(jià)周期,單位:年;
I0——靜態(tài)初始投資,單位:元;
It——項(xiàng)目增值稅抵扣,單位:元;
VR——光伏系統(tǒng)殘值,單位:元;
Mn——第n年運(yùn)營(yíng)成本;
Yn——年上網(wǎng)電量,單位:kWh。
光伏發(fā)電系統(tǒng)容配比優(yōu)化計(jì)算需考慮地理位置、地形條件、太陽(yáng)能資源條件、組件選型、安裝類型、布置方式、逆變器性能、建設(shè)成本、光伏方陣至逆變器或并網(wǎng)點(diǎn)的各項(xiàng)損耗、電網(wǎng)需求等因素,經(jīng)過技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性比選后確定。容配比優(yōu)化分析宜使用試算法進(jìn)行計(jì)算,宜從低到高選取容配比進(jìn)行多點(diǎn)計(jì)算,得出最優(yōu)容配比,其優(yōu)化計(jì)算流程見圖1[8-9]。
圖1 光伏發(fā)電系統(tǒng)容配比優(yōu)化計(jì)算流程圖
通過光伏發(fā)電系統(tǒng)容配比優(yōu)化計(jì)算后,得出以下結(jié)果:
1)占地面積
本次光伏發(fā)電項(xiàng)目分析計(jì)算按640個(gè)方陣2 016 MW容量考慮。根據(jù)實(shí)際布置占地約34畝/MWp進(jìn)行估算,可得到上述區(qū)域的占地面積,見表1。
2)總投資費(fèi)用
在本區(qū)域,當(dāng)交流側(cè)容量為2 016 MW、直流側(cè)容量分別為2 016 MWp、2 217.6 MWp、2 419.2 MWp、2 520 MWp、2 620.8 MWp、2 721.6 MWp、2 822.4 MWp、2 923.2 MWp時(shí),光伏發(fā)電項(xiàng)目各浮動(dòng)分項(xiàng)單位投資見表2。表2中組件的價(jià)格按2.15元/Wp計(jì)算,土地費(fèi)用按200元/年/畝計(jì)算,將25年土地費(fèi)用折現(xiàn)至首年,項(xiàng)目建設(shè)管理費(fèi)用按0.089元/Wp計(jì)算。
可計(jì)算得到不同直流側(cè)容量時(shí),光伏發(fā)電項(xiàng)目的浮動(dòng)分項(xiàng)單位投資見表2,光伏發(fā)電項(xiàng)目的總投資見表3。
項(xiàng)目運(yùn)維費(fèi)用包含材料費(fèi)用、其他費(fèi)用、土地租賃費(fèi)用、人員工資及福利、修理費(fèi)、保險(xiǎn)費(fèi)用等,其取費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)見表4。
經(jīng)計(jì)算后項(xiàng)目運(yùn)維費(fèi)用見表5。
經(jīng)計(jì)算后項(xiàng)目總成本現(xiàn)值見表6。
3)發(fā)電量計(jì)算結(jié)果
采用PVSYST 6.8.6版本軟件,按照國(guó)內(nèi)常用單晶硅光伏組件的衰減情況,針對(duì)不同直流/交流比時(shí)系統(tǒng)的25年上網(wǎng)發(fā)電量進(jìn)行計(jì)算,不同直流/交流比時(shí)系統(tǒng)的25年上網(wǎng)發(fā)電量計(jì)算結(jié)果見表7。
4)度電成本計(jì)算
按照本文第1部分論述的項(xiàng)目全壽命周期度電成本計(jì)算方法,度電成本按照項(xiàng)目總投資除以25年累計(jì)發(fā)電量進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算結(jié)果見表8。
表1 不同直流側(cè)容量時(shí)的光伏發(fā)電項(xiàng)目的占地面積(單位:畝)
表2 光伏發(fā)電項(xiàng)目的浮動(dòng)分項(xiàng)單位投資
表3 光伏發(fā)電項(xiàng)目的總投資
表4 光伏發(fā)電項(xiàng)目的運(yùn)維取費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)
表5 光伏發(fā)電項(xiàng)目的運(yùn)維費(fèi)
表6 光伏發(fā)電項(xiàng)目總成本
表7 不同直流/交流比時(shí)上網(wǎng)發(fā)電量(單位:MWh)
表8 不同直流/交流比時(shí),各區(qū)域的度電成本
1)項(xiàng)目建設(shè)成本分析
由表2可以看出,光伏發(fā)電系統(tǒng)的總投資隨著直流/交流比的增加而增加。此外,組件的費(fèi)用占項(xiàng)目總投資的比例較高,以直流/交流比為1:1為例,占總投資比為42.5%;隨著直流/交流比增加,組件的費(fèi)用占項(xiàng)目總投資的比例增加,以直流/交流比1.45為例,占比為45.0%。
由表2和表3可見,當(dāng)直流/交流比為1時(shí),系統(tǒng)的單瓦投資為4.88元/Wp,當(dāng)直流/交流比為1.45時(shí),系統(tǒng)的單瓦投資為4.66元/Wp。這是由于直流容量的增加,光伏發(fā)電系統(tǒng)“固定部分”并未變化。因此,增加直流/交流比值,可以降低項(xiàng)目單位投資(均按直流側(cè)計(jì)算)。不同直流/交流比時(shí),系統(tǒng)單位投資見圖2。
圖2 不同直流/交流比時(shí)系統(tǒng)單位投資
2)項(xiàng)目發(fā)電量分析
由表7可見,對(duì)于不同的光伏發(fā)電系統(tǒng)直流/交流比,直流端容量較高的系統(tǒng)首年發(fā)電量高,但容配比較高時(shí),增加的容量部分發(fā)電效率明顯降低。由表7及表9可見,隨著直流/交流比的增加,光伏發(fā)電系統(tǒng)的25年累計(jì)上網(wǎng)電量增加,但相較于直流/交流比,單位系統(tǒng)容量的發(fā)電量增加值降低(當(dāng)容配比超過1.2時(shí))。不同直流/交流比時(shí),運(yùn)行期年平均發(fā)電量見表10。
表9 不同直流/交流比時(shí),增加容量發(fā)電效率分析
表10 不同直流/交流比時(shí),運(yùn)行期年平均發(fā)電量
3)度電成本分析
由表8可見,對(duì)于不同的容配比進(jìn)行度電成本分析,可見本項(xiàng)目最低度電成本下的容配比方案,此外,從圖3中可見,在1.2~1.4容配比之間,度電成本都比較低,在1.4以上容配比下,系統(tǒng)限發(fā)較為嚴(yán)重,不適合本項(xiàng)目雙面組件的方案,而容配比低于1.2時(shí),度電成本較高,不利于項(xiàng)目全壽命周期下的投資收益。
圖3 不同直流/交流比時(shí),各區(qū)域的度電成本
綜上所述,本工程容配比最低在1.3左右,但可以依據(jù)項(xiàng)目具體情況在1.2~1.4容配比之間選擇合適條件進(jìn)行項(xiàng)目實(shí)施。
通過對(duì)比研究,對(duì)項(xiàng)目光伏發(fā)電系統(tǒng)在不同直流/交流比時(shí)的項(xiàng)目投資、發(fā)電量和度電成本進(jìn)行了分析計(jì)算,分析計(jì)算結(jié)果和主要結(jié)論如下:
1)增加系統(tǒng)的直流/交流比值,可以降低系統(tǒng)單位投資(按直流側(cè)計(jì)算);
2)隨著系統(tǒng)直流/交流比的增加,光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量增加,但相比于首年,系統(tǒng)增加的發(fā)電量比例降低;
3)隨著直流/交流比增加,系統(tǒng)的度電成本呈現(xiàn)先降低再升高的情況,存在一個(gè)最優(yōu)直流/交流比;
4)可研階段的光伏發(fā)電系統(tǒng)直流/交流比未考慮項(xiàng)目全壽命周期的情況,存在一定的優(yōu)化空間,但1.2的容配比下度電成本也較低,具體實(shí)施階段可視情況選取。