光伏微電網(wǎng)技術經(jīng)濟性分析

張震

摘 要：光伏微電網(wǎng)是實現(xiàn)分布式光伏消納利用的有效方式，具有廣闊的發(fā)展前景。本文建立了光伏微電網(wǎng)的技術經(jīng)濟性計算模型，針對光伏微電網(wǎng)應用于商業(yè)用戶的情景，進行了技術經(jīng)濟性分析，得出該系統(tǒng)內(nèi)部收益率為5%，投資回收期為14.9年，同時進行了盈虧平衡分析。本文的研究可以為光伏微電網(wǎng)的研究和工程應用提供理論參考和工程指導。

關鍵詞：光伏微電網(wǎng)；技術經(jīng)濟性；盈虧平衡分析

中圖分類號：TM615 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）01-0157-03

Abstract：Photovoltaic-based microgrid is an effective way to consume distributed photovoltaic generation， and has broad prospects for development. This paper establishes a technical economic calculation model of photovoltaic-based microgrid， and carries out techno-economic analysis and breakeven analysis in one microgrid scenarios for commercial users. The result shows that its internal rate of return is 5%， and the payback period is 14.9 years. This paper can provide a theoretical reference and guidance for engineering research and engineering applications of photovoltaic-based microgrid.

Key words： Photovoltaic-based microgrid； techno-economic analysis；break even analysis

當前，光伏產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展。在光伏微電網(wǎng)發(fā)展初期，大多關注與微電網(wǎng)規(guī)劃[1-2]、配置[3]、控制與運行[4-5]相關的關鍵技術研究和設備研發(fā)，目前針對光伏微電網(wǎng)的經(jīng)濟性研究較少。國外的研究主要集中在從微源控制、微電網(wǎng)的投資、建設及運營過程，以及參與者的多元化等方面剖析微電網(wǎng)效益；國內(nèi)的研究主要集中在對微電網(wǎng)的商業(yè)運營模式方面、綜合效益評估方面。目前，國內(nèi)相關的研究均未對技術經(jīng)濟性評價指標進行深入計算與分析，更缺少針對光伏微電網(wǎng)技術經(jīng)濟性的研究。

因此，本文建立了針對光伏微電網(wǎng)的技術經(jīng)濟性模型，開展光伏微電網(wǎng)的技術經(jīng)濟性分析，通過具體的技術經(jīng)濟可行性計算，量化光伏微電網(wǎng)的經(jīng)濟貢獻與項目實施的風險，為光伏微電網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)化提供工程經(jīng)濟層面的指導。

1 光伏微電網(wǎng)技術經(jīng)濟性計算模型

1.1 財務分析模型

根據(jù)光伏微電網(wǎng)綜合效益評價的特殊性，建立綜合財務分析模型，結合一般項目財務分析理論和方法，把外部因素內(nèi)部化。光伏微電網(wǎng)的主要財務分析模型[6-8]如式（1）～式（6）所示。

1.1.1 靜態(tài)評價指標

（1）光伏微電網(wǎng)項目投資收益率。

式中：表示投資收益率，為業(yè)務總收入，為項目運營總周期?；鶞适找媛蕿榈臈l件下，若，則項目可以考慮接受；若，則項目應予以拒絕。

（2）光伏微電網(wǎng)項目靜態(tài)投資回收期。

式中：表示靜態(tài)投資回收期（年），表示現(xiàn)金流入，表示現(xiàn)金流出，表示年限。

設基準投資回收期為，若，則項目可以考慮接受；若，則項目應予以拒絕。

1.1.2 動態(tài)評價指標

（1）內(nèi)部收益率。

式中：為內(nèi)部收益率。指標放映出投資方案所做出的貢獻，反映出項目資金占用的效率。當收益既定時，收到的時間越早，IRR越大。

（2）光伏微電網(wǎng)項目動態(tài)投資回收期。

式中：為動態(tài)投資回收期（年）。

根據(jù)全部投資現(xiàn)金流量表中累計凈現(xiàn)金流量現(xiàn)值計算求得。

（5）

設基準投資回收期為，若，則項目可以考慮接受；若，則項目應予以拒絕。

（3）光伏微電網(wǎng)項目凈現(xiàn)值。

式中：表示凈現(xiàn)值，表示基準折現(xiàn)率，一般取為8%。若，方案予以接受；若，臨界狀態(tài)；若，方案應予以拒絕。

1.2 光伏微電網(wǎng)系統(tǒng)不確定性分析模型

1.2.1 系統(tǒng)設備投資年成本

光伏微電網(wǎng)設備投資年成本主要包括光伏系統(tǒng)年成本，儲能系統(tǒng)年成本、儲能雙向變流器模塊年成本。

式中：為光伏系統(tǒng)容量；為儲能雙向變流器總功率；，，分別為光伏組件單價、儲能電池單價和儲能變流器單價；為系統(tǒng)運行年限；為貼現(xiàn)率4%。

1.2.2 系統(tǒng)年收益

光伏微電網(wǎng)年收益為：

式中：、、分別為電網(wǎng)售電電價、光伏上網(wǎng)和光伏補貼電價，元/kWh；、、、分別為負荷功率、光伏上網(wǎng)功率、微電網(wǎng)向電網(wǎng)購入電能功率及光伏出力。

1.2.3 盈虧平衡分析

假設在盈虧平衡點處，.本文選取的4類指標的盈虧平衡點計算方法如式（9）～式（13）所示。盈虧平衡發(fā)電產(chǎn)量：

式中：為盈虧平衡點生產(chǎn)的最小規(guī)模。

盈虧平衡銷售收入：

式中：R*為盈虧平衡點銷售收入的最低要求。

盈虧平衡生產(chǎn)能力利用率：

式中：為盈虧平衡點生產(chǎn)能力利用率的最低比例。生產(chǎn)能力利用率越小，表示項目的可靠性越大，即抗風險能力越強。

盈虧平衡發(fā)電銷售價格：

式中：為盈虧平衡點銷售價格的最低值。

1.3 敏感性分析模型

敏感度系數(shù)指項目評價指標變化的百分率與不確定因素變化的百分率之比。敏感度系數(shù)越高，表示項目效益對該不確定因素的敏感程度越高。

（14）

式中：為評價指標A對不確定因素F的敏感度系數(shù)；ΔF/F為不確定因素F的變化幅度；ΔA/A為不確定因素F發(fā)生ΔF變化時，評價指標A的相對變化率。

2 光伏微電網(wǎng)系統(tǒng)概述

選取某光伏微電網(wǎng)為算例，接入光伏系統(tǒng)的發(fā)電容量共157kW，接入儲能系統(tǒng)31.7kWh，逆變器44kW，微電網(wǎng)各組件參數(shù)如文獻[9]所示。典型日光伏出力與居民負荷如圖1示。

模型中取居民生活用電峰谷電價，高峰時段為14：00-17：00及19：00-22：00，電價為0.96元/kWh，低谷時段為00：00-08：00，電價為0.29元/kWh，其他時段為平時段，電價為0.58元/kWh，光伏上網(wǎng)電價為0.38元/kWh，光伏補貼為0.42元/kWh。峰谷分時電價下光伏微電網(wǎng)的運行策略如文獻[9]所示。

3 系統(tǒng)經(jīng)濟性

3.1 初始條件設定

表1為光伏微電網(wǎng)系統(tǒng)總投資明細。安裝工程費按設備投資的8%計算；工程建設其它費用包括土地費用、項目前期費、建設單位管理費、設計費等，共計14.33萬元；預備費包括基本預備費和漲價預備費，其中基本預備費的費率為5%，不計漲價預備費；遞延資產(chǎn)費用包括生產(chǎn)人員準備費和辦公及生活家具購置費；流動資金按上述建設投資總額的8%計算[10]。運行設備壽命取15年，建設期1年，項目計算期為16年。

3.2 經(jīng)濟性計算結果分析

利用上述財務分析模型，本文對某光伏微電網(wǎng)系統(tǒng)進行了財務分析，如表2。

通過財務評價可知，建設該光伏微電網(wǎng)的項目總投資為251.31萬元，其中建設投資為202.71萬元，占總投資的比例為80.66%。該光伏微電網(wǎng)在計算期內(nèi)的年均收入為23.47萬元，年均總成本費用為16.75萬元，年均利潤總額為6.72萬元，年均所得稅為1.68萬元，年均稅后利潤為5.04萬元。本項目的稅后投資利稅率為2.67%，稅后投資收益率為2.01%，稅后內(nèi)部收益率為3%，小于基準收益率8%，投入資金內(nèi)部償付能力不足；稅后凈現(xiàn)值為13.31萬元，說明本項目的資金利用情況一般。這是由于現(xiàn)階段由于儲能用鋰電池和變流器組件的成本較高，然而，通過配置儲能帶來的系統(tǒng)供電可靠性收益和環(huán)境效益意義重大。近年來鋰電池成本和儲能變流器組件價格一直呈現(xiàn)著下降趨勢。

3.3 盈虧平衡分析

盈虧平衡分析通過計算項目達產(chǎn)年主要經(jīng)濟指標的盈虧平衡點，分析項目成本與收入的平衡關系。本文通過產(chǎn)量、銷售收入、生產(chǎn)能力利用率和銷售價格4個指標的盈虧平衡點作為盈虧平衡分析的主要指標。

該光伏微電網(wǎng)年總發(fā)電量Q為171915kWh，年均收入R為26.15萬元，則光伏度電價格P為1.52元/kWh，年固定成本F為13.51萬元，年可變成本3.24萬元，年單位發(fā)電可變成本V為0.188元/kWh。表3為光伏微電網(wǎng)的盈虧平衡分析指標。

由表3可知，采用單因素盈虧平衡分析的方法，即在其它計算參數(shù)不變的條件下，光伏微電網(wǎng)的發(fā)電產(chǎn)量若低于101.43MW·h/年，或銷售收入低于154.17萬元/年，或生產(chǎn)能力利用率低于58.99%，或發(fā)電的銷售價格低于0.95元/（kW·h）時，則項目無法獲得收益；上述盈虧平衡指標等于平衡點數(shù)值時，項目收入與成本持平；當上述盈虧平衡指標高于平衡點數(shù)值時，項目可獲得收益。

4 結語

本文建立了光伏微電網(wǎng)系統(tǒng)的技術經(jīng)濟性模型，對某光伏微電網(wǎng)系統(tǒng)進行了技術經(jīng)濟性分析，所得的結果較為合理。所研究的光伏微電網(wǎng)系統(tǒng)稅后投資收益率、稅后內(nèi)部收益率、稅后動態(tài)投資回收期和稅后凈現(xiàn)值分別為2.81%、5%、14.9年和13.31萬元。利用盈虧分析的數(shù)學模型，進行了光伏微電網(wǎng)系統(tǒng)的盈虧平衡分析，找到了盈虧平衡點。本文的研究可以為光伏微電網(wǎng)的研究和工程應用提供理論參考和工程指導。

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