EPC模式分布式光伏發(fā)電技術(shù)經(jīng)濟(jì)探析

北京燃?xì)饽茉窗l(fā)展有限公司 荊 奇

1 引言

光伏發(fā)電站作為一種利用可再生能源發(fā)電技術(shù)，在當(dāng)前我國(guó)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)優(yōu)化過(guò)程中，發(fā)揮著重要的作用?，F(xiàn)階段，為進(jìn)一步提升光伏發(fā)電站的經(jīng)濟(jì)效益，將一批新模式融入分布式光伏發(fā)電站的建設(shè)工作當(dāng)中，已經(jīng)成為一項(xiàng)極為必要的工作。

2 將EPC 模式應(yīng)用到分布式光伏發(fā)電技術(shù)中的意義

在電子技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，各種電子設(shè)備得到了廣泛的應(yīng)用，這一情況的出現(xiàn)使得人們對(duì)電力資源的需求量不斷增長(zhǎng)，但受化石能源日漸短缺、傳統(tǒng)火力發(fā)電技術(shù)產(chǎn)生電能的成本不斷增加、構(gòu)建清潔低碳社會(huì)等因素的影響，人們對(duì)清潔可再生能源的需求越發(fā)迫切?，F(xiàn)階段，為切實(shí)降低電能資源的供應(yīng)成本，滿足人們對(duì)電力資源的實(shí)際需要，分布式光伏發(fā)電技術(shù)作為一種清潔可靠的電能供應(yīng)技術(shù)，受到了人們的廣泛歡迎。

并且，隨著近年來(lái)分布式光伏發(fā)電站建設(shè)逐漸步入到規(guī)模化建設(shè)應(yīng)用階段，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)相較于常規(guī)的發(fā)電技術(shù)，分布式光伏發(fā)電技術(shù)在節(jié)能減排方面，有著極為明顯的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)環(huán)境效益，并且隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，分布式光伏發(fā)電站裝機(jī)成本與系統(tǒng)造價(jià)正在逐年下降，這一情況的出現(xiàn)，進(jìn)一步提升了節(jié)能服務(wù)的發(fā)展?jié)摿?，為EPC 模式的應(yīng)用提供了有效的支持。具體來(lái)說(shuō)，EPC 模式是一種以市場(chǎng)為基礎(chǔ)的全新節(jié)能機(jī)制，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，可以用節(jié)約的能源費(fèi)用支付節(jié)能項(xiàng)目的成本，在節(jié)能低碳社會(huì)發(fā)展的過(guò)程中，EPC模式不僅與分布式光伏發(fā)電技術(shù)有著較高的適配性，還可以為市場(chǎng)化節(jié)能新機(jī)制的發(fā)展添加新的活力與生機(jī)[1]。

3 將EPC 模式應(yīng)用到分布式光伏發(fā)電技術(shù)中的實(shí)例

本文主要以校園分布式光伏發(fā)電站的安裝情況為例，介紹了將EPC 模式應(yīng)用到分布式光伏發(fā)電體系建設(shè)工作中的具體方法，然后對(duì)這一技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了分析，從結(jié)果中可以了解到，隨著近年來(lái)光伏發(fā)電技術(shù)的不斷優(yōu)化，光伏發(fā)電站建設(shè)成本不斷下降，將EPC 模式應(yīng)用的分布式光伏發(fā)電站建設(shè)工作中，能夠進(jìn)一步提升該發(fā)電站的投資價(jià)值，保證該項(xiàng)目的盈利符合預(yù)期需要。

3.1 項(xiàng)目概況

分布式光伏發(fā)電站位于某高校校區(qū)內(nèi)，據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知，該高校在2019年用電量達(dá)到了638.4萬(wàn)kWh，該校所在地區(qū)的居民電價(jià)為1kWh/0.65元，2019年該校每天平均用電量達(dá)到了17479.49kWh，年最大負(fù)荷為12.89MW，2019年電費(fèi)支出在370萬(wàn)元，每天下午六點(diǎn)到次日凌晨為該校電力負(fù)荷高峰時(shí)段，在用電高峰時(shí)段，電網(wǎng)存在電力供應(yīng)穩(wěn)定性較差的問(wèn)題。同時(shí)，隨著該高校規(guī)模的不斷擴(kuò)大，學(xué)校對(duì)于電能的消耗呈現(xiàn)逐年上漲趨勢(shì)，高校原本配置的電負(fù)荷設(shè)備已經(jīng)無(wú)法滿足當(dāng)前高校的實(shí)際電力使用需要，考慮到對(duì)電負(fù)荷設(shè)備體系進(jìn)行改造或者新建的投資成本相對(duì)較高，為了在滿足該校用電需要的基礎(chǔ)上，降低用電成本，校園決定將EPC 模式引入到該校分布式光伏發(fā)電站當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)能源的有效節(jié)約[2]。

在使用EPC 模式對(duì)學(xué)校分布式光伏發(fā)電站進(jìn)行優(yōu)化的過(guò)程中，相關(guān)工作人員先對(duì)該校的供配電系統(tǒng)進(jìn)行了全面的分析，明確了系統(tǒng)在應(yīng)用過(guò)程中的能耗情況。然后在明確了分布式光伏發(fā)電站的具體工作特點(diǎn)，以及校區(qū)建筑屋頂面積條件的基礎(chǔ)上，提出了建設(shè)屋頂分布式光伏發(fā)電站的電力供應(yīng)方案，并將EPC 模式應(yīng)用到光伏發(fā)電站的改造工作中，通過(guò)令該校區(qū)的電力資源實(shí)現(xiàn)“自發(fā)自用，余電上網(wǎng)”的方式，減少該校區(qū)的用電成本。

3.2 系統(tǒng)方案

光伏發(fā)電技術(shù)作為一種清潔可靠的電能供應(yīng)技術(shù)，在綠色低碳社會(huì)建設(shè)工作推進(jìn)的過(guò)程中，受到了人們的廣泛關(guān)注。現(xiàn)階段，為進(jìn)一步提升光伏發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用經(jīng)濟(jì)效益，以EPC 模式為基礎(chǔ)構(gòu)建分布式光伏發(fā)電站，實(shí)現(xiàn)光能與電能的高效轉(zhuǎn)化，成為切實(shí)降低光伏發(fā)電站投資成本，提高其投資回收率的有效方式之一。

3.2.1 系統(tǒng)構(gòu)成

光伏組件、逆變器、電池組件、連接電纜、支架等設(shè)備共同組成了該校區(qū)的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，其中光伏組件是該系統(tǒng)中的核心部件，承擔(dān)著將光能轉(zhuǎn)化成電能的重要任務(wù)，在本次工程項(xiàng)目過(guò)程中，太陽(yáng)能電池板為HR-250P-24/Ba 多晶硅光伏組件，這種光伏組件的單體峰值功率為250W，轉(zhuǎn)化效率在16%以上；同時(shí)逆變器作為匯集光伏組件產(chǎn)生的直流電，并將其轉(zhuǎn)化為可供普通電氣設(shè)備使用的交流電的重要設(shè)備，在分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)中起到了十分重要的作用。該校區(qū)的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)備與區(qū)域建筑物進(jìn)行了有效的組合，在不影響建筑本身美觀性的同時(shí)，將發(fā)電系統(tǒng)與小區(qū)用電設(shè)備、當(dāng)?shù)嘏潆娤到y(tǒng)等部分相鏈接。這一情況的出現(xiàn)，使得該校區(qū)的光伏發(fā)電系統(tǒng)逆變器在應(yīng)用過(guò)程中，可有效實(shí)現(xiàn)最大功率的點(diǎn)跟蹤，具體來(lái)說(shuō)在天氣狀況良好，光照強(qiáng)度較高的情況下，逆變器可以將自身轉(zhuǎn)化的多余交流電注入電網(wǎng)系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)電能供應(yīng)的補(bǔ)充；在陰天或夜晚這類光照強(qiáng)度較弱的情況下，則可以將電網(wǎng)中的電能傳輸至該校區(qū)中，滿足該校區(qū)的用電需要[3]。

3.2.2 裝機(jī)容量

該校區(qū)所處地區(qū)年平均日照約為84d，日照百分率為50%±5%，年平均輻射量達(dá)到了4806MJ/m2。在該校區(qū)前期分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)選址的過(guò)程中，選取的建筑屋頂面積在21050m2左右，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘察可以了解到，該校區(qū)分布式光伏發(fā)電組件所占區(qū)域面積約為11270m2，屋頂規(guī)劃的裝機(jī)總量為1.0MW。為保證分布式光伏發(fā)電設(shè)備的安裝工作不會(huì)對(duì)校區(qū)整體建筑的安全性造成不利影響，并且需要盡量避免組件的安裝，影響建筑整體的美觀性，因此在經(jīng)過(guò)工程計(jì)算與實(shí)測(cè)試驗(yàn)后，總數(shù)為4120組的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)電池組件被安裝在實(shí)驗(yàn)樓頂部的空置區(qū)域，其安裝方式為固定安裝，安裝傾角為29°，該項(xiàng)目的光伏電池組件總數(shù)為4120組，總裝機(jī)量達(dá)到了1030kW。同時(shí)，該系統(tǒng)中共有兩臺(tái)并網(wǎng)逆變器，均分散放置在空置區(qū)，其規(guī)格型號(hào)為KSG-300K。此外，交流匯流箱的數(shù)量為4臺(tái)，其規(guī)格型號(hào)共有兩種，分別為三進(jìn)一出與兩進(jìn)一出。

3.2.3 光伏列陣間距

在分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)安裝過(guò)程中，為切實(shí)提升太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)化效率，為保證光伏列陣能夠發(fā)揮最大的效果，在開展間距計(jì)算工作時(shí)，可以參照《CNCA/CTS0016—2015并網(wǎng)光伏電站性能檢測(cè)與質(zhì)量評(píng)估技術(shù)規(guī)范》，明確光伏列陣布置時(shí)的遮擋限定條件。具體來(lái)說(shuō)，在該校的分布式光伏列陣間距計(jì)算過(guò)程中，不遮擋設(shè)計(jì)原則可以按照冬至日9：00～15：00點(diǎn)原則設(shè)計(jì)，具體的計(jì)算公式為：D=LcosA+LsinA（0.07tanφ+04338）/（0.707-0.4338tanφ），式中L 指的是太陽(yáng)能電池板的斜面長(zhǎng)度，單位：mm；D 指的是兩排方陣之間的距離，單位：mm；A 指的是方陣的傾角，在該校分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)布置過(guò)程中，取值為29度；φ 指的是該校所在地區(qū)的緯度，取值為34.44°。將上述數(shù)值代入到公式當(dāng)中，可以計(jì)算得出該校光伏列陣的間距D=1850mm。

3.2.4 光伏方陣并網(wǎng)接入方案

為了切實(shí)降低該學(xué)校在電力資源消耗方面產(chǎn)生的成本，將校區(qū)內(nèi)的光伏發(fā)電體系與電網(wǎng)體系進(jìn)行有效的連接，令光伏發(fā)電設(shè)備產(chǎn)生的多余電量傳輸至當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)體系當(dāng)中，成為一項(xiàng)極為必要的工作。在明確該校區(qū)所在地區(qū)的太陽(yáng)能輻射條件、建筑的具體結(jié)構(gòu)形式、配電系統(tǒng)的具體情況，以及校區(qū)的用電負(fù)荷等信息的基礎(chǔ)上，為保證分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目的建設(shè)情況能夠滿足該學(xué)校的實(shí)際需要，該項(xiàng)目工程主要由4個(gè)257.5kW 的子系統(tǒng)共同組成，其中每個(gè)子系統(tǒng)都包含一臺(tái)并網(wǎng)逆變器與一臺(tái)隔離升壓變壓器，經(jīng)過(guò)匯流后將其與并網(wǎng)逆變器相連接，從而使直流電轉(zhuǎn)變?yōu)槟軌驖M足電網(wǎng)實(shí)際需要的10kV三相交流電，然后將其輸入到光伏發(fā)電站的內(nèi)配電室內(nèi)，再經(jīng)由一回出線實(shí)現(xiàn)交流電到電網(wǎng)系統(tǒng)的電量傳輸，從而實(shí)現(xiàn)校區(qū)光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)。在該電網(wǎng)系統(tǒng)中，應(yīng)用的計(jì)費(fèi)關(guān)口電能計(jì)量裝置以及電流互感器、電壓互感器的準(zhǔn)確等級(jí)為0.2S 級(jí)，為實(shí)現(xiàn)光伏電池列陣、并網(wǎng)系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的集中管控，在設(shè)計(jì)安裝過(guò)程中，該高校將光伏發(fā)電項(xiàng)目中控室設(shè)置在實(shí)驗(yàn)樓內(nèi)，并且通過(guò)安排專人對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的方式，保證該學(xué)校電力供應(yīng)的穩(wěn)定性與安全性[4-5]。

3.2.5 項(xiàng)目運(yùn)行測(cè)試

為保證該校分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目的實(shí)際應(yīng)用能夠滿足高校的具體需要，在完成分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的安裝調(diào)試工作后，對(duì)其進(jìn)行了一段時(shí)間的運(yùn)行實(shí)踐操作，截至目前，該項(xiàng)目的設(shè)備仍保持著良好的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。為了更為全面地了解該項(xiàng)目設(shè)備的功率衰減情況與項(xiàng)目整體的發(fā)電情況，可以通過(guò)監(jiān)測(cè)記錄一段時(shí)間內(nèi)光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，設(shè)備組件的狀態(tài)參數(shù)，并對(duì)參數(shù)信息進(jìn)行分析的方式，切實(shí)了解設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況。具體來(lái)說(shuō)，在測(cè)試過(guò)程中，測(cè)試方法可以參照GB/T 18210—2000、CNCA/CTS0016—2015、IEC 62446—2009，同時(shí)為保證測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，可以通過(guò)人工測(cè)定與設(shè)備測(cè)定相結(jié)合的方式，切實(shí)了解一段時(shí)間內(nèi)設(shè)備的具體參數(shù)信息。

如在實(shí)際監(jiān)測(cè)過(guò)程中，為切實(shí)了解光伏組件表面與背板溫度信息，可應(yīng)用遠(yuǎn)紅外相機(jī)配合pv900測(cè)試儀對(duì)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)記錄與存儲(chǔ)。為了了解逆變器、匯流箱等設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)時(shí)，可以通過(guò)人工瞬時(shí)讀取記錄的方式，保證參數(shù)記錄的準(zhǔn)確性。同時(shí)，在測(cè)定現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境信息時(shí)，可應(yīng)用太陽(yáng)輻射測(cè)量TMR—ZS1A 氣象生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)儀對(duì)太陽(yáng)輻射、分辨率、溫度等信息進(jìn)行測(cè)定；可應(yīng)用PV900便攜式太陽(yáng)能I—V 測(cè)試儀，測(cè)定光伏組件的衰減功率。對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，該校分布式光伏發(fā)電組件工作狀態(tài)基本符合《光伏制造行業(yè)規(guī)范條件（2015年本）》對(duì)光伏組件功率衰減的要求。

3.3 經(jīng)濟(jì)性分析

在經(jīng)過(guò)學(xué)校與EPC 公司友好溝通交流后，決定該校的光伏發(fā)電站采用節(jié)能效益分享型經(jīng)濟(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)模式，具體來(lái)說(shuō)，在該校光伏發(fā)電站建設(shè)投資全部由EPC 公司提供，在光伏發(fā)電系統(tǒng)投入使用后，由學(xué)校與公司按照1:9的比例分享光伏發(fā)電產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益，并且兩方分享光伏發(fā)電效益的時(shí)長(zhǎng)為15年，在15年后，光伏發(fā)電站的經(jīng)營(yíng)權(quán)與所有權(quán)全部移交給學(xué)校。將EPC 模式應(yīng)用到該校分布式光伏發(fā)電站的建設(shè)工作當(dāng)中，不僅使得光伏發(fā)電站的逆變并到低壓電網(wǎng)后，可直接滿足用戶的用電需要，如果光伏發(fā)電設(shè)備轉(zhuǎn)化的電量無(wú)法切實(shí)滿足用戶的用電需要?jiǎng)t，可由電網(wǎng)企業(yè)按照當(dāng)?shù)氐匿N售電價(jià)為用戶提供電力資源。

在這種情況下，光伏發(fā)電設(shè)備轉(zhuǎn)化的電力資源實(shí)現(xiàn)了就地消納，在該校光伏發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)過(guò)程中，光伏組件單價(jià)為2.2元/W，總投資成本為226.6萬(wàn)元、并網(wǎng)逆變器的單價(jià)約為1.85元/W，總投資成本為190.55萬(wàn)元、支架的投資成本為103萬(wàn)元、防雷設(shè)備的安裝成本為50萬(wàn)元、安裝成本為95萬(wàn)元、運(yùn)輸成本為32.3萬(wàn)元。在光伏發(fā)電站建設(shè)過(guò)程中，項(xiàng)目光伏組件的搭建方式為BAPV，這種組裝方式有著耗時(shí)短、安裝方便、安裝成本偏低等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)系統(tǒng)總投資進(jìn)行計(jì)算，可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的初期投資成本為697.45萬(wàn)元，折合裝機(jī)單價(jià)約為6771元/kW。

對(duì)校區(qū)所在區(qū)域的日平均月輻射總量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析后可以得到，該地區(qū)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)年平均太陽(yáng)輻射總量達(dá)到了5125.5MJ/m2，假設(shè)并網(wǎng)逆變器的轉(zhuǎn)化效率為98%，光伏發(fā)電設(shè)備在使應(yīng)用過(guò)程中，實(shí)際輸出功率會(huì)受到各種因素的影響，假設(shè)光伏發(fā)電組件的輸出功率會(huì)受到表面清潔度的影響，導(dǎo)致其功率損失K1=3%；會(huì)受到固定傾角的影響，導(dǎo)致其功率損失K2=8%；會(huì)受到方陣組合的影響，導(dǎo)致其功率損失K3=3%；會(huì)受到溫度的影響，導(dǎo)致其功率損失K4=0.4%；會(huì)受到最大功率點(diǎn)偏移的影響，導(dǎo)致其功率損失K5=4%；會(huì)受到路線的影響，導(dǎo)致其功率損失K6=3%；會(huì)受到逆變器效率的影響，導(dǎo)致其功率損失K7=2%，若逆變器的轉(zhuǎn)換效率為98%，對(duì)上述損失進(jìn)行整理，可以得到該校光伏發(fā)電系統(tǒng)的綜合發(fā)電效率K=78.68%。

同時(shí)，若設(shè)并網(wǎng)光電系統(tǒng)在第1年的發(fā)電量為Qi，則可以得到Qi=P×Ts×K×（1-λ）1-i，式中，Qi的單位：kWh；P 指的是系統(tǒng)的裝機(jī)容量，單位：kW；Ts指的是光伏系統(tǒng)年峰值日照小時(shí)數(shù)，單位：h；K 指的是并網(wǎng)系統(tǒng)的綜合效率系數(shù)；λ 指的是光伏發(fā)電系統(tǒng)的平均年衰減率，數(shù)據(jù)可以從《光伏制造行業(yè)規(guī)范條件（2015年本）》中獲取。

該項(xiàng)目25年內(nèi)積累的并網(wǎng)電量將達(dá)到30022.97萬(wàn)kWh，年均發(fā)電量將達(dá)到120.92萬(wàn)kWh。對(duì)該分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的各項(xiàng)費(fèi)用進(jìn)行綜合后，可以了解到系統(tǒng)的總成本折現(xiàn)值為775.18萬(wàn)元，折合工程建造單價(jià)成本為7526元/kWh，供電成本為0.256元/kWh，凈現(xiàn)值為7.33元/Wp，投資回收期為10.77年。此外，為了進(jìn)一步提升該分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的盈利，在系統(tǒng)建設(shè)過(guò)程中，可以考慮國(guó)家或地方上網(wǎng)電價(jià)的補(bǔ)貼，從而達(dá)到提升項(xiàng)目收益率的目的。

總而言之，將EPC 模式應(yīng)用到學(xué)校分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)安裝工作中，即便在不考慮國(guó)家對(duì)上網(wǎng)電價(jià)進(jìn)行補(bǔ)貼的情況下，在使用壽命范圍內(nèi)，并網(wǎng)發(fā)電項(xiàng)目的供電成本為0.256元/kWh，居民正常用電價(jià)格要低，這一情況的存在，有效降低了該校用電成本，提升了電力應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性。