作者：鞠靖、趙東閣、關(guān)仿
作者單位：東營財金清潔能源有限公司
摘 要：在近期國家對光伏電站容配比放開的背景下，為探求東營地區(qū)最優(yōu)容配比，文章運用PVSYST軟件及財務(wù)模型，在直流側(cè)容量固定和超裝兩種情況下，測算不同容配比下的平準化度電成本和財務(wù)內(nèi)部投資收益率變化。通過測算分析得出東營地區(qū)最佳容配比為1.452，且直流側(cè)超裝情況下財務(wù)內(nèi)部投資收益率更高，平準化度電成本更低。
一、定義
容配比：光伏電站的組件容量與逆變器額定容量之比。
平準化度電成本（LCOE）：是對項目生命周期內(nèi)的成本和發(fā)電量先進行平準化，再計算得到的發(fā)電成本，即生命周期內(nèi)的成本現(xiàn)值/生命周期內(nèi)發(fā)電量現(xiàn)值。計算方法為：(初期投資-生命周期內(nèi)因折舊導致的稅費減免的現(xiàn)值+生命周期內(nèi)因項目運營導致的成本的現(xiàn)值-固定資產(chǎn)殘值的現(xiàn)值)/(生命周期內(nèi)發(fā)電量的現(xiàn)值)。
財務(wù)內(nèi)部投資收益率(IRR)：指項目在整個計算期內(nèi)各年財務(wù)凈現(xiàn)金流量的現(xiàn)值之和等于零時的折現(xiàn)率，也就是使項目的財務(wù)凈現(xiàn)值等于零時的折現(xiàn)率。
二、容配比的作用
限制容配比阻礙了系統(tǒng)實現(xiàn)最優(yōu)設(shè)計，不利于度電成本降低，若一定程度上提高容配比，則有以下意義：
（一）可以補償光照的不足、溫度、灰塵、線損、串并聯(lián)失配、組件衰減帶來的功率損失，可以使光伏電站能夠達到額定輸出功率，為電網(wǎng)提供穩(wěn)定的電能。
（二）配以一定比例的儲能系統(tǒng)后，光伏電也可以“壓得下、拉得起”，可以成為電力系統(tǒng)中的“骨干電源”。
（三）逆變器的在早晚時段的工作時間更長，因為逆變器需要在直流輸入功率達到其啟動閾值后才能夠啟動，在同樣的日照強度下，提高容配比光伏組件輸出更高的功率，逆變器越早啟動，晚停機，發(fā)電時間更長，能夠更好的利用當?shù)氐墓赓Y源。
（四）提高逆變器、升壓變、配電、變電設(shè)備的利用率，攤薄公用設(shè)施的投資成本，大幅降低工程造價、降低發(fā)電成本。
（五）容配比作用案例
案例1：國內(nèi)西部某100MW光伏電站，該電站采用1倍容配比設(shè)計。從圖1可以看出，電站只在中午的時候接近滿功率輸出，其余大部分時間設(shè)備功率都處于閑置狀態(tài)，且發(fā)電曲線受天氣影響，波動幅度較大。從投資收益來看，由于逆變器、變壓器等交流設(shè)備滿載時間較短，設(shè)備利用率低，造成了容量浪費，間接提高了電站的度電成本，降低了投資收益率。從電站運行和電網(wǎng)調(diào)度來看，發(fā)電曲線波動越大，說明電站功率輸出波動幅度也越大，增加了電站輸出功率預測準確度和電網(wǎng)運行調(diào)度的難度。據(jù)了解，國內(nèi)電站因為功率預測不準確導致的罰款，每年都會給業(yè)主帶來一定的損失。
圖1 西部某100MW電站三天的實際發(fā)電曲線
案例2：海外某200MW光伏電站，采用1.42倍容配比＋跟蹤系統(tǒng)設(shè)計。從圖2可以看出，電站逆變器從早上8點到下午5點一直處于滿功率運行狀態(tài)，相較于圖1,該電站發(fā)電曲線幾乎呈平直狀態(tài)。即使光照出現(xiàn)一定程度的波動，逆變器輸出功率也只是出現(xiàn)微小變化，整個電站的輸出更加穩(wěn)定。從投資收益來看，雖然電站存在一定程度的棄光，但系統(tǒng)度電成本達到最優(yōu)，投資收益率更高。從電站運行和電網(wǎng)調(diào)度角度看，發(fā)電曲線不再是支動形狀。電站發(fā)電更穩(wěn)定，可調(diào)度性更高，大大提升了電網(wǎng)友好性。
圖2 海外某200MW電站三天的實際發(fā)電曲線
三、容配比的優(yōu)化計算流程
四、東營地區(qū)不同容配比模擬測算
（一）基礎(chǔ)方案
根據(jù)光伏電站設(shè)備選型發(fā)展趨勢，本文選用535Wp雙面雙玻組件，固定支架，196kw組串式逆變器。通過PVSYST軟件測算，東營地區(qū)最佳傾角為31°。具體基礎(chǔ)方案見表1。
（二）基礎(chǔ)方案投資
模擬東營地區(qū)光伏電站基礎(chǔ)初始投資成本，初始投資合計3.74元/W，直流側(cè)（DC）成本2.45元/W，交流側(cè)（AC）成本1.29元/W，投資明細見表2。
（三）不同容配比方案下IRR與LCOE測算
1、直流側(cè)容量固定的IRR與LCOE分析
直流側(cè)容量固定100MW，容配比提高后，交流側(cè)逆變器、箱變、線纜等材料或設(shè)備使用量減少，交流側(cè)單瓦造價降低，而直流側(cè)單瓦成本不變，從而降低了初始總投資（見表3）。在容配比提高到一定程度后，逆變器會產(chǎn)生棄光，損失發(fā)電量，降低發(fā)電收入。根據(jù)東營地區(qū)歷年輻照及考慮背面增益，選取1424小時作為首年等效利用小時數(shù),通過PVSYST軟件模擬出不同容配比下的發(fā)電量，再結(jié)合財務(wù)模型，從而測算出不同容配比下的IRR和LCOE（見表4）。將不同容配比下的IRR與LCOE繪制成折線圖（見圖3），當容配比在1.452時，IRR達到最高10.02%，同時LCOE最佳0.336元/度電。
圖3 不同容配比IRR與LCOE變化趨勢
2、直流側(cè)超裝的IRR與LCOE分析
采取直流側(cè)超裝方式，不斷提高容配比，初始總投資逐步升高（見表5）。在容配比提高到一定程度后，逆變器會產(chǎn)生棄光，損失發(fā)電量，降低發(fā)電收入。通過PVSYST軟件模擬出不同容配比下的發(fā)電量，再結(jié)合財務(wù)模型，計算出不同容配比下的IRR和度電成本（見表6）。將不同容配比下的IRR與LCOE繪制成趨勢圖（見圖4），當容配比仍為1.452時，IRR為10.44%，LCOE降低至0.329元/度電，均獲得最佳值。
圖4 不同容配比IRR和LCOE變化趨勢
提高容配比并在直流側(cè)超裝，從發(fā)電機理與發(fā)電成本的角度來講：一是能夠使光伏電站達到備案裝機容量（逆變器有功功率之和）的額定出力；二是受溫度、天氣、組件衰減的影響更小，光伏發(fā)電輸出的功率更穩(wěn)定，如果增加一定比例的儲能系統(tǒng)，完全可以成為可調(diào)度的支撐性電源；三是能夠提高升壓站、送出線路工程等公用設(shè)施的利用率，攤薄公用部分的費用，進一步降低單瓦投資成本。
通過模擬數(shù)據(jù)看出，無論通過交流側(cè)減配還是直流側(cè)超裝改變?nèi)菖浔龋瑬|營地區(qū)均在容配比1.452時，出現(xiàn)IRR和LCOE最佳值。直流側(cè)超裝雖然提高了初始總投資，但IRR以及LCOE更優(yōu)。
五、結(jié)論
（一）本文通過在方案和投資基礎(chǔ)相同的情況下，測算和對比不同容配比下的IRR及LCOE變化情況，得出在東營地區(qū)建設(shè)光伏電站最佳容配比為1.452。
（二）如表7所示，通過分析和對比直流側(cè)容量固定和直流側(cè)超裝兩種情況下的IRR和LCOE變化，發(fā)現(xiàn)直流側(cè)超裝情況下，IRR達到10.44%，LCOE低至0.329元/度電，表現(xiàn)更優(yōu)。
參考文獻
〔1〕崔楠 吳洪寬.［提高容配比是降低光伏度電成本的最有效方法］.陽光工匠光伏網(wǎng).2018年5月25日.
〔2〕陽光電源公眾號.［三條曲線解密光伏電站未來發(fā)展方向］.2020年9月16號.
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