并網光伏發電的低碳綜合效益評估

劉亮　呂穎　馬小賀

摘要：隨著資源和能源危機的發展，世界上很多國家都紛紛關注綠色能源，而太陽能發電是一種重要的清潔能源。在低碳經濟的發展趨勢下，光伏發電的發展和大力推廣有著重要的意義，為此文章對并網光伏發電的低碳綜合效益進行了研究，分析了低碳綜合效益評估的方法和模型，對電力行業中并網光伏發電的發展有著重要的價值。

關鍵詞：并網光伏發電；低碳綜合效益；碳減排；太陽能發電；綠色能源 文獻標識碼：A

中圖分類號：X37 文章編號：1009-2374（2016）14-0085-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.14.043

并網光伏發電和分布式光伏發電有很大不同，其能夠和常規電網連接，從而共同承擔供電任務。隨著光伏系統的發展以及材料研究的進步，現階段的并網光伏發電的電壓等級越來越高，其對于節能減排的效益也越來越大。我國是光伏產業大國，但是主要依賴外銷，隨著國家對清潔能源的重視，我國越來越重視光伏產品的本土消耗。因此在并網光伏發電的大背景下，分析其低碳綜合效益也有著重要的現實意義。

1 并網光伏發電低碳綜合效益概述

低碳綜合效益評估是一項綜合性很強的工作，從降低排放的角度來分析，并網光伏發電不完全是減少碳排放，例如并網光伏發電原材料的生產、集輸、安裝調試等過程中消耗的能量并不會降低碳排放，因此需要綜合考慮。為此我們將其影響劃分為低碳正效應、負效應和綜合效益，顯然低碳效應代表碳減排，由消極因素導致的碳排放增加則為負效應，兩者之和稱之為并網光伏發電的綜合低碳效應。以上是評估的基本思路，并分別按照低碳正負效應兩個角度分析其影響因素，最終獲得并網光伏發電的低碳綜合效益評估

結果。

2 并網光伏發電低碳綜合效益模型構建

我們認為影響并網光伏發電低碳綜合效益的因素主要有光伏發電成本、光伏發電收益、系統網損改善效益以及系統備用容量四個方面。發電效益節省了大量的化石能源的消耗，從而直接減少了碳排放，同時通過并網后售出還能取得經濟效益；發電的能源是太陽能，能極大地減少發電成本，但是光伏產業的材料生產也會損耗大量的電能，增加碳排放；系統網損主要考慮并網和輸電過程中的損耗以及對節能減排的影響；并網光伏發電會受到氣候和天氣的影響，所以需要系統有備用能量，補償光伏發電的電能缺口，為此構建了低碳綜合效益的模型。

2.1 光伏發電的收益

假設運行的第t年，并網光伏發電的發電量為Gt，則Gt為：

2.2 光伏發電的成本

光伏發電的成本投入（C2）主要表現在后期運行維護成本（Cm）和初始一次性投資成本（C0）兩個方面，是兩者之和。而初始階段的一次性投入主要包含了原材料的成本、光伏制造成本和光伏設備運輸成本，這其中低碳成本計算可以分兩類計算。而原材料和光伏制造的電能消耗都可以估算，假設制造1個單位功率的光伏系統電能消耗為k，那么原材料和光制造造成的碳排放可以用kP0mc來表示。

而運輸成本的計算為：計算光伏電站和光伏制造地之前的距離s，并估算其光伏系統的總重量W，運輸過程的排放強度為g，則由于運輸導致的碳排放可用Wgs表示，所以初始成本的表示為：

由于光伏發電在后期運行中有一定的維護費用，光伏板等材料的更換和維修也間接增加了碳排放，其計算方式類似于（4）式，結果為：

β表示光伏發電在實際投產后維修費用和初始投資之間的比例關系。

2.3 系統網損效益

系統網損改善可以采用對比法來進行，可以假設沒有光伏發電系統網損為W1，有光伏并入后的網損設置為W2，通過W1和W2的差值可以得出系統網損的改善量，并將這個差值用△W表示，即在某一個時段t內的網損改善，那么這個網損改善所帶來的低碳效應C3為：

顯然，當△W>0時，表示這個時候網損改善表現出降低碳排放，反之則為增加碳排放。

2.4 系統備用容量成本

容量成本的評估可采用確定性評估的方法，假設這個電網系統能夠為光伏發電所提供的備用容量系數為

，而P（t）表示在t時刻光伏發電所能夠提供的光伏有功出力，則在這個特定時刻備用容量為P（t），而在這個特定時間系統所提供的備用容量帶來的低碳效應自然是負的，其代表了系統備用容量等效的等效碳排放，設為C4可表示為：

3 光伏發電的低碳綜合效益模型

上文分析了四個影響因素的評估，而低碳綜合效益則為四個方面的低碳正負效應之和，即可以得到綜合的低碳綜合效益Cy結果為：

式中：表示光伏系統碳排放與運行年數的比值，表示每年光伏系統的碳排放；n為運行年限。

4 案例分析

4.1 案例簡介

假設在某市建造10MW光伏電站，當地負荷為250MW，總投資1億元，分5年完成，年運行維護費用比例為2%，回收期（計算用項目壽命期）取20年。采用并網多晶硅光伏系統，按照最佳傾斜角安裝，每天平均峰值日照時間取4.074h，系統性能比取0.8。假設光伏設備總重量為863.21t，從光伏生產地到光伏電站距離為400km，運輸碳排放強度g為0.1225kg/（t·km）。光伏上網電價取1元/（kW·h）。集中發電側CO2排放指數取.0.9kg/（kW·h）。

4.2 低碳效益測算

光伏發電收益測算：結合式（1）～（3）可知，等效減少碳排放為10568.21MW·h；光伏發電成本測算：結合式（4）和式（5），算例系統在光伏制造階段和運輸過程中CO2排放量，則初始碳投資為19523.6t；取β=5%，則維護階段低碳總成本為961.52t；得光伏發電低碳總成本為29841.12t。通過碳交易機制將光伏發電碳成本平均分配到光伏系統壽命周期內，相當于光伏發電每年產生CO2排放1010.21t；網損改善效益測算：從春夏秋冬季節中各選取3個典型日，利用MATPOWER軟件確定每個典型日的網損改善情況，進而確定每個季節和一年的網損改善量。結合式（6）可知，其CO2等效減排為820.14t；備用容量成本測算：取備用容量系數為θ=0.25，結合式（7），可得出等效減少碳排放為2256.1t。

4.3 案例結果分析

從CO2減排效益來看，光伏發電替代傳統火力發電能夠取得良好的環境效益，算例中光伏系統每發1kW·h相當于直接減少碳排放554g。隨著科技的進步，光伏發電成本將大幅下降，其經濟效益和低碳綜合效益也將更加突出。

5 結語

在大力發展清潔能源的趨勢下，分析光伏發電的低碳綜合效益有著重要的價值，本文分析了光伏發電的低碳綜合效益影響因素，并對模型構建思路進行了分析，對其低碳綜合效益評估提供了參考。

參考文獻

[1] 曹陽，李鵬，袁越，張新松，郭思琪，張程飛.基于時序仿真的新能源消納能力分析及其低碳效益評估

[J].電力系統自動化，2014，（17）.

作者簡介：劉亮（1979-），男，吉林通榆人，四川招商絲路新能源有限公司副總經理，經濟學碩士，研究方向：風電經濟。

（責任編輯：王 波）