新能源智能微電網(wǎng)項(xiàng)目的效益分析與評(píng)價(jià)

龔寧玉 李雨蓉 胡志杰 宋哲 楊慧敏

【摘? 要】本文將以上海電力大學(xué)微電網(wǎng)項(xiàng)目為例，對(duì)新能源智能微電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，并詳細(xì)探究這一項(xiàng)目的效益與評(píng)價(jià)，希望可以為相關(guān)工作者的研究提供一些幫助。

【關(guān)鍵詞】新能源;智能微電網(wǎng);效益

前言：進(jìn)入新時(shí)代后，新能源發(fā)電技術(shù)得到了人們的廣泛關(guān)注，但在并入大電網(wǎng)中其還存在較多問(wèn)題。而智能微電網(wǎng)系統(tǒng)不但可以構(gòu)建起微型配電網(wǎng)系統(tǒng)，還能夠?qū)ψ晕夜芾怼⒖刂乒铝⑴潆娤到y(tǒng)進(jìn)行構(gòu)建。因此，必須了解新能源智能微電網(wǎng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并詳細(xì)探究其帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益，從而有效推廣微電網(wǎng)項(xiàng)目。

一、新能源智能微電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

通過(guò)對(duì)大量電力電子器件的利用，新能源智能微電網(wǎng)可以有效連接儲(chǔ)能裝置與分布式電源，不但能夠就近為末端用戶供電，還可以促進(jìn)孤島運(yùn)行或者是公共網(wǎng)絡(luò)并網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)，其屬于自我控制、管理以及保護(hù)的一種自治系統(tǒng)，可以有效滿足人們對(duì)供電安全性、可靠性以及電能質(zhì)量提出的要求。上海電力大學(xué)的微電網(wǎng)項(xiàng)目是以校園配電網(wǎng)建設(shè)為基礎(chǔ)，在充分考慮實(shí)際負(fù)荷的基礎(chǔ)上，對(duì)微電網(wǎng)規(guī)模進(jìn)行確定，裝機(jī)容量既有幾千瓦，也有幾十兆瓦，在具體運(yùn)用過(guò)程中，其新能源電力接入比例較高。

本文研究的新能源智能微電網(wǎng)系統(tǒng)主要運(yùn)用的是可再生能源與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在這一系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，光能屬于主要能源，常規(guī)能源則發(fā)揮著輔助作用，如公共電網(wǎng)等。而拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要包括監(jiān)控系統(tǒng)、主網(wǎng)連接設(shè)備、光伏發(fā)電系統(tǒng)、微電網(wǎng)中央控制系統(tǒng)以及儲(chǔ)能系統(tǒng)等。在校園中，既可以對(duì)附屬場(chǎng)所、建筑物墻面以及屋頂?shù)纫延械墓夥l(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行利用，還能夠結(jié)合實(shí)際需求，加強(qiáng)自發(fā)自用地面光伏系統(tǒng)的建設(shè)，并保證各微源處在中央控制系統(tǒng)管理中。校園并網(wǎng)型微電網(wǎng)不但可以選擇并網(wǎng)運(yùn)行，還能夠?qū)崿F(xiàn)孤島運(yùn)行。

太陽(yáng)能雖然屬于可再生資源，但其具有不連續(xù)、不穩(wěn)定等特點(diǎn)，必須為其配置相應(yīng)儲(chǔ)能系統(tǒng)，智能微電網(wǎng)模式可以在依靠光伏發(fā)電的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)對(duì)小型風(fēng)電裝置的運(yùn)用，為供電穩(wěn)定性提供有力保障。

二、新能源智能微電網(wǎng)項(xiàng)目的效益分析與評(píng)價(jià)

（一）新能源智能微電網(wǎng)項(xiàng)目投資構(gòu)成

分析國(guó)家發(fā)改委能源研究所相關(guān)數(shù)據(jù)可知，近年來(lái)，光伏發(fā)電成本大幅度下降，在2018年到2020年間，光伏系統(tǒng)成本分別是每瓦5.12元、4.89元以及4.62元。通常情況下，光伏系統(tǒng)投資包含以下內(nèi)容：設(shè)備與安裝費(fèi)用、基本預(yù)備費(fèi)、建筑工程與其他費(fèi)用、建設(shè)期利息以及漲價(jià)預(yù)備費(fèi)。上海電力大學(xué)微電網(wǎng)項(xiàng)目的投資由主要設(shè)備投資、其他設(shè)備投資、熱管空調(diào)系統(tǒng)工程初投資、光伏工程初投資、運(yùn)輸費(fèi)用、安裝費(fèi)用以及人員勞務(wù)費(fèi)等構(gòu)成，其中，設(shè)備與安裝投資占據(jù)了81%，建設(shè)工程投資占據(jù)了10%，其他費(fèi)用占據(jù)了7%，而基本預(yù)備費(fèi)則只有2%。設(shè)備與安裝費(fèi)用主要包括光伏逆變器、直流電纜、接地黃綠線、交流配電箱、冷凝器以及直流電纜等，而光伏組件與支架投資在其中占據(jù)了60%比例，由此看來(lái)，這兩部分會(huì)給光伏系統(tǒng)總投資帶來(lái)較大影響。對(duì)光伏系統(tǒng)而言，只從建設(shè)成本方面計(jì)算，而不對(duì)工程其他因素進(jìn)行考慮，那么隨著設(shè)備組件價(jià)格的降低，可以將設(shè)備成本控制在每瓦6元左右。

（二）光伏系統(tǒng)成本分析

在研究光伏發(fā)電成本時(shí)，應(yīng)該對(duì)發(fā)電項(xiàng)目全生命周期進(jìn)行考慮，如財(cái)務(wù)費(fèi)用、成本費(fèi)用、維護(hù)費(fèi)用以及運(yùn)行費(fèi)用等。由于風(fēng)能、光伏等新能源不存在燃料成本，這使得新能源智能微電網(wǎng)建設(shè)成本與運(yùn)行成本比較穩(wěn)定。美國(guó)的能源信息署表明，平準(zhǔn)化發(fā)電成本這一模型是全生命周期成本的貼現(xiàn)數(shù)據(jù)，主要包含變動(dòng)運(yùn)行成本、燃油成本、資本成本、固定運(yùn)行成本、財(cái)務(wù)成本、假定利用率水平以及維修成本等。依照相關(guān)分析可知，這一模型具體表現(xiàn)為：LCOE=，其中，I指初始投資，A是指第t年運(yùn)營(yíng)總支出，M是指當(dāng)年發(fā)電量，i是折現(xiàn)率，N是指財(cái)務(wù)分析時(shí)的系統(tǒng)壽命，而t則是指系統(tǒng)運(yùn)行年份。

光伏系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)成本可以依據(jù)一定比例從總固定投資中提取并估算。在具體運(yùn)行過(guò)程中，光伏系統(tǒng)無(wú)需運(yùn)用燃料等原材料，有著較低的維護(hù)費(fèi)用，具體公式如下：維護(hù)費(fèi)用=裝機(jī)成本×運(yùn)行維護(hù)費(fèi)率，其中運(yùn)行維護(hù)費(fèi)率是指運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用在總固定投資中占據(jù)的比例，依照運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，這一費(fèi)率主要處在1%到3%范圍內(nèi)，而且會(huì)隨著裝機(jī)容量的增加而降低。

（三）新能源智能微電網(wǎng)項(xiàng)目的效益

1.發(fā)電效益

并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)總效率主要包含光伏組件陣列效率、交流并網(wǎng)效率以及逆變器效率。首先，光伏組件陣列效率。這一效率是指在每平方米1000瓦的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度下，實(shí)際直流輸出功率和標(biāo)準(zhǔn)功率的比值。在能量轉(zhuǎn)換、傳輸中，光伏組件陣列的損失結(jié)果如下：組件失配損失后的效率是98%，溫度影響后的效率是89%、表面塵埃遮擋損失后的效率是93%，直流線路損失后的效率是97%。綜合考慮后，光伏組件陣列效率取78.68%。其次，交流并網(wǎng)效率。其是指從逆變器向著高壓電網(wǎng)傳輸?shù)男剩饕涣麟姎膺B接線路損耗與升壓變壓器效率，通常處在94%到96%范圍內(nèi)，該項(xiàng)目取94%。最后，逆變器轉(zhuǎn)換效率，即交流電功率和直流輸出功率的比值。在電能轉(zhuǎn)換時(shí)，逆變器主要會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)換損失、MPPT精度損失等，上海電力大學(xué)微電網(wǎng)項(xiàng)目取的是98%。綜上所述，系統(tǒng)總效率就是78.68%×94%×98%≈72%。

本文研究的項(xiàng)目運(yùn)用的是多晶硅光伏組件，系統(tǒng)安裝總?cè)萘渴?574.4kWp，根據(jù)上述得出的系統(tǒng)總效率，可以計(jì)算出項(xiàng)目的年發(fā)電量，具體公式如下：年發(fā)電量=系統(tǒng)安裝容量×年峰值日照時(shí)間×系統(tǒng)總效率。結(jié)合霧霾情況，依照1200小時(shí)計(jì)算日照時(shí)間，則光伏系統(tǒng)第一年發(fā)電是1574.4×1200×72%=1360281.6。考慮到組件效率每年衰減0.8%，可以通過(guò)計(jì)算獲得系統(tǒng)全壽命期發(fā)電量，如第一年發(fā)電量是1360281.6，年收益是829772;第五年發(fā)電量是1317272.16，年收益是803536;第十年發(fā)電量是1265417.61，年收益是771905;第二十五年的發(fā)電量是1121783.26，年收益是684288，總收益則是18869786。

2.經(jīng)濟(jì)效益

光伏系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益如下：安裝容量是250kWp，運(yùn)營(yíng)期是25年，年衰減率是0.8%，光伏系統(tǒng)總效率是0.77。光伏系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)段是用電的高峰、平段，工業(yè)用電價(jià)分別是1.4002元/千瓦時(shí)與0.8745元/千瓦時(shí)，依照25年計(jì)算，光伏發(fā)電成本應(yīng)該是0.36元/千瓦時(shí)，結(jié)合系統(tǒng)電價(jià)1元/千瓦時(shí)，光伏系統(tǒng)年發(fā)電能夠產(chǎn)生的效益是31.52元。

3.社會(huì)效益

光伏系統(tǒng)的安裝與運(yùn)用能夠?qū)稍偕Y源進(jìn)行充分利用，改變傳統(tǒng)能源單一供應(yīng)情況，并促進(jìn)新能源開發(fā)利用提升到戰(zhàn)略高度。同時(shí)，新能源智能微電網(wǎng)的建設(shè)還具有施工成本較低、無(wú)污染、無(wú)需能量?jī)?chǔ)存設(shè)備、無(wú)需額外占用土地以及降低輸配電損失等優(yōu)點(diǎn)。

結(jié)論：綜上所述，做好新能源智能微電網(wǎng)項(xiàng)目效益分析與評(píng)價(jià)具有重要意義。因此，必須掌握主網(wǎng)連接設(shè)備、光伏發(fā)電系統(tǒng)、微電網(wǎng)中央控制系統(tǒng)等微網(wǎng)結(jié)構(gòu)，并做好光伏系統(tǒng)投入與成本分析，明確智能微電網(wǎng)項(xiàng)目的發(fā)電效益與無(wú)污染等社會(huì)效益，促進(jìn)智能微電網(wǎng)發(fā)展，從而為我國(guó)節(jié)能減排事業(yè)更好發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

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（作者單位：上海電力大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院工程管理系）