加油站光伏發電模式選擇與經濟性分析

張蕾*，邢治河，魏昭

（中國石油天然氣股份有限公司規劃總院）

光伏發電是利用太陽能級半導體電子器件有效地吸收太陽光輻射能，并使之轉變成電能的直接發電方式，是當今太陽光發電的主流。中國減碳路徑設定了2030 年的目標，非化石能源占一次能源消費比重將達到25 %左右，意味著風、光裝機目標達到12×109kW 以上。這是《巴黎協定》簽訂以來，中國提出的最遠期減碳承諾。這也表明中國已經將“碳中和”與能源轉型提升到了國家高度［1］，光伏行業業已成為大國競賽的關鍵領域之一，也是化石能源企業實現“碳中和”目標的重要方式之一。根據中國石油流通協會編撰的《中國石油流通行業發展藍皮書》采信的數據，截至2019 年底，中國已注冊的合規加油站總量約10×104座。在符合條件的加油站罩棚和屋頂投資建設分布式光伏項目，可以同時實現站點降本增效和減少碳排放的目的。當前，中國石油天然氣集團有限公司（簡稱中國石油）、中國石油化工集團有限公司（簡稱中國石化）、殼牌、BP（英國石油）等石油公司均已有站點開展加油站光伏項目。

1 中國光伏發電產業發展現狀

中國“十三五”期間實現了240 GW 的光伏裝機，成為全國第三大電源。同時，中國光伏行業基本實現了全產業鏈國產化。2020 年12 月10 日的光伏行業年度大會上，國家能源局表示，要在“十三五”基礎上大力推動光伏發電成本下降，行業發展驅動力將由補貼驅動向創新驅動轉變。“十四五”期間的樂觀目標為國內年均新增光伏裝機規模達到90 GW，即5 年內實現2～3 倍的增長。與此同時，各地政府在當前光伏已經實現“平價”的基礎上，紛紛出臺針對分布式光伏項目的補貼政策（見表1），鼓勵光伏發電產業發展［2］。

表1 2020 年末出臺的針對分布式光伏項目的補貼政策

在差異化競爭和政策補貼的驅動下，一方面光伏設備生產工藝水平不斷進步，以晶科能源控股有限公司、西安隆基硅材料股份有限公司為代表的國產廠商持續打破單晶電池轉換效率記錄；另一方面投資成本持續降低，國內光伏組件價格自2009 年來已從約20 元/W 降至2 元/W 以內，系統成本從約40 元/W 降至4 元/W 左右，降幅約90%。國內光伏組件及系統價格變化情況詳見圖1。

圖1 國內光伏組件及系統價格變化情況

2 加油站光伏系統模式選擇

2.1 光伏發電的主要模式

光伏發電的主要模式可以按照不同的形式進行分類。按照裝機容量可分為集中式光伏發電系統和分布式光伏發電系統：集中式光伏發電系統是利用大片場地建設的、發電直接并入公共電網的大型光伏發電系統；分布式光伏發電系統主要是自發自用或少量余電就近利用的小型光伏發電系統［3］。按照所發電量是否并入電網，也可分為獨立式發電系統和并網式發電系統：獨立光伏光伏發電系統是各種帶有蓄電池的可以獨立運行的光伏發電系統；并網光伏發電系統是與電網相連并向電網輸送電力的光伏發電系統（如圖2 所示）。

圖2 光伏發電系統分類情況

2.2 加油站光伏建設模式

從加油站用電量和面積情況來看，應用光伏系統的方式主要是分布式，按照離網或并網、是否具有儲能功能、是否進行售賣、售賣對象等情況進一步進行細分，加油站的光伏電站建設模式可以分為9 種類型（如圖3 所示）。

圖3 加油站光伏電站建設模式

通過調研中國石油、中國石化、殼牌以及BP等石油公司的多座應用光伏系統的加油站，綜合考慮加油站的場地條件及安全要求、用電高峰期與光伏發電集中期匹配程度、不同地區不同模式加油站光伏項目實際運營情況等因素，關于加油站建設光伏項目得出4 點啟示：

一是不宜采用儲能系統（不考慮補貼情況下）。絕大多數加油站自用電量有限，無規模效益，且在目前技術條件下，儲能系統投資較大，導致經濟性差。二是宜采用并網模式，可滿足夜間用電需要，也可實現余電售賣電網公司。三是規模宜適度做大。由于光伏發電行業收益整體高于油氣行業且多地有政策性補貼，投資回收快，經濟效益好，宜適度做大。四是注重延伸服務。所在站場電及周邊電動車用戶需求等滿足條件的情況下，可建設充電樁，實現光伏運營增值效益［4］。基于上述分析，當前適用加油站的光伏建設模式主要有3 種：“離網-儲能-自用”“并網-無儲能-自用或售賣（電網公司）”和“并網-儲能-售賣（充電樁）”。本文將其總結為“離網儲能”模式、“自發自用、余電上網”模式和“光儲充電”模式。

2.2.1 “離網儲能”模式

該模式主要應用于特殊應用場景，如無法連接電網必須用柴油機發電、光伏自發自用不能余量上網、波峰電價較波平電價貴很多等。該模式的主要劣勢在于：前期投資偏高，投資回收期偏長；儲能系統的壽命較光伏組件低，在運行過程中需更換；若上網售賣的電量多，電網不一定能夠全部接納，存在浪費情況［5］。

2.2.2 “自發自用、余電上網”模式

該模式主要是指光伏發電系統所發電量可以由加油站自己使用，多余電量饋入國家電網獲取電費的一種商業模式。所節約電費可通過自用電量、所在地一般工商業用電電價計算，所取得的直接收益可通過反送電網的電量、當地上網電價計費計算。該模式的主要優勢在于：可獲得余電上網收益（直接收益）和自用節約電費（間接收益）兩部分收益；售賣電量少，電網可以全部接納；不需要儲能，成本低［6］。

2.2.3 “光儲充電”模式

該模式主要是在加油站應用“光伏+儲能+充電樁”形成一個多元互補能源發電微電網系統，實現光伏自發自用，余電存儲，結合售賣，達到經濟效益最大化，在穩定性和經濟性上更為合適。從加油站的應用方面來看，其優勢主要在于：加油站已有網絡可以滿足電動車充電的需求；光伏發電可降低電動汽車對傳統化石燃料的依賴，真正實現零污染、零排放；通過充電樁售電收取服務費，可以成為加油站增加收入的有效途徑；綜合加油、加氣、加氫、充電、儲能及數據中心、5G 基站等，形成能源服務新業態和新模式［7-8］。

3 加油站光伏建設模式比選

影響光伏發電收入的因素有裝機容量、年有效利用小時數、組件每年的衰減率（光伏發電項目生命周期是25 年，目前市場上的組件衰減率首年約為2.5%，其后逐年約衰減 0.7%，25 年累計衰減約20%）、自用電價（各省不同，按國家電網發布的各省電網售電電價進行計算，目前我國工業領域的電價一般選取1～10 kV 為一般工商業用電階梯電價，時段選取早8 點至下午5 點進行平均計算）、脫硫燃煤電價（指煤電企業賣給電網公司的電價，一般不同省份的脫硫燃煤電價不同，同一省份除河北省外脫硫燃煤電價省內相同）、標桿電價（國家發改委指導價）、補貼電價（通常有國補、省補和市補，其中省補和市補屬地方補貼，各省各市貼補不同，國補逐年下調，國內光伏平價上網進程明顯提速，因此在測算經濟效益時，保守計算情況下，應忽略此部分收入）［9］。為了對加油站應用光伏系統的主要模式進行對比，本研究從經濟性角度分為以下5 個步驟進行了量化的比較：

（1）統計加油站用電情況。加油站用電情況分為兩大類型：一是加油站用電設備，包括生產設備、電器設備、信息系統和安全技術防控設備；二是加油站照明設備，包括罩棚照明和便利店照明。通過兩種方式對加油站日用電量進行了調研：一是實際設備的功率和使用情況，對加油站的日耗電量進行加總分析。主要是設備說明書中標定的額定功率，由于多數設備說明書中給出的額定功率為峰值功率，故在計算日耗電量時會大于實際使用電量，只有個別設備如冰箱等給出了實際日耗電量。二是直接調研不同區域加油站的年度電費，結合當地工商業電價平均值，計算出不同省份加油站的用電情況。本研究以10 000 余個加油站2019 年的用電費用作為樣本，分布在全國31 個省（自治區、直轄市），每個省（自治區、直轄市）的加油站數量均超過30個，在統計上具有可行性。總體來看，80%以上加油站的日用電量均在200 kW·h 以下，因此本研究使用日用電200 kW·h 作為“標準加油站”的用電度數。

（2）計算光伏設備規模。光伏發電系統主要由太陽能電池、控制器、逆變器和蓄電池（如有）組成。其中太陽能電池是光伏發電系統的關鍵部分，太陽能電池板的質量和成本將直接決定整個系統的質量和成本［10］。考慮到不同區域有效日照時間存在差異，因此，需要根據當地氣象部門出具的報告或者資料作為測算標準。以北京市為例進行測算，早上7 時電站輸出功率為微功率，8 時達到五分之一功率，9 時為五分之二功率，10 時為十分之七功率，11 時為十分之九功率，12 時到14 時為全功率輸出，之后輸出功率又逐步回落。一般日均用電在 200 kW·h 以下，50 kW 的光伏組件能夠滿足應用需求；與50 kW 光伏組件對應的儲能系統按照50 kW/100 kW·h（功率50 kW，電池總計可充電100 kW·h）設計，可以保證基本儲能和站內用電；對應的“充電售賣”模式下，儲能系統按照500 kW/1 500 kW·h設計，可以保證售賣負載，充電樁（額定電功率為120 kW）按照3 臺設計。

（3）調查投資市場價格。當前太陽能相關系統和組件的整體價格水平較為穩定，光伏設備購置費市場價格水平約3.1 元/W、充電樁10×104元/臺、儲能設備市場價格水平約2.7 元/W。工程前期費用目前市場水平約為0.05 元/W。安裝和施工費用，包括安裝工程費、建筑工程費等，當前市場價格平均水平約0.4 元/W。無形資產投資為零，基本預備費按照2%計算，不考慮漲價預備費、棚頂或屋頂加固等費用。

（4）測算投資、收入和成本。投資方面：計算期取20 年，其中第一年即可建設并投入運營。固定資產中殘值率5%，儲能系統和充電樁修理費按照固定資產原值的3%計算。儲能系統按照壽命期10年計算，設計期限內需要更換一次，更換費用為投資費用的50%；其他制造費、其他管理費、銷售費用均為零。收入方面：將光伏發電產生的自用電費計為收入，電價按照所在區域每天的峰谷平電價進行計算，考慮到余電上網量較小，本文在保守測算原則下不計上網賣電費用；光伏設備第一年衰減2.5%，以后每年衰減0.7%。充電樁按照每天有效充電時長3 h 計算，服務費按照0.6 元/kW·h 計算，銷售價格為1.6 元/kW·h。“自發自用、余電上網”及“光儲結合”模式沒有實際增值收入，不涉及相關稅費問題；“光儲充電”模式考慮增值稅和所得稅。

（5）測算財務指標。綜合考慮發電補貼、峰谷平電價、設備投資、發電收益、設備維護、功能衰減等情況，測算投資效益和靜態投資回收期。“自發自用、余電上網”“離網儲能”“光儲售賣”三種模式總投資分別為23.21×104元、50.75×104元、466.91×104元，內部收益率分別為23.25%、4.93%、9.3%，靜態投資回收期分別為4.2 年、12.2 年、8.8 年。考慮到北京市工商業電價偏高，使用寧夏地區的標準站（日耗電200 kW·h）“自發自用、余電上網”模式計算了相關財務指標，得到該區域投資的為13.48%，靜態投資回收期為6.7 年，主要經濟評價數據和指標見表2。

表2 主要經濟評價數據和指標

總結來看，“并網-無儲能-自用或售賣（電網公司）”也即“自發自用、余電上網”，應為當前加油站光伏建設的首選模式。一是經濟性好，測算的內部收益率和投資回收期等指標均優于其他模式。二是技術成熟，設備配置簡單。只需要配置光伏組件、逆電器、控制器等基本設備，不需要增加增壓、輸送等配電設備，設備生命周期長達25 年。三是應用場景靈活，便利店、宿舍樓、綜合樓以及罩棚等面積均可以用于配置光伏組件，一般500 m2可以滿足日發電200 kW·h（照明、機房、加油機用電需求）的光伏組件布置。四是投資規模較小，投資方式多樣。50 kW（滿足日發電量200 kW·h 左右）光伏組件的投資約為20×104～25×104元，而相應的儲能設備約為 50×104元左右、充電樁市場價格約為10×104元/臺。投資方式上，當前有“完全自主投資，收益和風險自擔”“第三方投資，獲取電費折扣”以及“合作合資投資，風險共擔”等模式。五是當前各地政府對“自發自用、余電上網”支持較大，所發電量一般在當地電網配電額度范圍內，相較儲能、售電等模式，更容易實現并網。“自發自用、余電上網”模式可以利用工商業電價的“峰谷差”節省費用，余電上網可以利用光伏發電賺取收益。

4 結論與建議

分布式光伏系統與加油站結合的模式，在當前政策環境和技術水平下，具有較為成熟的條件。一方面，光伏行業的發展已經較為成熟，項目建設、管理流程已經較為規范，可以直接應用。另一方面，加油站在碳中和、屋頂面積利用、降低運營成本等方面有相應的需求。需要注意的是，加油站本身經營的油氣產品，對于安全、防爆等有著較高的防護要求，這就需要兩個行業的進一步結合，盡快規范投資和建設標準，為加油站應用光伏發電系統奠定基礎。對于企業來說，“自發自用，余電上網”模式經濟性最優，可結合各地的光照、氣象條件，按照“光伏自用”“余電上網”“風光互補”“充電樁應用”等情景選擇站點并確定具體方案，既要符合城市規劃、安全消防要求，又要具有投資價值。