重慶地區分布式光伏電站的經濟及環境效益分析

蔣 玲

重慶能源職業學院，重慶 402260

0 引言

在當今油、碳等能源短缺，發展低碳經濟的大背景下，各國政府對光伏發電的認可度逐漸提高。隨著光伏扶貧政策的興起，原本光伏產業發展落后的重慶地區，光伏裝機容量正在快速增長。目前，對于太陽能光伏研究一般都針對太陽能資源豐富和較豐富區域，對于重慶等太陽能資源不豐富地區的研究較少。為此，文章針對重慶能源職業學院20 kW非晶硅薄膜光伏電站，開展了光伏系統的經濟和環境效益分析，為在太陽能資源不豐富地區更好地開展太陽能光伏系統的建設及效益分析提供了理論支撐，對推廣光伏技術在重慶地區的應用具有重要意義。

1 基本情況

重慶能源職業學院光伏電站位于重慶市江津區，組件采用HNS-ST63HA標準組件，單塊組件額定最大功率63 W，尺寸為1 245 mm×635 mm×7.5 mm，固定傾角設定為30°，方位角為0°。總裝機容量為20 kW，逆變器采用SMA的320-800VTL 50/60 Hz Sunny Tripower20000TL-30。逆 變器額定功率20 kW，具有最大功率點跟蹤（MPPT）功能，最大逆變效率＞98.1%。該光伏電站于2018年建成并完成上網。

2 仿真分析

在進行光伏系統設計時，采用國際通用的與中國氣象監測數據吻合度較好的Meteonorm氣象數據作為依據，模擬軟件采用PVsyst V6.43，選擇“全年發電量最大”模式進行建模，默認遠處無陰影。

組件排布為9串36并，組件垂直安裝。光伏系統建模2個方陣之間的間距為4.47 m，每個方陣寬度為2.53 m，長度為5.89 m，組件最低點離地0.4 m，設備室長10 m、寬6 m、高3 m，距離光伏方陣4 m。系統建模如圖1所示。

圖1 系統建模

通過仿真可知，該光伏電站第一年產生的電能為13 767 kW·h，逐月發電量如圖2所示。其中，綜合效率為77.7%，每年按0.8%的速度遞減，根據光伏電站設計壽命25年計算，全周期內共計發電303 507 kW·h。

圖2 光伏電站逐月發電量

3 運營成本與收入計算

光伏電站建設的初始投資費用[1]可表示為

運營期成本包括折舊費、利息、電站運維費用、保險費、土地使用費、稅金等[2]。目前，行業內一般按平均年限法進行折舊，折舊年限為15年，殘值率為5%，則從第二年開始，每年折舊值L可表示為

式中：L為年折舊值；為殘值；N為折舊年限。

光伏電站的年運行維護費用費用Mg為

2018年分布式光伏系統運維成本為0.06元/W，預計未來幾年地面光伏電站以及分布式系統的運維成本將持續保持在這個水平并略有下降。電站運營期間的保險費用為固定資產折舊現值的0.25%。

4 光伏電站經濟效益計算分析

4.1 投資回收期

投資回收期是衡量光伏電站效益的主要指標之一，也被稱為返本期。投資回收期是在不考慮資金時間價值的條件下，以技術方案的凈收益回收其總投資所需的時間，以年為單位，對某一光伏電站而言，投資回收期越短，意味著資金回籠速度越快，盈利能力越強，潛在風險越低。因為分布式光伏電站的建設周期較短（小于1年），所以該項目按照電站發電上網開始計算投資回收期。其計算公式為

由于光伏電站各年的凈收益不相同，其靜態投資回收期可根據累計凈現金流量求得，即累計凈現金流量由負值變為零的時點。

4.2 財務凈現值

財務凈現值是指用一個預定的基準收益率（或設定的折現率、 年利率），分別將整個計算期間內各年所發生的凈現金流量都折現到技術方案開始實施時的現值之和[1]。其計算式為

式中：FNPV為財務凈現值；ic為基準收益率；n為計算期。

其中，FNPV=0時，表示光伏電站投資方案可行，滿足基準收益率下盈利水平；FNPV＞0時，表示光伏電站投資方案可行，可以得到超額收益；FNPV＜0時，表示光伏電站投資方案不可行。FNPV考慮了資金的時間價值，并將其作為主要經濟評價指標。光伏行業的基準收益率ic取8%。

4.3 內部收益率

常規技術方案中的財務內部收益率FIRR的實質是使技術方案在整個計算期內各年凈現金流量的現值累計等于零時的折現率，是考查項目盈利能力的相對指標。其計算公式為

式中：FIRR為財務內部收益率。

其中，當FIRR≥ic，FNPV（ic）≥0時，表示光伏電站投資方案可行；當FIRR＜ic，FNPV（ic）＜0時，表示光伏電站投資方案不可行。

根據重慶能源職業學院20 kW光伏電站建設情況，計算光伏電站的效益。該電站項目方案的基本條件：容量為20 kW的單個光伏發電項目；工程造價平均為5 000 元/kW，總造價為100 000元，項目資本金占總體資金的20%，即自有資金20 000元；計算期采用25年，其余采用國內商業銀行貸款，貸款期為15年，年利率為4.5%，等額本息支付利息；增值稅稅率為17%，企業所得稅稅率為25%，享受“減三免三”政策。年發電量以首年發電量13 767 kW·h為準，預計25年壽命期共發電303 507 kW·h。光伏組件衰減特性按前兩年衰減2%，第10年衰減至90%，第25年衰減至80%，電價按照0.54元/（kW·h）計算，補貼0.37元/（kW·h）[3]，所發電能按照全額上網模式運行。財務內部收益率基準值為8%。財務評價參數值參照行業平均水平選取。

根據式（4）～式（6）及相關數據計算，重慶能源職業學院光伏電站靜態回收期為6.04年，項目動態回收期為9年，財務凈現值41.32元，財務內部收益為8%。理論上財務內部收益率等于內部收益率基準值，表明該項目可行，滿足基準收益率下盈利水平。

5 光伏電站環境效益計算分析

在越來越嚴重的環境污染問題困擾的今天，環保的重要性逐漸得到社會的認可和關注。光伏發電作為清潔可再生能源，對環境保護具有重要作用。對光伏系統進行環保效益分析時，按照光伏電站產生的能量，并從制造端開始，考慮償還因制造、加工、運輸而消耗的能量，進行全面細致的分析。

5.1 能量效益分析

光伏系統的能量回收期取決于太陽能光伏系統生產制造、運輸安裝和運行過程中消耗的能量和光伏系統的發電量。 能量回收時間的表達式為

式中：Einv為系統建造、加工過程的能量損耗；Epva為每個單位年內，光伏系統將太陽能轉換成電能的量。

不同類型的光伏組件能量回收期存在差異。由于缺乏光伏系統的安裝、維護、拆除所消耗能量的資料，估計其不會超過光伏組件制造所消耗能量的0.1%，故文章不予考慮。據2005—2006年歐美太陽電池產業水平的產業數據顯示，薄膜太陽電池系統的能耗最低，為1 995 kW·h/kW。據此，對于所設計的20 kW非晶硅薄膜光伏系統，共消耗的能量約為39 900 kW·h，根據上文仿真結果可知，20 kW光伏電站在25年的全周期內預計共發電303 507 kW·h，平均每年的發電量為12 140 kW·h。由式（7）計算可得，該光伏電站能量回收期為3.29年，遠低于光伏系統的設計使用周期25年。

5.2 能量返回指數分析

由上文的定義式可知，能量返回指數的具體表達式為

式中：Etotal為全生命周期內產生的總電量。

根據上文仿真的結果，該光伏系統在25年的全周期內共發電303 507 kW·h，約消耗能量39 900 kW·h，計算可得ERF=7.61，表明該非晶硅光伏系統在全生命周期內產生的總能量為搭建系統能量的7.61倍。

5.3 減排能力分析

我國現階段的電力主要依靠火力發電，燃料主要為煤炭。煤炭類的化石燃料在燃燒過程中會產生污染物，主要有CO2、CO、NOx、SO2。根據上文仿真模擬得到的總發電量，及國家發改委提供的以煤作為燃料的火力發電數據，1 t標準煤大約可以發電3 000 kW·h，排放溫室氣體二氧化碳約2.6 t，排放的酸性污染物二氧化硫0.02 t，有害氮氧化物0.007 5 t，粉塵0.012 t。在重慶能源職業學院內建設的分布式20 kW光伏項目，在全壽命設計周期（25年）內，共計發電量303 507 kW·h，可節約標準煤101 t，減少排放二氧化碳263.04 t，二氧化硫 2.02 t，氮氧化物0.759 t，粉塵1.21 t。

6 結束語

文章以重慶能源職業學院20 kW非晶硅薄膜光伏電站為例，分析計算重慶地區光伏電站的投資效益。經過計算得出，項目靜態回收期為6.04年，動態回收期為9年，財務凈現值41.32元，財務內部收益為8%。從財務指標評估表明該項目可行。環境效益計算結果表明，項目能量回收期為3.29年，能量返回指數ERF為7.61，共節約標準煤101 t，減少二氧化碳排放263.04 t、二氧化硫2.02 t、氮氧化物0.759 t、粉塵1.21 t。由此可知，該光伏項目在節能減排上有一定的效果，降低了污染物的排放，保護了環境資源。經濟指標及環境效益指標表明，在重慶地區推廣太陽能光伏項目切實可行。