加油站增設分布式光伏電站建設模式的比選研究

中國石油天然氣股份有限公司湖北銷售分公司 胡芷源

中國石油天然氣股份有限公司湖北銷售分公司 李 奕 汪 翔 湯方斌

哈爾濱天源石化工程設計有限責任公司 祝 亮 樂 彬 姚 靜

分布式光伏具有投資成本低、可就近利用等特點，適用于加油站建設光伏電站。2021年，中國石化已在江蘇、海南、廣東等地建成光伏發電站點，中國石油也已實際運行光伏電站109座，目前全國現有加油站約12萬座，隨著“中石油、中石化”所屬加油站增設光伏電站取得實效后，必將得到廣泛推廣。因此，有必要對加油站增設分布式光伏電站的建設模式進行比選，為后續工作提供參考。

1 相關研究文獻評述

對分布式光伏電站成本和收益的研究在國外起步較早，OCDE等（2010）最早運用LCOE（度電成本）模型，對21個國家近200家工廠的分布式光伏電站的成本進行分析；邱壽豐、陳巧燕（2016）建立了分布式光伏發電項目經濟評價模型[1]；楊昌輝、石瑞智（2021)基于區域層面不同電價情景，在LOCE模型基礎上，加入效益指標改進得到平準化發電凈現值模型（LNOE），測算了不同貼現率和有無電價補貼等條件下的光伏電站收益的差別[2]；張蕾（2021）對加油站光伏發電模式的選擇中，推薦“自發自用、余電上網”模式為當前加油站光伏建設推薦首選模式[3]。

梳理現有文獻發現，學界對上述內容進行了充分研究，但將分布式光伏電站的經濟效益測算與加油站行業相結合方法研究較少，且很少有研究采取何種方式去建設加油站增設分布式光伏電站。本文以加油站增設分布式光伏電站為研究對象，研究構建“自主投資建設”和“合作方建設分紅”兩種方式下的收益模型，并找尋其平衡點，以區分適宜的實施方案。

2 加油站增設分布式光伏電站的收益影響因素

分布式光伏電站的收益主要來自對自身發電量的變現，概括為影響發電量的因素、影響發電量變現的因素、影響建設成本的因素以及其他因素等四個方面。

2.1 影響發電量的因素

主要包括太陽光照輻射強度、光伏電站的裝機容量、現場實際條件、組件的安裝角度、設備的效率因素、組件功率的年平均衰減率、氣象條件及環境因素等。

2.2 影響發電量變（折）現因素

主要包括年用電量、光伏出力比例、用電量的年均增幅率、購電和售電價格、購電價格折扣等。

2.3 影響電站建設成本因素

主要包括裝機容量、單瓦造價、變壓器容量。

2.4 其他影響因素

主要包括碳指標交易價格、屋面防水替代率、屋面防水單價。

3 分布式光伏電站在加油站應用

在遵照某公司庫站分布式光伏系統建設標準，結合湖北地區加油站實際情況，主要從以下幾個方面進行研究。

3.1 光伏組件的選用

光伏組件是光伏電站的核心設備，在目前市場上主流的光伏組件中，晶硅電池仍占主導地位。其中，單晶硅電池在所有種類光伏組件中轉換效率最高，近年來性價比也逐步提升，在加油站增設分布式光伏電站，推薦使用轉換效率21%左右的單晶硅技術光伏組件。

3.2 結構安全性的保證

根據《建筑節能與可再生能源利用通用規范》（GB55015-2021）中5.2.2的要求，在既有建筑上增設或改造太陽能系統，必須經建筑結構安全復核，滿足建筑結構的安全性要求。因此，在加油站屋頂增設光伏組件前，必須選取有資質的檢驗鑒定單位，對原有房屋結構的安全性進行檢驗鑒定，確保增設的光伏電站載荷不會對房屋結構安全造成影響。

3.3 建設方案的設計

選取標準加油站的房屋，對光伏組件的布設方案進行設計了三種建設方案。

3.3.1 最佳傾角方案——A方案

將光伏組件按最佳傾角安裝，方案安裝示意圖如圖1所示。

圖1 A方案安裝示意圖

該方案光伏組件轉換效率較高，但為了避免光伏組件相互遮擋，每行光伏組件之間需留有一定間隙，因此該方案組件的安裝面積較小，因此裝機容量小，且該方案無法替代屋面防水，替代率為0%。

3.3.2 半鋪方案——B方案

將光伏組件按照一定的角度后坡度進行半鋪，方案安裝示意圖如圖2所示。

圖2 B方案安裝示意圖

該方案犧牲角度，取消間隙，增大安裝面積，進而提高光伏系統的裝機容量。安裝坡度控制為10%，實現了對屋面部分的遮蓋，對原有屋面防水實現一定程度的替代，替代率約為40%。

3.3.3 滿鋪方案——C方案

將光伏組件按照一定角度或坡度進行平鋪，該方案能夠實現的光伏裝機容量最大，但光伏組件的轉換效率最低。

方案安裝示意圖如圖3所示。該方案保留了平鋪方案沒有間隙的優勢，進一步增大了安裝面積，實現裝機容量最大，但同時轉化效率最低。此方案下，光伏組件實現對全部屋面的遮蓋，防水替代率100%。

圖3 C方案安裝示意圖

3.4 推薦的建設模式

綜合已經建設的項目來看，加油站增設光伏的建設模式主要有以下兩類。

3.4.1 自主投資建設

即依托自有的加油站場地，使用自有資金對加油站投資建設光伏電站及運維。該建設模式的優勢在于全流程把控項目的建設過程，能夠保障工程施工安全和質量。對電站發電量有完全自主的支配權，為后續電站的效能優化、隔墻售電業務提供支持，具備一定的增效潛力。但該模式所需投資較大，內部收益率受相關因素的影響可能出現波動。

3.4.2 合作方建設分紅

合作方建設分紅，即依托公司自有的加油站場地，由第三方全部投資完成光伏電站的建設，加油站通過以折扣購買光伏電站電價獲利。該建設模式的優勢有效借助第三方優質資源，避免自身投資過大，并解決了電站報建、并網、運營等陌生領域經驗不足等問題，且可獲得穩定的用電價格折扣。但需加強對建設過程的把控，確保質量和安全，同時該模式下收益情況基本不變，缺少增效潛力。

4 加油站增設分布式光伏電站的收益模型

4.1 建立收益模型

為進一步研究光伏電站收益與相關因素之間的關系，采用財務凈現值方式，設定相關變量，建立數學模型。

4.1.1 設定相關參數變量（見表1）

表1

4.1.2 自主建設的光伏電站財務凈現值模型

其中：t=1,2,3,……25；Ep=K×HA×PA/EA；PA=S站/COSθ/S光×P光；D、T碳、S站、S光、P光、β根據選定項目或設備取值；α、γ、λ依據經驗數據測得具體值；θ以現場實際設計安裝方案為準；K根據方案不同取值不同（A方案0.823，B方案0.813，C方案0.773）；HA以項目所在地光照資源確定；EA取1；Y取值范圍（4，10）具體以招標結果為準；Ft在上述取值確定后依據稅收和維保要求計算歷年稅費金額；X根據加油站實際情況測算具體取值。

4.1.3 合作建設分紅的光伏電站財務凈現值模型

式 中 ：Ep=K×HA×PA/EA；PA=S站/COSθ/S光；P光；D、T碳、S站、S光、P光根據選定項目或設備取值；α、β、γ、θ、λ依據經驗數據測得具體值；K根據方案不同取值不同（A方案0.823，B方案0.813，C方案0.773）；HA以項目所在地光照資源確定EA取1合作模式用電折扣：μ取值以招標結果為準。

4.1.4 平衡點分析

當采取自主投資建設模式，對于某一確定站點，在設備選型、安裝形式確定后，其收益情況主要決定于Y，即單瓦投資費用。單瓦投資費用越高，其收益越低甚至為負。而單瓦投資費用越低，則其收益越高。

當公司采取合作模式增設分布式光伏電站時，對于某一確定加油站點，在設備選型、安裝形式確定后，通過歷史數據確定其他參數后，其收益情況主要決定于μ，即合作模式用電折扣。折扣比例越高，其收益越大，折扣比例越低，收益越小。

另兩個模型的凈現值相等時，可得到一個包含Y（單瓦費用）和μ（合作用電折扣）的等式，通過轉換可得到：以Y為因變量，μ為自變量的等式。如下：

μ的取值范圍為（0-1），則對應了不同的Y值，即可通過合作建設分紅模式時，用電折扣比例的大小，推算其等值收益情況下自主建設的最高單瓦造價成本Y平。

當招標確定的單瓦造價Y≥Y平時，該站點采取合作分紅模式收益更好；當招標確定的單瓦造價Y＜Y平時，該站點采取自主建設模式收益更好。

4.2 模型的局限性

模型中還存在一定局限。如在實際應用中，加油站可用安裝面積雖確定，但其長寬比例存在不確定性，難以通過匹配到合適規格的光伏組件，因此將導致可用面積難以被100%的全部利用；加油站內可能存在多所用房，本模型將所有用站屋頂面積進行了簡單的累加，未能考慮該拼湊面積與整體面積對光伏組件布設帶來的影響，實際應用中可能導致光伏裝機容量出現偏差。由于模型中部分參數的取值需要依托歷史數據進行人為估算，導致參數取值可能與實際出現偏差，進而影響模型的準確性。

4.3 應用過程中對模型的改進方法

在實際應用過程中，對于某一確定的加油站，可以通過實地踏勘的形式，更加精確地掌握站點的實際情況，科學合理的對其光伏組件的布局進行研判，進而確定最合理的布設方式和裝機容量，裝機容量確定后，可直接代入模型，提高模型的精確性。對于確定站點的光伏出力比例、年平均用電量增幅情況，除了通過人為經驗判斷外，還可以通過歷史用電數據、運行數據、站內主要用電設備功率等數據等進行更準確地計算，提高模型精度。