山東東營(yíng)地區(qū)光伏電站最優(yōu)容配比研究

作者：鞠靖、趙東閣、關(guān)仿

作者單位：東營(yíng)財(cái)金清潔能源有限公司

摘  要：在近期國(guó)家對(duì)光伏電站容配比放開(kāi)的背景下，為探求東營(yíng)地區(qū)最優(yōu)容配比，文章運(yùn)用PVSYST軟件及財(cái)務(wù)模型，在直流側(cè)容量固定和超裝兩種情況下，測(cè)算不同容配比下的平準(zhǔn)化度電成本和財(cái)務(wù)內(nèi)部投資收益率變化。通過(guò)測(cè)算分析得出東營(yíng)地區(qū)最佳容配比為1.452，且直流側(cè)超裝情況下財(cái)務(wù)內(nèi)部投資收益率更高，平準(zhǔn)化度電成本更低。

容配比：光伏電站的組件容量與逆變器額定容量之比。

平準(zhǔn)化度電成本（LCOE）：是對(duì)項(xiàng)目生命周期內(nèi)的成本和發(fā)電量先進(jìn)行平準(zhǔn)化，再計(jì)算得到的發(fā)電成本，即生命周期內(nèi)的成本現(xiàn)值/生命周期內(nèi)發(fā)電量現(xiàn)值。計(jì)算方法為：(初期投資-生命周期內(nèi)因折舊導(dǎo)致的稅費(fèi)減免的現(xiàn)值+生命周期內(nèi)因項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)導(dǎo)致的成本的現(xiàn)值-固定資產(chǎn)殘值的現(xiàn)值)/(生命周期內(nèi)發(fā)電量的現(xiàn)值)。

財(cái)務(wù)內(nèi)部投資收益率(IRR)：指項(xiàng)目在整個(gè)計(jì)算期內(nèi)各年財(cái)務(wù)凈現(xiàn)金流量的現(xiàn)值之和等于零時(shí)的折現(xiàn)率，也就是使項(xiàng)目的財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值等于零時(shí)的折現(xiàn)率。

限制容配比阻礙了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)設(shè)計(jì)，不利于度電成本降低，若一定程度上提高容配比，則有以下意義：

（一）可以補(bǔ)償光照的不足、溫度、灰塵、線損、串并聯(lián)失配、組件衰減帶來(lái)的功率損失，可以使光伏電站能夠達(dá)到額定輸出功率，為電網(wǎng)提供穩(wěn)定的電能。

（二）配以一定比例的儲(chǔ)能系統(tǒng)后，光伏電也可以“壓得下、拉得起”，可以成為電力系統(tǒng)中的“骨干電源”。

（三）逆變器的在早晚時(shí)段的工作時(shí)間更長(zhǎng)，因?yàn)槟孀兤餍枰谥绷鬏斎牍β蔬_(dá)到其啟動(dòng)閾值后才能夠啟動(dòng)，在同樣的日照強(qiáng)度下，提高容配比光伏組件輸出更高的功率，逆變器越早啟動(dòng)，晚停機(jī)，發(fā)電時(shí)間更長(zhǎng)，能夠更好的利用當(dāng)?shù)氐墓赓Y源。

（四）提高逆變器、升壓變、配電、變電設(shè)備的利用率，攤薄公用設(shè)施的投資成本，大幅降低工程造價(jià)、降低發(fā)電成本。

（五）容配比作用案例

案例1：國(guó)內(nèi)西部某100MW光伏電站，該電站采用1倍容配比設(shè)計(jì)。從圖1可以看出，電站只在中午的時(shí)候接近滿功率輸出，其余大部分時(shí)間設(shè)備功率都處于閑置狀態(tài)，且發(fā)電曲線受天氣影響，波動(dòng)幅度較大。從投資收益來(lái)看，由于逆變器、變壓器等交流設(shè)備滿載時(shí)間較短，設(shè)備利用率低，造成了容量浪費(fèi)，間接提高了電站的度電成本，降低了投資收益率。從電站運(yùn)行和電網(wǎng)調(diào)度來(lái)看，發(fā)電曲線波動(dòng)越大，說(shuō)明電站功率輸出波動(dòng)幅度也越大，增加了電站輸出功率預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度和電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)度的難度。據(jù)了解，國(guó)內(nèi)電站因?yàn)楣β暑A(yù)測(cè)不準(zhǔn)確導(dǎo)致的罰款，每年都會(huì)給業(yè)主帶來(lái)一定的損失。

圖1 西部某100MW電站三天的實(shí)際發(fā)電曲線

案例2：海外某200MW光伏電站，采用1.42倍容配比＋跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì)。從圖2可以看出，電站逆變器從早上8點(diǎn)到下午5點(diǎn)一直處于滿功率運(yùn)行狀態(tài)，相較于圖1,該電站發(fā)電曲線幾乎呈平直狀態(tài)。即使光照出現(xiàn)一定程度的波動(dòng)，逆變器輸出功率也只是出現(xiàn)微小變化，整個(gè)電站的輸出更加穩(wěn)定。從投資收益來(lái)看，雖然電站存在一定程度的棄光，但系統(tǒng)度電成本達(dá)到最優(yōu)，投資收益率更高。從電站運(yùn)行和電網(wǎng)調(diào)度角度看，發(fā)電曲線不再是支動(dòng)形狀。電站發(fā)電更穩(wěn)定，可調(diào)度性更高，大大提升了電網(wǎng)友好性。

圖2 海外某200MW電站三天的實(shí)際發(fā)電曲線

（一）基礎(chǔ)方案

根據(jù)光伏電站設(shè)備選型發(fā)展趨勢(shì)，本文選用535Wp雙面雙玻組件，固定支架，196kw組串式逆變器。通過(guò)PVSYST軟件測(cè)算，東營(yíng)地區(qū)最佳傾角為31°。具體基礎(chǔ)方案見(jiàn)表1。

（二）基礎(chǔ)方案投資

模擬東營(yíng)地區(qū)光伏電站基礎(chǔ)初始投資成本，初始投資合計(jì)3.74元/W，直流側(cè)（DC）成本2.45元/W，交流側(cè)（AC）成本1.29元/W，投資明細(xì)見(jiàn)表2。

（三）不同容配比方案下IRR與LCOE測(cè)算

1、直流側(cè)容量固定的IRR與LCOE分析

直流側(cè)容量固定100MW，容配比提高后，交流側(cè)逆變器、箱變、線纜等材料或設(shè)備使用量減少，交流側(cè)單瓦造價(jià)降低，而直流側(cè)單瓦成本不變，從而降低了初始總投資（見(jiàn)表3）。在容配比提高到一定程度后，逆變器會(huì)產(chǎn)生棄光，損失發(fā)電量，降低發(fā)電收入。根據(jù)東營(yíng)地區(qū)歷年輻照及考慮背面增益，選取1424小時(shí)作為首年等效利用小時(shí)數(shù),通過(guò)PVSYST軟件模擬出不同容配比下的發(fā)電量，再結(jié)合財(cái)務(wù)模型，從而測(cè)算出不同容配比下的IRR和LCOE（見(jiàn)表4）。將不同容配比下的IRR與LCOE繪制成折線圖（見(jiàn)圖3），當(dāng)容配比在1.452時(shí)，IRR達(dá)到最高10.02%，同時(shí)LCOE最佳0.336元/度電。

圖3 不同容配比IRR與LCOE變化趨勢(shì)

2、直流側(cè)超裝的IRR與LCOE分析

采取直流側(cè)超裝方式，不斷提高容配比，初始總投資逐步升高（見(jiàn)表5）。在容配比提高到一定程度后，逆變器會(huì)產(chǎn)生棄光，損失發(fā)電量，降低發(fā)電收入。通過(guò)PVSYST軟件模擬出不同容配比下的發(fā)電量，再結(jié)合財(cái)務(wù)模型，計(jì)算出不同容配比下的IRR和度電成本（見(jiàn)表6）。將不同容配比下的IRR與LCOE繪制成趨勢(shì)圖（見(jiàn)圖4），當(dāng)容配比仍為1.452時(shí)，IRR為10.44%，LCOE降低至0.329元/度電，均獲得最佳值。

圖4 不同容配比IRR和LCOE變化趨勢(shì)

提高容配比并在直流側(cè)超裝，從發(fā)電機(jī)理與發(fā)電成本的角度來(lái)講：一是能夠使光伏電站達(dá)到備案裝機(jī)容量（逆變器有功功率之和）的額定出力；二是受溫度、天氣、組件衰減的影響更小，光伏發(fā)電輸出的功率更穩(wěn)定，如果增加一定比例的儲(chǔ)能系統(tǒng)，完全可以成為可調(diào)度的支撐性電源；三是能夠提高升壓站、送出線路工程等公用設(shè)施的利用率，攤薄公用部分的費(fèi)用，進(jìn)一步降低單瓦投資成本。

通過(guò)模擬數(shù)據(jù)看出，無(wú)論通過(guò)交流側(cè)減配還是直流側(cè)超裝改變?nèi)菖浔?，東營(yíng)地區(qū)均在容配比1.452時(shí)，出現(xiàn)IRR和LCOE最佳值。直流側(cè)超裝雖然提高了初始總投資，但I(xiàn)RR以及LCOE更優(yōu)。

（一）本文通過(guò)在方案和投資基礎(chǔ)相同的情況下，測(cè)算和對(duì)比不同容配比下的IRR及LCOE變化情況，得出在東營(yíng)地區(qū)建設(shè)光伏電站最佳容配比為1.452。

（二）如表7所示，通過(guò)分析和對(duì)比直流側(cè)容量固定和直流側(cè)超裝兩種情況下的IRR和LCOE變化，發(fā)現(xiàn)直流側(cè)超裝情況下，IRR達(dá)到10.44%，LCOE低至0.329元/度電，表現(xiàn)更優(yōu)。

參考文獻(xiàn)

〔1〕崔楠 吳洪寬.［提高容配比是降低光伏度電成本的最有效方法］.陽(yáng)光工匠光伏網(wǎng).2018年5月25日.

〔2〕陽(yáng)光電源公眾號(hào).［三條曲線解密光伏電站未來(lái)發(fā)展方向］.2020年9月16號(hào).