太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性分析

1、太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性分析光伏發(fā)電系統(tǒng)在缺電、無(wú)電地區(qū)得到了一定應(yīng)用，而目前進(jìn)一步大規(guī)模推廣的主要障礙是光伏發(fā)電系統(tǒng)高昂的價(jià)格。光伏系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性研究十分復(fù)雜，它不僅涉及系統(tǒng)本身的初投資及技術(shù)可靠性，而且還涉及到應(yīng)用地區(qū)的生態(tài)環(huán)境、資源條件、人員素質(zhì)、交通狀況等，特別是它與隨機(jī)性很大的太陽(yáng)能資源和用戶需求密切相關(guān)，因而使其研究工作更加困難。目前，國(guó)內(nèi)外大都采用實(shí)驗(yàn)示范研究、工程計(jì)算以及理論分析相結(jié)合的方法。定量地分析太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，不僅要考慮發(fā)電系統(tǒng)的靜態(tài)成本的效益，而且還必須注意其動(dòng)態(tài)效益，全面反映太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)話動(dòng)情況，將有助于小型太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的推廣應(yīng)用。我們根

2、據(jù)能源分析的基本原理，借鑒常規(guī)能源系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)分析方法，結(jié)合太陽(yáng)能光伏利用系統(tǒng)的特點(diǎn)和性能參數(shù)，采用年現(xiàn)金流程分析法53，即把太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)總投資折算成系統(tǒng)壽命年限內(nèi)的年等值費(fèi)用，計(jì)算小型光伏發(fā)電系統(tǒng)的單位供電成本，并與常規(guī)能源系統(tǒng)進(jìn)行比較，研究太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)提高經(jīng)濟(jì)性的途徑和適用范圍，分析光伏發(fā)電系統(tǒng)的前景。太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)單位供電成本53,54,55,56太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵部件是光伏電池，它們是利用光伏效應(yīng)，將光能轉(zhuǎn)換成電能。然后通過(guò)控制器、蓄電池及逆變器等送入負(fù)載。太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由光伏電池、控制器、逆變器及蓄電池等組成。因此，光伏發(fā)電系統(tǒng)成本由以下幾頂組成：初投資：光伏電

3、池陣列、控制器和逆變器、蓄電池、支承系統(tǒng)和配電系統(tǒng)（包括安裝調(diào)試、電纜等費(fèi)用）、其它費(fèi)用（運(yùn)輸費(fèi)用及其它零星費(fèi)用等）；運(yùn)行費(fèi)：維修清洗費(fèi)、管理費(fèi)、人工工資等。太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的成本由初投資和運(yùn)行費(fèi)二部分組成。由于太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行比較簡(jiǎn)單，運(yùn)行費(fèi)用相對(duì)不高，系統(tǒng)的主要費(fèi)用之一是光伏電池，其價(jià)格較貴。工廠生產(chǎn)的光伏電池組件，通常只給定某一標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下的輸出功率數(shù)，而實(shí)際應(yīng)用，光伏電池的輸出功率是變化的，同投射到光伏電池陣列表面的輻射量有關(guān)。我們知道，太陽(yáng)輻射是隨使用地點(diǎn)、季節(jié)、一天中的時(shí)間以及天氣狀況等多因素而變，因此，要確定光伏電池每年的實(shí)際發(fā)電量是一個(gè)十分復(fù)雜的問(wèn)題。太陽(yáng)光伏電池的年

4、發(fā)電量不但與輻射能量有關(guān)，而且與日照時(shí)數(shù)有關(guān)。但是，氣象臺(tái)站給出的實(shí)測(cè)日照時(shí)數(shù)是不同輻射強(qiáng)度下累加值，而光伏電池陣列輸出功率峰瓦是在AM1.5，光伏電池溫度25，日照強(qiáng)度1000W/m2條件下的測(cè)試結(jié)果。因此，要把年實(shí)測(cè)日照時(shí)數(shù)換算成年峰值日照時(shí)數(shù)。太陽(yáng)能光伏電池陣列的總功率是由輻射參數(shù)和負(fù)裁確定的。但是，實(shí)際輸出功率還與陣列表面的灰塵及長(zhǎng)期使用后性能的衰減系數(shù)f、蓄電池庫(kù)侖效率b及逆變器的效率i有關(guān)。在綜合考慮上面因素的情況下，太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的年發(fā)電量為：  （6.1） 式中：Hy年有效發(fā)電量（kWh年）；W太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)總的峰值功率（Wp）；n有效使用年限（年）

5、，n =20年；b蓄電池庫(kù)侖效率，b0.80.92；i逆變器的效率，i = 0.90.96；f衰減及灰塵等性能參數(shù)衰減系數(shù)，f = 0.80.98；太陽(yáng)能陣列輸出的峰瓦功率轉(zhuǎn)換成交流功率的總效率；0.60.87；DT(y年峰值日照時(shí)數(shù)（h年）。 光伏發(fā)電系統(tǒng)的總投資為：  （6.2） 式中：W光伏電池陣列的峰值功率(Wp；C0光伏電池每蜂瓦價(jià)格（元Wp）；A1蓄電池相對(duì)于光伏電池陣列的投資系數(shù)，A1=0.150.7；A2控制器、逆變器相對(duì)于光伏電池陣列的投資系數(shù)，A2=0.150.5；A3支架、電纜等輔助設(shè)施相對(duì)于光伏電池陣列的投資系數(shù)，A3=0.050.25；A

6、4其它費(fèi)用（施工、運(yùn)輸?shù)龋┫鄬?duì)于光伏電池陣列的投資系數(shù)，A4=0.050.15；A光伏電池陣列以外的總投資系數(shù)，A=A1+A2+A3+A4，A=0.41.6。 光伏發(fā)電系統(tǒng)的單位（電量）運(yùn)行費(fèi)用：  （6.3） 式中：OM光伏發(fā)電系統(tǒng)的單位（電量）運(yùn)行費(fèi)用，元kWh；相對(duì)于光伏電池陣列的運(yùn)行費(fèi)用系數(shù)，0.0050.015。 為了便于與常規(guī)能源及其它能源進(jìn)行對(duì)比，將發(fā)電成本用相對(duì)于光伏發(fā)電系統(tǒng)年等值費(fèi)用的單位（電量）供電成本來(lái)表示，其關(guān)系式為：  （6.4） 式中：E單位（電量）供電成本，元kWh；F每年固定的分擔(dān)費(fèi)率；，i為貼現(xiàn)率，i

7、 = 512。 由方程（6.4）表明，單位供電成本是一項(xiàng)重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析指標(biāo)，與光伏電池的價(jià)格、系統(tǒng)效率和輻射條件有關(guān)。它綜臺(tái)反映了各項(xiàng)主要因素對(duì)供電成本的影響，而且，也考慮了資金的時(shí)間因素。顯然，單位供電成本越小，經(jīng)濟(jì)效益則越好。而且，可與火電、水電、風(fēng)電及柴油發(fā)電系統(tǒng)相比較，分折不同供電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益，評(píng)價(jià)其經(jīng)濟(jì)性。由方程（6.4）所計(jì)算繪制的一組曲線見(jiàn)圖6-1。由圖中曲線可知，太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)價(jià)格越高，年峰值日照時(shí)數(shù)越少則供電成本越高。 圖6-1 供電成本與太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)價(jià)格、氣象條件的關(guān)系 火電及其它發(fā)電系統(tǒng)單位供電成本目前在我國(guó)關(guān)于各類發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)比較

8、還沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，而且，各類發(fā)電系統(tǒng)的情況也不盡相同，影響發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的因素很多。例如，火電燃料的價(jià)格，運(yùn)行、維修費(fèi)用，設(shè)備效率，運(yùn)行時(shí)間，使用壽命，稅收標(biāo)準(zhǔn)，貸款利率等等；而水電還要考慮地形、地質(zhì)、水文、庫(kù)容以及大壩、引水渠道，淹沒(méi)損失等。所以，評(píng)價(jià)各類發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效果，應(yīng)盡可能地考慮常規(guī)發(fā)電及配電系統(tǒng)諸因素的影響。對(duì)于太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)，需要與常規(guī)的發(fā)電系統(tǒng)以及核能、風(fēng)能、柴油等發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行比較。作為技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較的對(duì)象，應(yīng)符合下列條件：1. 1.            

9、;   滿足相同的用電需要；（2）具有相同(或相當(dāng)?shù)墓╇娔芰?；?）用電量或用電時(shí)數(shù)相同。 常規(guī)供電方式，一船指水電和火電，其供電成本由兩部分組成：即發(fā)電成本與輸電成本之和  （6.5）式中：Hg供電成電，元kWh；Hf發(fā)電成本，元kWh；Hs輸電成本，元kWh。發(fā)電成本全國(guó)各地不一，為了便于比較，以全國(guó)中、小型火力發(fā)電的平均值為基準(zhǔn)進(jìn)行討論。當(dāng)然，具體項(xiàng)目可結(jié)合實(shí)際分析。輸電成本包括系統(tǒng)投資，每年的維護(hù)、遠(yuǎn)行、管理等項(xiàng)費(fèi)用之和。如果考慮輸電效率，輸電成本為：  （6.6） 式中：G輸電線年供電量(kWh年L輸電線路長(zhǎng)度(m；K每公里

10、輸電線路投資(包括變電站，見(jiàn)表256,57，萬(wàn)元km；s輸電效率，s0.880.95。N有效使用年限，N20年；r線路或變電站的直接和間接維護(hù)費(fèi)用系數(shù)，r0.020.03；Fr每年固定的分擔(dān)費(fèi)率；，I為貼現(xiàn)率，I = 512。 將(6代人(5式得：  （6.7） 表6-1 每公里輸電線路投資額定線電壓（kV）線路結(jié)構(gòu)形式輸送距離（km）投資費(fèi)用（萬(wàn)元km）6架空1050.810架空1581.135架空50151.2160架空70301.58110架空150501.96 根據(jù)表6-1中的數(shù)據(jù)和公式(6.7，可算出不同容量、不同供電距離情況下供電成本，并繪成

11、圖6-2。從圖中曲線的變化來(lái)看，供電容量對(duì)供電成本的影響很大，即輸電距離越長(zhǎng)，輸電容量越小則供電成本越高。 圖6-2 供電成本與輸電容量、供電距離的關(guān)系 目前，國(guó)內(nèi)也常用單位千瓦的總投資對(duì)各種發(fā)電裝置進(jìn)行比較。表6-251,52,56給出了各類發(fā)電裝置的單位千瓦投資情況，火電千瓦投資中包括煤礦和環(huán)境投資；水電千瓦投資中包括其它部門分?jǐn)偟耐顿Y；光伏發(fā)電千瓦投資中包括電池、支架、控制、安裝等費(fèi)用；風(fēng)電千瓦投資中包括風(fēng)機(jī)、支架、儲(chǔ)能設(shè)備及其它投資。 表6-2 我國(guó)各類發(fā)電裝置的單位千瓦投資表（元kW）火電水電風(fēng)力發(fā)電光伏發(fā)電國(guó)產(chǎn)機(jī)組進(jìn)口機(jī)組大水電小水電450063007

12、2008200700010000300040004000750023萬(wàn) 從表2中看出，目前太陽(yáng)能光伏發(fā)電是無(wú)法與大中型火電、水電相比較的。但是，對(duì)于獨(dú)立的小容量的供電系統(tǒng)，太陽(yáng)能光伏發(fā)電又有它的用武之地，況且，太陽(yáng)能是一種無(wú)污染、無(wú)需運(yùn)輸?shù)臐崈裟茉?，它有著與水電、火電不可比擬的優(yōu)越性。分析結(jié)果在我國(guó)的山區(qū)及邊遠(yuǎn)地區(qū)、尚有許多鄉(xiāng)、村沒(méi)有電，這些地區(qū)一般都較為貧因，用電特點(diǎn)是小型、分散。因地制宜的發(fā)展這些地區(qū)的光伏發(fā)電事業(yè)，對(duì)于活躍經(jīng)濟(jì)，增加收益，提高當(dāng)?shù)厝嗣竦纳?、文化水平都具有重要的意義。小型、分散的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)正好與這些地區(qū)的用電特點(diǎn)相吻合。由于太陽(yáng)能取之不盡，用之不竭，隨處

13、可得，加之光發(fā)電不需照料，不留廢物，無(wú)污染，系統(tǒng)無(wú)傳動(dòng)部件，使用、維護(hù)、管理方便，不需架設(shè)長(zhǎng)距離輸電線路，建設(shè)周期短，組裝后便可送電；更重要的是太陽(yáng)光隨地可取，無(wú)須運(yùn)輸免費(fèi)供應(yīng)，這更適合干旱、沙漠、丘陵、山區(qū)和遠(yuǎn)離電網(wǎng)的地區(qū)使用。目前，中小型獨(dú)立太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的單位供電成本主要受光伏電池組件和蓄電池價(jià)格的影響，單、多晶電池組件的峰瓦價(jià)格約為3035元，非晶電池的峰瓦價(jià)格約為26元，蓄電池價(jià)格約為電池組件價(jià)格的1570左右。再加上控制器、逆變器等其它費(fèi)用，光伏發(fā)電系統(tǒng)成本大約是單（多）晶5070元Wp，非晶4060元Wp。對(duì)于大型光伏發(fā)電系統(tǒng)，由于其土建和安裝費(fèi)用較大，因而成本會(huì)更高。若將不

14、同的氣象參數(shù)、系統(tǒng)成本代入(6.4式，便可得到一組曲線，見(jiàn)圖6-2。圖6-2表明，太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的供電成本隨著日照時(shí)效的增加，起初下降較快，當(dāng)日照時(shí)數(shù)超過(guò)2200小時(shí)，供電成本趨于平緩。但是，隨著光伏發(fā)電系統(tǒng)成本增加，曲線向上平移，單位供電成本增加。若以我國(guó)I類光照地區(qū)即西北地區(qū)的年峰值日照時(shí)數(shù)2200小時(shí)為例：目前，單晶硅光伏發(fā)電系統(tǒng)每峰瓦成本約為2832元，每千瓦時(shí)供電成本在1.31.5元之間；非晶硅光伏發(fā)電系統(tǒng)每峰瓦約在2030元左右，其供電成本在1.01.3元之間；對(duì)于一些要求比較高的光伏發(fā)電系統(tǒng)，每峰瓦成本在60元左右，其單位供電成本在3.7元左右。對(duì)于常規(guī)的水電或火電，大容量集

15、中供電，其單位供電成本遠(yuǎn)低于光伏發(fā)電供電系統(tǒng)。但是，若采用大電網(wǎng)給分散居住的農(nóng)牧區(qū)供電，由于輸電成本急劇上升，其供電成本大幅度上升。由圖2可知，不同輸電距離，不同輸電容量，其單位供電成本隨輸電距離的增加而上升。如5千瓦的輸電線路，若輸電距離40公里，則供電成本約3.4元kWh左右；若輸電距離50公里，則供電成本約4.2元kWh左右。此時(shí)用大電網(wǎng)供電的單位供電成本已高于光伏發(fā)電系統(tǒng)。雖然太陽(yáng)能光伏發(fā)電已成為全球發(fā)展最快的能源之一，然而與風(fēng)力發(fā)電相比，光伏發(fā)電成本仍較高。在我國(guó)，風(fēng)力發(fā)電的成本為0.6元kWh左右，上網(wǎng)電價(jià)為0.70.95元kWh，是現(xiàn)今在各種可再生能源中，發(fā)電成本最接火電等常規(guī)能源發(fā)電成本的。但風(fēng)能發(fā)電受地域的限制比太陽(yáng)能發(fā)電更加明顯，風(fēng)力發(fā)電對(duì)環(huán)境也有一定的影響。實(shí)踐證明，采用風(fēng)、光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)是彌補(bǔ)各自不足發(fā)揮各自所長(zhǎng)的好辦法。對(duì)于那些交通不便、經(jīng)濟(jì)落后的邊遠(yuǎn)山區(qū)，遠(yuǎn)距離輸電不僅線損失大，由于氣候等的影響