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户用屋顶正弦波逆变电源-分布式光伏发电成本效益分析

正弦波逆变电源-分布式光伏发电的政策环境,在此基础上建立了居民用户的发用电成本和效益模型。选取北京市2017年居民用户发用电数据,对分布式光伏投资回收年限进行测算,结果表明在现行补贴政策和投资成本下,平均回收成本时间为7.5年左右。

在此基础上分析了用户实际用电量、上网占比、投资成本及补贴力度对投资回报率的影响,计算得到相同回报率下不同度电补贴对应的单位容量光伏组件造价,为居民用户投资分布式光伏提供了指导和依据。

正弦波逆变电源-光伏发电具有清洁环保、不受资源分布地域限制、易于被消纳等优点[1]。正弦波逆变电源-分布式光伏发电一直被国家大力支持,并在近几年内发展迅速。光伏电站2015年总装机为15GW,2016年总装机为34.54GW,仅2017年新增装机便达53.06GW[2-3]。在2016年上调过一次可再生能源基金附加后,未来可再生能源基金附加难以上调,补贴来源方面便再未有加大力度的政策[2]。

目前光伏组件成本逐渐下降,2018年国家推行的分布式光伏度电补贴也出现了首次下调,分布式光伏前景依然看好,但投资将逐渐趋于理性。

正弦波逆变电源-分布式光伏发电的形式有3种,即自发自用余电上网、全部自用和全额上网。本文仅讨论自发自用余电上网和全部自用形式下的分布式光伏并网。居民报装分布式光伏一般采用这两种形式。

目前国内关于正弦波逆变电源-分布式光伏发电的研究已有不少[4-8],但针对现有补贴政策和当前投资成本下的效益分析居多,对未来补贴下调和光伏组件成本下降的趋势考虑不足,本文基于现有数据进行测算分析,并考虑补贴力度和投资成本等因素变化的影响,向用户投资提供合理性化建议。

1  分布式光伏发展现状

1.1  政策环境

国家发改委、国家能源局等对分布式光伏并网工作出台一系列相关政策[9-13]。针对正弦波逆变电源-分布式光伏发电,国家层面实行全电量补贴的政策,自并网之时起对分布式发电项目实行每千瓦时0.42元(含税)的电价补贴,期限为20年。2017年12月19日,国家发改委下调了分布式光伏电价,2018年以后投运的正弦波逆变电源-分布式光伏发电项目,度电补贴标准降低至0.37元(含税)。各地市也出台了相关正弦波逆变电源-分布式光伏发电奖励办法。

以北京市为例,北京市发改委为鼓励正弦波逆变电源-分布式光伏发电,对2015年至2019年期间并网的正弦波逆变电源-分布式光伏发电项目,按每千瓦时0.3元(含税)进行补贴,每个项目补贴持续5年。

1.2  正弦波逆变电源-分布式光伏发电投资成本

居民用户投资正弦波逆变电源-分布式光伏发电项目,需购买光伏组件,逆变器,开关等辅助元件,以及安装费等等,用户需要维护正弦波逆变电源-光伏发电设备材料,维护成本大概1%~3%投资成本。正弦波逆变电源-光伏发电成本中,光伏组件约占50%~60%。总体建设费用已经降至每千瓦时万元以下[2]。

1.3  太阳能量环境和正弦波逆变电源-分布式光伏发电项目报装趋势

以北京市为例,太阳辐射量全年平均为4600~5700MJ/m2。年平均日照时数在2000~2800h之间,主要为2600h左右。辐射主要集中在4—8月,占全年55.1%。通过测算,按照最佳倾角31°敷设光伏电池板,年最大负荷发电小时数为1087h,平均每天2.98h[14]。

而从目前政策趋势来看,补贴的拖欠将成为常态,光伏补贴是不可持续的。图1为某区域居民分布式光伏2015—2017年业务受理和并网数据的增长情况。从图1可以看出,2015—2017年,每年新增受理和并网用户都在不断增长,受理容量年增长率逐年降低。鉴于建设周期的存在,平均受理-并网周期约为135天,并网增长率一定程度上滞后于受理增长率,最大增长率出现在2016年。未来,分布式光伏发展需要从数量向质量转型。

图1  某区域居民分布式光伏2015至2017年业务受理和并网增长率
户用屋顶正弦波逆变电源-分布式光伏发电成本效益分析

2  户用分布式光伏投资成本效益分析

2.1  户用光伏投资成本效益模型

对于北京地区居民用户来说,为满足产权的合法性,安装正弦波逆变电源-分布式光伏发电的有效位置主要为农村宅基地和别墅的屋顶,为低压单相或三相,用户报装容量在1~20kW。户用光伏并网系统结构简单,均为一个光伏并网点和一个公共连接点,分别计量发电量和上网电量。其中并网点计量发电量,公共连接点为双向计量表,同时计收用电量和光伏上网电量,户用光伏并网系统如图2所示。

图2  户用分布式光伏发用电计量关系
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此外,对于居民用户光伏效益,不考虑北京煤改电电价政策带来的影响。这是因为电采暖电价时段为非光照时间,正弦波逆变电源-光伏发电并不会抵消此部分用电,仅需考虑并网前后的居民阶梯电费差。 

2.2  投资效益测算案例

图3为北京市某地区典型居民用户报装正弦波逆变电源-光伏发电15kW的发电量、上网电量、计收用电量和实际用电量随月份变化的趋势图。从图3中可以看出,正弦波逆变电源-光伏发电呈现季节性,发电量较高的月份为5—9月。居民用户的夏季实际用电量较大,已经远远超出三档阶梯电价电量值。用户正弦波逆变电源-光伏发电上网电量差值为用户自发自用电量部分,抵扣了一部分计收用电量,使得用户节省了一部分高额电费。

图3  典型个人用户逐月正弦波逆变电源-光伏发电情况(15kW)
户用屋顶正弦波逆变电源-分布式光伏发电成本效益分析

模型数据背景:按第一年发电效率衰减率 为3%,之后第i年衰减率 为1%,时间成本率 取2017年居民消费价格指数2%。根据2017年北京某地区域光伏用户实际报装统计数据,按2018年以前的0.42元/kW•h的度电补贴和北京市级奖励资金0.3元/kW•h的政策下,用户光伏板平均造价参考当地平均安装价格,为0.85万元/kW•h。经测算,居民用户平均投资回收成本为6.99年,具体结果见表1。

表1  居民用户年发用电和回收年限情况
户用屋顶正弦波逆变电源-分布式光伏发电成本效益分析

从样本用户测算结果还可以看出,居民用户平均日最大发电小时数3h。同时,不同的发电效率,上网电量,实际用电情况均对回收年限产生影响。

3  投资回报影响因素相关性分析

用户的实际用电量、上网电量比重、光伏投资成本以及光伏补贴力度均会对投资的回收年限产生影响,下面分别予以分析。

3.1  实际用电量和上网占比

以单相居民用户安装5kW分布式光伏并网为例,上网电量占发电量比重不应超过50%[13]。分析不同上网电量占比时,用户自身用电量与投资光伏回收年限的关系如图4所示。

图4  分布式光伏投资回收年限随实际用电量变化趋势
户用屋顶正弦波逆变电源-分布式光伏发电成本效益分析

从图4可以看出,上网电量占比越高,用户投资成本的回收年限越长,这是因为正弦波逆变电源-光伏发电上网电价低于居民电价(两者差值为居民输配电价),用户自用的电量越多,不经电网而于本地消纳的电量就越多,节省了更多的输配电成本。

我国现行居民电价大多为阶梯电价[15],可按用电量区间划分为三档。上网电量占比不变的情况下,随着用户实际用电量增加,回收年限逐渐缩短。当实际用电量在一档阶梯电量区间内时,实际用电量对回收年限的影响很小;在二档和三档阶梯电量区间范围时,回收年限缩短的速度相应增加。当用户实际用电量超过一定值时,自发自用电量全部替代三档阶梯电量,正弦波逆变电源-光伏发电已经产生了最大效益,收益年限不再减少。

3.2  实际用电量和上网占比

以北京市政策为例,考虑3种补贴政策下的光伏投资成本与回收年限的关系:①2018年国家分布式光伏每千瓦时0.37元电补贴20年和市级补贴每千瓦时0.3元5年;②2020年后北京市取消市级补贴后的情况;③远景时期正弦波逆变电源-光伏发电取消补贴之后的情况。

不同补贴政策下光伏投资回收年限与成本关系如图5所示。从图中可以看出,随着补贴力度降低,正弦波逆变电源-光伏发电的回收年限逐渐变长;同时,在没有补贴的情况下,通过降低光伏组件造价,也能大大缩短回收年限。

图5  不同补贴政策下光伏投资成本与回收年限
户用屋顶正弦波逆变电源-分布式光伏发电成本效益分析

参照北京当地光伏组件平均造价(约0.85万元/ kW),按每千瓦时0.37元电补贴政策计算,平均7.54年可以回收成本;取消市级补助后,平均9.86年可以回收成本。若取消全部补贴,则光伏投资成本至少需降至3408元/kW,才能保证可以在8年内回收成本。

结论
1)居民用户用电价格低,报装容量小,免征增值税,可以就地消纳。经测算现行补贴政策下,平均回收成本时间为7.5年左右。在目前国家补贴和市级奖励办法的扶持下,处于较高水平。但实际补贴发放滞后,拨款周期长,平均延后1~1.5年,故回收年限将略高于理论测算值。

2)对于用电量大、上网比例低的用户来说,回收年限短,更适合投资分布式光伏。
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