关键词：分布式光伏发电；并网方案；环保和节能效果评价；经济性评价

Abstract: The development of renewable energy has become the subject of today's energy development under the enormous challenge of global energy saving, energy and safety. This paper analyzes the current main operating modes of domestic photovoltaic power generation, puts forward the economic evaluation process of distributed photovoltaic power generation and grid, establishes the whole life cycle cost / benefit calculation method and model of PV power generation under different operation modes, and analyzes the different operation Two Grid - Connected Design Schemes are for Distributed Photovoltaic Power Generation. Finally, considering the operation and management mode and subsidy mode, the cost-benefit analysis of 10kW roof photovoltaic power generation system in Qi He County, Shandong Province is carried out. The results show that the cost-benefit of the subsidy is better than the construction subsidy, and the research results will help solve the problem of cost-effectiveness of grid-connected photovoltaic power generation. For the photovoltaic power generation and operation and management mode, To lay the theoretical foundation.

Key words: Distributed photovoltaic power generation; Grid connection scheme; Environmental protection and energy saving effect evaluation; Economic evaluation

【中图分类号】TE08【文献标识码】B 文章编号1561-0330（2017）08-0000-00

1 引言

太阳每秒钟喷射的能量大约是1.6×10²³kW，其中抵达地球的能量高达８×10¹³kW，相当于6×10⁹t标准煤。假如把地球表面0.1% 的太阳能转换为电能，转变率5%，每年发电量可达56×10¹²kW·h，相当于目前世界上能耗的40倍^[1-2]。

太阳能并网光伏发电系统作为一种可再生能源系统在国内推广和应用，我国是世界上能源消费大国，在已知的新能源开发中，太阳能必然能满足人类发展的能量需求。太阳能光伏发电的运用必将能提高环境状况，缓解全球能源紧缺的现状。基于实际工程，研究光伏发电并网系统，并调查了截至2017年前一季度的太阳能光伏发电系统的政策及发展现状，对屋顶光伏发电系统的发电量及电力消耗情况进行实例剖析，评价了因导入光伏发电系统带来的节能、环保和经济性影响。

    随着近10年光伏产业的迅速发展和技术水平提高，光伏发电效率不断提高，组件成本一直下跌，然而与其他发电方式相比，光伏发电的成本依然很高。其中，火力发电的成本大约在0.25元/度，水电的发电成本为0.2～0.3元/度，核电的发电成本为0.3～0.4元/度，风电的发电成本为0.6元/度，但是，光伏发电的成本却依然高达0.9～1.0元/度。因而，至少在目前的技术水平条件下，光伏发电仍然需要依赖政府的补贴支持，还不能完全脱离补贴、不能独立参与电源市场竞争^[3]。

光伏发电特指采用光伏组件，将太阳能直接转换为电能的发电系统。它是一种新型的、具有广阔发展前景的发电和能源综合利用方式，它倡导就近发电，就近并网，就近转换的原则，不仅能够有效提高同等规模光伏电站的发电量，同时还有效解决了电力在升压及长途运输中的损耗问题。

目前，我国光伏发电运营模式主要以光伏电量全额上网的统购统销模式为主，其次是电源投资方与用户不是同一法人的合同能源管理模式，用户自建的自发自用模式应用最少。从投资主体来看，统购统销模式以发电集团和光伏电源生产企业为主；合同能源管理模式主要是国家支持的金太阳工程，以工业园区、高新科技园区、经济开发区、集中应用示范区为主；自发自用模式主要是国家支持的金太阳工程，以楼宇示范项目、校园、生态城和工业用户为主。

从现有研究来看，国内外对光伏发电的关注主要集中在行业动态、补贴政策、投资可行性、光伏发电并网的经济效益以及综合评价体系研究等，尚鲜见对光伏发电运营模式的成本/效益进行分析。从技术方案来看，现有研究只考虑了光伏发电系统本身的成本与效益，并与常规发电系统进行了比较，并未考虑不同运营模式、不同并网方案以及不同补贴政策等对光伏发电并网成本与效益的影响。

本文克服了现有研究只关注光伏发电系统本身经济性的问题，综合考虑分布式光伏发电的运营模式、并网方案、补贴政策以及产权分界点等因素，提出一种采用全寿命周期收益/成本（benefit/cost，B/C）方法评价分布式光伏发电运营模式经济性的方法；建立不同运营模式下光伏发电并网的全寿命周期成本/效益模型；并以实际案例验证了所提方法与模型的有效性。本文的研究成果有助于解决分布式光伏发电在不同运营模式下的并网经济性问题，为光伏发电运营管理模式及相关配套政策的制定奠定了坚实的理论基础。

2 光伏发电系统成本构成

光伏发电系统由组件、支架、逆变器、辅材、施工等组成，其中组件占成的大部分，而支架占成本的一小部分，光伏发电系统成本构成图如图1所示。
 

图1 光伏发电系统成本构成

分布式并网光伏发电系统由光伏件，并网逆变器、控制装置组成。研究系统位于山东省德州市齐河县的住宅屋顶上，此研究对象是用33块电池板串联，每块光伏组件的功率是305W，系统的总功率是10kW，于2016年6月4号成功并网，光伏发电系统组成如图2所示。

图2 光伏发电系统组成

3 我国光伏发电运营模式分析

3.1 运营模式的分类

目前，我国光伏发电项目投资多元化，投资驱动力复杂化，运营模式尚未完全理顺，但归纳起来主要有3种，即统购统销运营模式、合同能源管理模式和用户自发自用模式。此外，还有以上几种模式的混合模式。

3.2 几种典型的运营模式

3.2.1 统购统销模式

统购统销模式，即第三方投资方负责光伏发电的投资、建设和运维，享有光伏发电的经营权，所发电量全部送入公共电网，供电企业负责全额收购光伏所发电量。在这种模式下，光伏发电作为电源，基本上通过110(66) kV、35kV变电站、中压或低压母线上网，然后供给用户，因此光伏电源和用户通常位于不同地点。电源投资方会获得政府的建设补贴或电价补贴：（1）在建设补贴方式下，发电商按照燃煤脱硫机组标杆电价将所发电量全部卖给电网企业；（2）在电价补贴方式下，发电商按照上网标杆电价将所发电量全部卖给电网企业，无需承担接网费和备用费。这是目前国内普遍采用的一种运营模式，特别是那些大型的风电场和光伏电站都是作为电源直接上网的。这种模式降低了分布式光伏对电网运行的影响，同时便于电量计量，有利于实施分时电价等需求侧管理措施。该模式下的光伏发电项目主要是国家支持的金太阳工程光伏发电项目，多为建设在公共区域的公共项目，一部分是地方政府建设的示范工程，相当一部分是电源生产商和发电集团为了完成碳排放任务和品牌效应建设的光伏电站示范项目。

3.2.2 合同能源管理模式

合同能源管理模式，即第三方投资者投资建设光伏电源，所发电量优先满足和光伏电源位于同一地点的用户使用，多余电量上网，不足电量由电网企业按当地销售电价向用户提供。在这种模式下，光伏发电逆变并到低压电网后直接送到用户，投资者按全电量获得政府补贴。光伏多余电量按照当地燃煤脱硫机组标杆电价由供电企业收购，供电企业并按照当地销售目录电价向用户收取下网电量电费。这种模式真正实现了光伏发电的就地消纳，多余电量卖给市电，不足电量由市电供给。该模式下的光伏发电项目投资动机比较复杂，既有以自发自用为主的项目，也有自用较少，主要供给他人使用的项目，还有全部供给他人使用的项目。其中，投资机构、电源生产商和发电集团都有通过售电而赚取超额利润的诉求，对我国光伏发电运营模式提出了突破性的挑战。

3.2.3 自发自用模式

自发自用模式，即用户自己建设光伏电站，所发电量优先自用，多余电量上网，不足电量由电网提供。分布式电源和用户位于同一地点，且为同一法人。在这种模式下，用户所发电量优先自用，多余电量按照当地燃煤脱硫机组标杆电价卖给电网企业，同时按全电量获得政府补贴；电网企业以当地销售目录电价收取下网电量电费。目前，这些由用户自己投资的项目主要靠政府补贴和节省电费收回投资成本。一部分光伏项目投资方是有节能意愿又具备较高支付能力的用户；一部分是偏远地区的使用者，一部分是医院等具有较高可靠性要求的用户，还有相当一部分是装机规模较大的工商业用户。

4 屋顶光伏系统环境效益

光伏系统在建造安装之后运行期中基本没有污染物的排放，能减轻传统能源发电对环境造成的压力。因为光伏系统寿命基本都在20年以上，其环境成本即为光伏设备在制造运输安装阶段所消耗的大量能量带来的环境污染、有害物的排放等。本文以燃煤发电为对比，进行全周期内单位减排效益的计算从而分析屋顶并网光伏系统的环境效益。

案例分析为地处德州市齐河县的某住宅屋顶并网光伏发电系统，其屋顶可用于光伏系统使用面积约为120m²，计划装机容量10kWp，项目所在地位于年太阳总辐射量为533419MJ/m，年日照时数达到3218.80 h，根据《太阳能资源评估方法》（QX/T89－2008），按照太阳能资源丰富程度等级划分，属于资源很丰富带^[4-9]。采用固定式安装方式，光伏电池朝向为正南，安装倾角为35^o为最佳倾角。光伏电池组件为多晶硅组件，尺寸：长×宽×厚=1640mm×992mm×35mm。组件的转换效率为17.3%，使用寿命取20年。

4.1 综合效益分析

经济效益分析PVsyst是一款专业的光伏设计辅助软件，可根据输入的系统各项参数模拟系统发电量。计算得出该系统年发电量11000（kW·h），如图3所示。

图3 10kW光伏发电系统月发电量

4.2 环境效益分析

以国内电厂的平均能耗水平来说每节约1度（kW·h)）电，就相应节约了360克标准煤，此系统每年可发电11000度电，可节约年燃料能耗3.8吨标准煤。

以国内电厂的平均能耗水平来说，

注：每节约１度（kW·h）电，可减少污染排放0.272千克碳粉尘、0.997千克二氧化碳（CO₂）、0.03千克二氧化硫（SO₂）、0.015千克氮氧化物（NOX）。

4.3 经济社会效果评价

我国对分布式光伏发电量进行贴补支持，有两种方式，一种是“自发自用、余电上网”，１度电补贴“0.42元/kW·h”，上网部分按燃煤脱硫标杆电价收购“0.44元/kW·h”。2014年9月5日，国家新能源局规定，分布式光伏发电也可以“全额上网”的并网方式享受光伏电站标杆上网电价。对于“全额上网”，山东省规定“2013～2016年并网发电的光伏电站标杆上网电价为每千瓦时1.2（含税），高于国家标杆电价（１元）部分由省级承担”^[9-10]。对于本文涉及的系统，本项目每年发11000度电左右，若按“全额上网”，6年可收回成本；若按“自发自用，余额上网”，上网电价按脱硫标杆上网电价0.4469元/kW·h，度电补贴0.42元/kW·h，一般8年左右就可收回成本；学校、工厂、商业用电价格高，收回成本时间更短。光伏发电对电网也有明显的改善作用，光伏分布式并网发电情况下，在保证系统中各节点谐波水平在国家标准限值范围内时，可以通过调整并网光伏容量来改善电网电压水平，使系统达到最理想的状态。同时也有电网调峰的作用，夏天用电量特别大，光伏发电量也是最大的季节；并且，白天用电高峰正是发电高峰。所以光伏发电可以对电网调峰起到很好的作用缓解电网压力。

5 结语

（1）我国通过制定各种开发计划，融资制度，政府补贴计划，设置可再生能源市场份额以及并网电价等的制度，大力促进了太阳能光伏发电系统的技术创新，降低了设备初期投资，促进了太阳能光伏发电系统的普及，成为能源产业的不可或缺的重要组成部分。

（2）所分析的屋顶并网光伏发电系统具有良好的能、环保和经济性效果。政府为推进太阳能光伏发电系统的技术创新和应用推广，采取了一系列的补贴政策，对分布式光伏发电的开发推广起到了一定的积极作用。

（3）以实际工程为例，介绍了工程的结构组成，对运行数据进行了统计，介绍了系统成本及后续经济社会效益，光伏能源是未来重要的能源组成部分，要充分利用光伏发电带来的有利影响，才能实现新型电网运行效率和性能优势的最大化。

参考文献

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作者简介

赵本水 （1990-） 男 硕士 齐鲁工业大学电气工程与自动化学院，研究方向为智能电网工程和继电保护