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1、由度电成本到平价上网(完整版) 原创 2016-07-03 王淑娟王淑娟 光伏如何实现平价上网?本文主要如何降低度电成本、度电成本的下降速度角度进行阐述。0 前言我们首先要确定,平价上网中的“价”是多少。不同的电,价是不一样的。图1:电价的分类目前光伏的标杆电价在0.80.98元/kWh之间,上表中,工商业电价:一般在1元/kWh左右,如果在工商业侧并网,则光伏已经实现了平价上网;大工业电价:一般在0.60.9元/kWh之间,如果在大工业侧并网,则光伏已经接近实现了平价上网;居民和农业售电电价:由于享受国家的交叉补贴,价格较低,距离光伏电价还比较远。光伏实现平价上网的终极目标,是能在发电侧跟火
2、电的上网电价PK。目前,火电的脱硫标杆电价在0.250.5元/kWh之间,光伏标杆电价距离其还有很远的距离。光伏要实现“平价上网”,最快的途径就是以分布式的形式在用户侧并网,这是煤电、水电、核电等形式所不具备的特长。因此,扫清分布式光伏发展的障碍,是光伏实现平价上网最有效的途径。一、度电成本的定义如前言中所述,光伏电力的价格与火电相去甚远,只有降低度电成本才能实现“平价上网”的终极目标。那什么是“度电成本”。我查阅了资料,找到两种“度电成本”的定义。定义一:国内财务软件常用的测算公式(公式1)上述公式中,将总投资(初始投资扣除残值后和25年运营成本加和)除以总发电量,非常简单明了、易于理解。因
3、此,在国内的财务评价中被广泛使用。但其缺点是没有考虑资金的时间成本。定义二:国际上的测算公式(公式2)陈荣荣、孙韵琳等人在并网光伏发电项目的LCOE分析中,介绍了国际上的测算度电成本的计算公式。注:公式2中字母的定义与公式1相同。在公式2中,充分考虑了资金的时间价值,用折现率i将不同时间的成本都折成现值;同时,也考虑不同时间的发电量会带来不同的现金流,因此也对发电量进行折现。这种计算方法的缺点是讲解、计算都比较复杂。个人认为,由于所有的资金都有使用成本,公式2更能体现电量真正的成本。由于国内的财务分析均以公式1为基础,为便于理解,本文也以公式1进行计算和分析。然而,必须强调的是:由于未考虑资金
4、的时间价值,度电成本光伏电力成本合理利润下的售电电价因此,度电成本达到0.3元/kWh时,并不意味着可以实现平价上网。虽然度电成本不能等同于光伏电力成本,但其变化的趋势可以反映光伏电力成本的变化趋势。因为,下文通过对度电成本影响因素、程度的分析,来找出实现平价上网的途径。二、度电成本的影响因素1前期条件从公式1中可以看出,计算度电成本主要涉及的因素有6个。其中,固定资产残值VR、第n年的折旧Dn基本是按比例取,第n年的运营成本An变化也相对较少。因此,式中变化最大的是三个量:I0、Pn、Yn。为了探讨上述三个变量对度电成本的影响,建立一个典型电站模型,主要前提条件为:规模:50MWp初始投资:
5、8000元/kW贷款比例:80%利 率:5%峰值小时数:1700h系统效率:80%组件衰减:10年10%、25年20%2峰值小时数范围根据中国气象局发布的2015年中国风能太阳能资源年景公报,我国2015年,全国平均的固定式最佳倾角峰值小时数概况:1)全国平均值为1710.2h。2)东北、华北、西北及西南大部地区超过1400h,首年年利用小时数在1100h以上,其中新疆大部、青藏高原、甘肃西部、内蒙古、四川西部及云南部分地区,超过1800h,首年的年利用小时数在1500h以上,局部超过1800h;3)四川东部、重庆、贵州中东部、湖南中西部及湖北西部地区,小于1000h,年利用小时数不足800h
6、;4)陕西南部、河南、安徽、江苏、四川东部、湖北大部、江西、湖南东部、浙江、福建、台湾、广州、关系中南、贵州西南部的在10001400h之间,年利用小时数在8001100h之间。可见,我国不同地区的峰值小时数跨度大,本文在计算时采用11002300h区间。3各变量对度电成本的影响1)发电量的影响下图为初始全投资为8000元/kW时,不同峰值小时数对度电成本的影响。图2:不同峰值小时数下的度电成本从上图中可以看出,由于我国不同地区的峰值小时数跨度大,度电成本差异也非常大,1100h时为2300h时的2.4倍!经计算,当发电量减少10%,度电成本增加11.2%;减少20%,度电成本增加25.4%;
7、减少30%,度电成本增加49.9%。2)初始投资的影响下图为不同初始投资时,不同峰值小时数的度电成本。图3:不同初始投资对度电成本的影响从上图可以看出:资源越差地区,度电成本对初始投资的变化越敏感。以峰值小时数1700h为例,初始投资下降10%,度电成本下降8%;下降20%,度电成本下降17%;下降30%,度电成本下降25%。3)贷款利率的影响下图为初始全投资为8000元/kW时,不同资源条件下,贷款利率对度电成本的影响。图4:不同贷款利率对度电成本的影响从上图可以看出:1)资源越差地区,度电成本对利率变化越敏感。2)贷款利率增加1个百分点,度电成本将升高3.610%。贷款利率成本从5%10%
8、,格尔木(2300h,资源最好):度电成本增加了20.5%;吴忠(2000h,一类区):度电成本增加了20.5%;辽阳(1700h,二类区):度电成本增加了21.4%;淮北(1400h,三类区):度电成本增加了40.9%;长沙(1100h,资源最差):度电成本增加了52.2%。4)系统效率的影响(影响发电量)随着技术的进步,光伏电站的系统效率一直在增加,如下图所示。表1:不同年代项目的PR值2011年检测德国100个电站,平均PR=84%,技术进步有望达到90%。国内电站PR约在7585%左右,虽然有气象因素的影响,但仍有较大的提升空间。下图为不同系统效率时的度电成本如下图所示。图5:不同系统
9、效率对度电成本的影响从上图可以看出:资源越差地区,度电成本对系统效率变化越敏感。系统效率由90%变到75 %时,峰值小时为1700h,度电成本增加了22%;峰值小时为1100h,度电成本增加了38%!5)组件衰减率的影响(影响发电量)根据组件衰减率的统计数据,计算了平均年衰减0.4%0.8%时(线性衰减),对度电成本的影响。图6:不同组件衰减率对度电成本的影响从上图可以看出,衰减率的变化对度电成本影响较少。组件效率年衰减由0.4%变到0.8%时,峰值小时为1700h,度电成本增加了5.4%;峰值小时为1100h,度电成本增加了8.2%。三、小结不同因素对度电成本的影响如下图所示。通过对比发现:
10、发电量的变化对度电成本影响最大,之后以此为初始投资、贷款利率、系统效率,组件衰减效率影响最小。采用提高发电量的技术,如跟踪技术等,是降低度电成本的最有效措施;获得较低的贷款利率,是降低度电成本最直接的措施;降低初始投资、提高系统效率、降低组件衰减相对比较困难,但是会带来根本性的变化。四、初始投资降低分析1规模效应光伏组件的造价占了初始投资50%以上,直接影响项目的造价。根据Bob Swanson的光伏Swanson定律:光伏电池的成本在产量每上升3倍的时候会下降20%。由于未找到光伏电池的产量、成本数据,本文选用的中国的装机量、销售价格来进行分析。表2:规模效应带来的价格下降分析 虽然由产量到
11、装机量受出口因素影响,又成本到价格受市场因素影响,但从上表可以看出,光伏组件、逆变器的价格下降随装机容量的变化,基本符合Swanson定律。根据国家的相关规划,中国2016年的装机量可达到2025GW,为2015年增加1.31.6倍,估计光伏组件、逆变器的价格会有10%15%的下降。即光伏组件价格在3.23.6元/W之间,逆变器在0.2元/W左右。未来的装机量应该是一个稳中有升的状态,但很难出现倍数增长。因此,未来的光伏电池等成本肯定是稳中有降,但不会大比例下降。2高效组件的应用如上文所述,未来的主要设备成本不会出现大幅的下降,但这并不意味着“初始投资”不会出现大幅下降。除了设备的成本之外,高
12、转换效率是降低成本的另一有效手段。下图为主流多晶硅组件的光伏转换效率变化曲线。图7:历年主流光伏组件的光电转化效率 主流光伏组件转换效率由14.1%(230Wp)提高到16.2%(265Wp),1MW发电单元的并联支路数量由218个变成172个,下降21.1%;即使在相同造价水平家,BOS成本(汇流箱、直流电缆、支架、基础等配套设备)、土地成本下降约16%,系统成本将下降约69%。2016年,很多地方对光伏组件提出达到“领跑者计划”标准:单晶17%、多晶16.5%,预计由此带来的光伏系统成本降低13%。未来,整个行业由于光伏组件效率提升带来的光伏电站成本降低可以期待。3技术的进步光伏系统电压从
13、1000V上升到1500V,预计可以使BOS成本下降约30%,光伏系统成本下降约10%。光伏组件相对于后端电气系统超配20%,可以使系统成本下降10%。总之,随着技术的不断创新,光伏系统成本还有较大的下降空间。4小结综上所述,2016年由于规模效应、高效组件的采用,预计光伏的初始投资可以下降10%以上;技术进步由于还需时间考证,未大规模推广,暂不考虑。根据上一节的分析,初始投资下降10%,度电成本可以下降8%左右。五、发电量提高分析1跟踪式支架的采用目前,光伏支架广泛采用的为固定式。除此之外,还有平单轴跟踪、斜单轴跟踪、双轴跟踪、固定可调式等多种安装形式。从2015年底,跟踪式支架越来越受到投
14、资者的重视。下图为不同地点、资源条件,相对于固定式支架,跟踪式对发电量提高的实测数据。图8:不同经纬度、海拔、资源条件下安装方式对发电量的影响对比根据上图中的实测数据,与最佳倾角的固定式安装相比,水平单轴跟踪的发电量提升了17%30%,倾斜5单轴跟踪的发电量提升了21%35%,双轴跟踪的发电量提升了35%43%。虽然上述发电量的增加对比例子属于个案,但可以说明不同安装方式对于发电量的影响。从上图也可以看出:在低纬度地区,通过对方位角的跟踪,提高早晚的发电量会有较好的效果;而在高纬度地区,通过对高度角的跟踪,提高不同季节的发电量,会有较好的效果。这从固定可调式的数据也可以看出。固定可调式也在从2
15、013年开始有较多的应用。下图为在不同纬度的地点,采用不同倾角时,月发电量的模拟情况。图9:高纬度、低纬度采用不同倾角时发电效果模拟 从上图两个纬度不同的地点,在高纬度地区,如果对支架倾角进行调节,则发电量增加如下表。表3:某地支架采用不同倾角时发电量的变化而如果在低纬度地区,倾角变化对发电量无影响。因此,固定可调在高纬度地区有较好的发电量提升效果,在低纬度地区发电量几乎无变化。2逆变器、组件技术水平的提高组串式逆变器、集散式逆变器,MPPT的跟踪路数,提升输出电压等新概念,近几年被逆变器厂家广泛宣传。华为在他们的宣传册中称,相对于集中式,他们的组串式逆变器强光下可以多发电10%以上!同时,很多场合也都宣传,全年可以多发电4%以上。禾望在他们的集散式逆变器宣传册上,也提出:集散式逆变器相对于集中式逆变器,系统效率提高3%;相对于组串式逆变器,成本下降15%以上。双面组件近期开始进入人们的视线。相同的BOS成本,由于双面发电