光伏微电网技术经济性分析

张震

摘 要：光伏微电网是实现分布式光伏消纳利用的有效方式，具有广阔的发展前景。本文建立了光伏微电网的技术经济性计算模型，针对光伏微电网应用于商业用户的情景，进行了技术经济性分析，得出该系统内部收益率为5%，投资回收期为14.9年，同时进行了盈亏平衡分析。本文的研究可以为光伏微电网的研究和工程应用提供理论参考和工程指导。

关键词：光伏微电网；技术经济性；盈亏平衡分析

中图分类号：TM615 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）01-0157-03

Abstract：Photovoltaic-based microgrid is an effective way to consume distributed photovoltaic generation， and has broad prospects for development. This paper establishes a technical economic calculation model of photovoltaic-based microgrid， and carries out techno-economic analysis and breakeven analysis in one microgrid scenarios for commercial users. The result shows that its internal rate of return is 5%， and the payback period is 14.9 years. This paper can provide a theoretical reference and guidance for engineering research and engineering applications of photovoltaic-based microgrid.

Key words： Photovoltaic-based microgrid； techno-economic analysis；break even analysis

當前，光伏产业迅速发展。在光伏微电网发展初期，大多关注与微电网规划[1-2]、配置[3]、控制与运行[4-5]相关的关键技术研究和设备研发，目前针对光伏微电网的经济性研究较少。国外的研究主要集中在从微源控制、微电网的投资、建设及运营过程，以及参与者的多元化等方面剖析微电网效益；国内的研究主要集中在对微电网的商业运营模式方面、综合效益评估方面。目前，国内相关的研究均未对技术经济性评价指标进行深入计算与分析，更缺少针对光伏微电网技术经济性的研究。

因此，本文建立了针对光伏微电网的技术经济性模型，开展光伏微电网的技术经济性分析，通过具体的技术经济可行性计算，量化光伏微电网的经济贡献与项目实施的风险，为光伏微电网的产业化提供工程经济层面的指导。

1 光伏微电网技术经济性计算模型

1.1 财务分析模型

根据光伏微电网综合效益评价的特殊性，建立综合财务分析模型，结合一般项目财务分析理论和方法，把外部因素内部化。光伏微电网的主要财务分析模型[6-8]如式（1）～式（6）所示。

1.1.1 静态评价指标

（1）光伏微电网项目投资收益率。

式中：表示投资收益率，为业务总收入，为项目运营总周期。基准收益率为的条件下，若，则项目可以考虑接受；若，则项目应予以拒绝。

（2）光伏微电网项目静态投资回收期。

式中：表示静态投资回收期（年），表示现金流入，表示现金流出，表示年限。

设基准投资回收期为，若，则项目可以考虑接受；若，则项目应予以拒绝。

1.1.2 动态评价指标

（1）内部收益率。

式中：为内部收益率。指标放映出投资方案所做出的贡献，反映出项目资金占用的效率。当收益既定时，收到的时间越早，IRR越大。

（2）光伏微电网项目动态投资回收期。

式中：为动态投资回收期（年）。

根据全部投资现金流量表中累计净现金流量现值计算求得。

（5）

设基准投资回收期为，若，则项目可以考虑接受；若，则项目应予以拒绝。

（3）光伏微电网项目净现值。

式中：表示净现值，表示基准折现率，一般取为8%。若，方案予以接受；若，临界状态；若，方案应予以拒绝。

1.2 光伏微电网系统不确定性分析模型

1.2.1 系统设备投资年成本

光伏微电网设备投资年成本主要包括光伏系统年成本，储能系统年成本、储能双向变流器模块年成本。

式中：为光伏系统容量；为储能双向变流器总功率；，，分别为光伏组件单价、储能电池单价和储能变流器单价；为系统运行年限；为贴现率4%。

1.2.2 系统年收益

光伏微电网年收益为：

式中：、、分别为电网售电电价、光伏上网和光伏补贴电价，元/kWh；、、、分别为负荷功率、光伏上网功率、微电网向电网购入电能功率及光伏出力。

1.2.3 盈亏平衡分析

假设在盈亏平衡点处，.本文选取的4类指标的盈亏平衡点计算方法如式（9）～式（13）所示。盈亏平衡发电产量：

式中：为盈亏平衡点生产的最小规模。

盈亏平衡销售收入：

式中：R*为盈亏平衡点销售收入的最低要求。

盈亏平衡生产能力利用率：

式中：为盈亏平衡点生产能力利用率的最低比例。生产能力利用率越小，表示项目的可靠性越大，即抗风险能力越强。

盈亏平衡发电销售价格：

式中：为盈亏平衡点销售价格的最低值。

1.3 敏感性分析模型

敏感度系数指项目评价指标变化的百分率与不确定因素变化的百分率之比。敏感度系数越高，表示项目效益对该不确定因素的敏感程度越高。

（14）

式中：为评价指标A对不确定因素F的敏感度系数；ΔF/F为不确定因素F的变化幅度；ΔA/A为不确定因素F发生ΔF变化时，评价指标A的相对变化率。

2 光伏微电网系统概述

选取某光伏微电网为算例，接入光伏系统的发电容量共157kW，接入储能系统31.7kWh，逆变器44kW，微电网各组件参数如文献[9]所示。典型日光伏出力与居民负荷如图1示。

模型中取居民生活用电峰谷电价，高峰时段为14：00-17：00及19：00-22：00，电价为0.96元/kWh，低谷时段为00：00-08：00，电价为0.29元/kWh，其他时段为平时段，电价为0.58元/kWh，光伏上网电价为0.38元/kWh，光伏补贴为0.42元/kWh。峰谷分时电价下光伏微电网的运行策略如文献[9]所示。

3 系统经济性

3.1 初始条件设定

表1为光伏微电网系统总投资明细。安装工程费按设备投资的8%计算；工程建设其它费用包括土地费用、项目前期费、建设单位管理费、设计费等，共计14.33万元；预备费包括基本预备费和涨价预备费，其中基本预备费的费率为5%，不计涨价预备费；递延资产费用包括生产人员准备费和办公及生活家具购置费；流动资金按上述建设投资总额的8%计算[10]。运行设备寿命取15年，建设期1年，项目计算期为16年。

3.2 经济性计算结果分析

利用上述财务分析模型，本文对某光伏微电网系统进行了财务分析，如表2。

通过财务评价可知，建设该光伏微电网的项目总投资为251.31万元，其中建设投资为202.71万元，占总投资的比例为80.66%。该光伏微电网在计算期内的年均收入为23.47万元，年均总成本费用为16.75万元，年均利润总额为6.72万元，年均所得税为1.68万元，年均税后利润为5.04万元。本项目的税后投资利税率为2.67%，税后投资收益率为2.01%，税后内部收益率为3%，小于基准收益率8%，投入资金内部偿付能力不足；税后净现值为13.31万元，说明本项目的资金利用情况一般。这是由于现阶段由于储能用锂电池和变流器组件的成本较高，然而，通过配置储能带来的系统供电可靠性收益和环境效益意义重大。近年来锂电池成本和储能变流器组件价格一直呈现着下降趋势。

3.3 盈亏平衡分析

盈亏平衡分析通过计算项目达产年主要经济指标的盈亏平衡点，分析项目成本与收入的平衡关系。本文通过产量、销售收入、生产能力利用率和销售价格4个指标的盈亏平衡点作为盈亏平衡分析的主要指标。

该光伏微电网年总发电量Q为171915kWh，年均收入R为26.15万元，则光伏度电价格P为1.52元/kWh，年固定成本F为13.51万元，年可变成本3.24万元，年单位发电可变成本V为0.188元/kWh。表3为光伏微电网的盈亏平衡分析指标。

由表3可知，采用单因素盈亏平衡分析的方法，即在其它计算参数不变的条件下，光伏微电网的发电产量若低于101.43MW·h/年，或销售收入低于154.17万元/年，或生产能力利用率低于58.99%，或发电的销售价格低于0.95元/（kW·h）时，则项目无法获得收益；上述盈亏平衡指标等于平衡点数值时，项目收入与成本持平；当上述盈亏平衡指标高于平衡点数值时，项目可获得收益。

4 结语

本文建立了光伏微电网系统的技术经济性模型，对某光伏微电网系统进行了技术经济性分析，所得的结果较为合理。所研究的光伏微电网系统税后投资收益率、税后内部收益率、税后动态投资回收期和税后净现值分别为2.81%、5%、14.9年和13.31万元。利用盈亏分析的数学模型，进行了光伏微電网系统的盈亏平衡分析，找到了盈亏平衡点。本文的研究可以为光伏微电网的研究和工程应用提供理论参考和工程指导。

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