王 建，廖興萬，李 苗，李 斌，段曦瞳

(國家石油天然氣管網集團有限公司華南分公司，廣州 510630)

0 引言

2020年是能源領域向低碳轉型的關鍵年，占全球碳排放總量一半以上的經濟體都宣布了到本世紀中葉實現(xiàn)碳中和的目標[1]。中國也根據(jù)自身情況，及時提出了自己的碳達峰、碳中和目標，并作出相關部署。2020年9月22日，習進平主席在75 屆聯(lián)合國大會一般性辯論上向全世界宣布了中國的碳中和承諾[2-3]。2020年10月召開的黨的十九屆五中全會給出了2035年能源遠景目標，即“要廣泛形成綠色生產生活方式，碳排放達峰后穩(wěn)中有降”[4]。2020年11月22日，習近平主席在二十國集團領導人利雅得峰會“守護地球”主題邊會上致辭時表示中國對于之前的碳排放承諾言出必行，將堅定不移加以落實[3]。在2020年12月12日的氣候雄心峰會上，中國提出到2030年非化石能源占一次能源消費比重提高到25%，這意味著未來十年間，中國非化石能源的消費每年要提高1個百分點[3-5]?；?025年非化石能源占比達到20%的目標，倒推出“十四五”期間光伏發(fā)電年均新增裝機容量有望超82 GW，年化復合增速有望超20%[5]。

為了響應節(jié)能減排號召，某成品油管道公司(下文簡稱為“公司”)在所轄地區(qū)的輸油站進行了綠色站場建設改造，建設了分布式光伏發(fā)電項目。自2018年4月至2021年9月，已在約68%的輸油站場完成了裝機容量為20～250 kW 的分布式光伏發(fā)電項目的建設，總裝機容量約2.7 MW，每年電費收益超過200 萬元。本文對該公司位于4個省份的分布式光伏發(fā)電項目在2018～2021年的運行數(shù)據(jù)進行了統(tǒng)計分析，并以日有效利用小時數(shù)和日電費收益作為評價這些分布式光伏發(fā)電項目的指標，得到各省分布式光伏發(fā)電項目的發(fā)電量及收益情況，以期為有類似情況的企業(yè)未來統(tǒng)籌推進分布式光伏發(fā)電項目提供參考。

1 分布式光伏發(fā)電項目的評價指標

1.1 平準化度電成本(LCOE)

光伏行業(yè)內通常采用LCOE 來衡量光伏發(fā)電項目整個生命周期內的單位發(fā)電量成本[6]。有學者優(yōu)化和細化了之前平準化度電成本CL,E的公式，得到了較為準確的表達方式[7]如式(1)所示：

式中：Ccr為光伏發(fā)電項目裝機成本；rd為系統(tǒng)殘值率；i為折現(xiàn)率；N為光伏發(fā)電系統(tǒng)運行期限，一般為25年；Cop為運營成本，主要包括維護和管理費用、保險費用、輸電成本和配電費用；Cfn為財務費用，是指由于貸款而產生的利息支出；Ctax為稅費，主要包括增值稅、附加稅和所得稅；Icdm為清潔發(fā)展機制收入，如補貼等；Egn為第n年的光伏發(fā)電量。

1.2 日有效利用小時數(shù)和日電費收益

由式(1)計算得到的LCOE 是理論值，在項目建設前期有較好的指導意義，但在光伏發(fā)電項目運行期間或在不同項目地，會因電價差異而使收益有所差別，因此將該指標用于現(xiàn)場光伏發(fā)電系統(tǒng)經濟性的評價則存在不足。

LCOE 的計算相對復雜，不利于現(xiàn)場使用，且光伏發(fā)電項目運行期間，LCOE 計算時采用的光伏發(fā)電項目裝機成本、運營成本、財務費用、稅收、清潔發(fā)展機制收入、第n年的光伏發(fā)電量折算到單位光伏發(fā)電裝機容量下的歸一化值與初始計算時，其中的部分或全部參數(shù)都可能發(fā)生變化。公司不同輸油站所建設的分布式光伏發(fā)電項目，或同一個輸油站不同時期建設的分布式光伏發(fā)電項目，均無法通過LCOE 進行當前某段時間的經濟性核算，而是需要進行現(xiàn)場比選。

針對上述問題，本文以日有效利用小時數(shù)、日電費收益2個參數(shù)作為公司分布式光伏發(fā)電項目的評價指標。

日有效利用小時數(shù)K1是指每千瓦光伏發(fā)電系統(tǒng)每天的有效發(fā)電時長，理論計算式如式(2)所示：

式中：T為項目所在地的年峰值日照時數(shù)：η為光伏發(fā)電系統(tǒng)的效率，一般取0.8。

實際運行時，由于各種原因，光伏發(fā)電系統(tǒng)每年的運行時間一般不足365 天，公司利用實際統(tǒng)計的光伏發(fā)電量和發(fā)電天數(shù)計算日有效利用小時數(shù)，計算式如式(3)所示：

式中：Q為總光伏發(fā)電量；P為光伏發(fā)電系統(tǒng)的裝機容量；D為光伏發(fā)電系統(tǒng)的實際運行天數(shù)，與Q的統(tǒng)計時長一致。

光伏發(fā)電可以用于抵償公司的電費支出，由此提出日電費收益K2，是指每千瓦光伏發(fā)電系統(tǒng)每天的電費收益，理論計算式如式(4)所示：

式中：α為光伏發(fā)電自用率；A為自用電價，即項目所在地的用電電價；1-α為光伏發(fā)電的上網率；B為上網電價。

對于實際運行的分布式光伏發(fā)電項目，每千瓦光伏發(fā)電系統(tǒng)每天的電費收益的計算式如式(5)所示：

日有效利用小時數(shù)是項目所在地峰值日照時長的另一種表示形式，可用于衡量單位光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電能力。日電費收益考慮了項目所在地的電價，未考慮初始投資成本差異，既可用于比較同一光伏發(fā)電項目不同時間段的經濟效益，又可比較光伏發(fā)電項目在同一時間段的經濟效益。

相較于LCOE，日有效利用小時數(shù)和日電費收益這2個指標的計算方式更簡單，結果更直觀，更適合在分布式光伏發(fā)電項目現(xiàn)場使用。

2 分布式光伏發(fā)電項目的運行數(shù)據(jù)統(tǒng)計

公司所轄已建設分布式光伏發(fā)電項目的輸油站分布在廣東省、廣西壯族自治區(qū)、貴州省、云南省這4個地區(qū)。自2018年4月到2021年9月，建設了分布式光伏發(fā)電項目的站場數(shù)量及光伏發(fā)電項目的總裝機容量逐年增加；且在2018—2020年，光伏發(fā)電量也逐年增加。2018—2021年分布式光伏發(fā)電項目的運行數(shù)據(jù)統(tǒng)計結果如表1所示。

表1 2018—2021年分布式光伏發(fā)電項目的運行數(shù)據(jù)統(tǒng)計結果Table 1 Statistical results of operation data of distributed PV power generation projects from 2018 to 2021

3 基于不同指標的分布式光伏發(fā)電項目發(fā)電能力和經濟性分析

3.1 日有效利用小時數(shù)

根據(jù)位于4個地區(qū)的分布式光伏發(fā)電項目的年實際發(fā)電天數(shù)，計算得到了各地區(qū)的日有效利用小時數(shù)，具體如圖1所示。

圖1 2018—2021年4個地區(qū)分布式光伏發(fā)電項目的日有效利用小時數(shù)Fig.1 Daily effective utilization hours of distributed PV power generation projects in four regions from 2018 to 2021

結合圖1和表1可以發(fā)現(xiàn)，在未新建光伏輸油站場的情況下，各年的日有效利用小時數(shù)也存在差異。比如圖1中廣東省2020年和2021年的數(shù)據(jù)。分析原因可能是：1)統(tǒng)計時間較短，系統(tǒng)誤差(由系統(tǒng)性能差異或天氣狀況差異等造成)帶來統(tǒng)計誤差；2)各年的峰值日照時長之間存在差異；3)隨著同一地區(qū)建設的分布式光伏發(fā)電項目的輸油站場數(shù)量的增加，會對統(tǒng)計得到的該省的年日有效利用小時數(shù)帶來影響。4個地區(qū)分布式光伏發(fā)電項目4年的日有效利用小時數(shù)平均值如表2所示。

表2 4個地區(qū)分布式光伏發(fā)電項目4年的日有效利用小時數(shù)平均值Table 2 Four-year average daily effective utilization hours of distributed PV power generation projects in four regions

通過參考中國各省市的經緯度、日均峰值日照時數(shù)、1 MW 光伏發(fā)電系統(tǒng)25年年均發(fā)電量等信息[8]，統(tǒng)計了廣東省44個、廣西壯族自治區(qū)39個、貴州省15個、云南省28個，共126個市(區(qū)、縣)的峰值日照時數(shù)(水平面)，計算了得到了4個地區(qū)4年的平均日有效利用小時數(shù)，如表3所示。

表3 4個地區(qū)4年的平均日有效利用小時數(shù)Table 3 Four-year average daily effective utilization hours in four regions

通過對比表2、表3可以發(fā)現(xiàn)：2 種方式計算得到的各地區(qū)日有效利用小時數(shù)平均值相差不大；云南省的日有效利用小時數(shù)平均值最大，是實現(xiàn)碳中和目標的重點發(fā)展地域；貴州省的日有效利用小時數(shù)平均值最小；廣東省和廣西壯族自治區(qū)的日有效利用小時數(shù)平均值相近。由此可認為，公司統(tǒng)計的4個地區(qū)的分布式光伏發(fā)電項目的運行數(shù)據(jù)具有代表性。

3.2 日電費收益

根據(jù)2018—2021年4個地區(qū)的分布式光伏發(fā)電項目的年發(fā)電量和上網電量，可得到各地區(qū)的光伏自用電量，進而能計算得到各地區(qū)的光伏發(fā)電自用率，結果如圖2所示。

圖2 2018—2021年4個地區(qū)的光伏發(fā)電自用率Fig.2 Self-use rate of PV power generation in four regions from 2018 to 2021

從圖2可以看出：4個地區(qū)建設的分布式光伏發(fā)電項目的發(fā)電量以自用為主，2018—2021年，廣東省的光伏發(fā)電自用率較高，維持在約95%；廣西壯族自治區(qū)、貴州省、云南省的光伏發(fā)電自用率開始時較低，2018年，廣西壯族自治區(qū)的光伏發(fā)電自用率為74.3%，貴州省的為71.7%，云南省的為55.3%，但隨著公司發(fā)展，光伏發(fā)電自用率逐年上升，根據(jù)2021年1—9月的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，廣西壯族自治區(qū)的光伏發(fā)電自用率達到了98.1%，貴州省的達到了95.0%，云南省的為85.3%。

獲取4個地區(qū)的項目所在地的用電電價和上網電價后，計算得到了各地區(qū)分布式光伏發(fā)電項目的日電費收益，結果如圖3所示。

圖3 4個地區(qū)分布式光伏發(fā)電項目的日電費收益Fig.3 Daily electricity charge income of distributed PV power generation projects in four regions

從圖3可看出：4個地區(qū)的分布式光伏發(fā)電項目中，廣東省的日電費收益最高，在2.08～2.30元/kWh 之間；廣西壯族自治區(qū)的日電費收益在1.85～2.00 元/kWh 之間；貴州省和云南省的日電費收益較低，在1.41～1.81 元/kWh 之間。

從經濟性角度分析，在光伏發(fā)電自用率大于85%的情況下，建設于廣東省的分布式光伏發(fā)電項目的收益最好。在未來電價政策驅動下，各地的日電費收益必將得到進一步提升，廣東省的分布式光伏發(fā)電項目的經濟性優(yōu)勢將有力推動此類項目在該地區(qū)的發(fā)展。

4 結論

本文對某成品油管道公司所轄輸油站場的分布式光伏發(fā)電項目在2018—2021年的運行數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，并以日有效利用小時數(shù)和日電費收益這2個指標對此類光伏電站的發(fā)電能力和經濟性進行分析，得到以下結論：

1)云南省的日有效利用小時數(shù)平均值最大，是實現(xiàn)碳中和目標的重點發(fā)展地域；貴州省的日有效利用小時數(shù)平均值最?。粡V東省和廣西壯族自治區(qū)的日有效利用小時數(shù)平均值相近。

2)日電費收益，未考慮補貼收入和成本變化，可使不同建設時期的分布式光伏發(fā)電項目用統(tǒng)一標準衡量，考慮了所屬輸油站場光伏發(fā)電自用率和當?shù)赜秒婋妰r和上網電價，更準確反映了分布式光伏發(fā)電項目的經濟性。廣東省的日電費收益最高，在2.08～2.30 元/kWh 之間；廣西壯族自治區(qū)的日電費收益在1.85～2.00 元/kWh 之間；貴州省和云南省的日電費收益較低，在1.41～1.81元/kWh 之間。說明廣東省的分布式光伏發(fā)電項目最具有經濟性優(yōu)勢。