浅谈计算分布式光伏项目中业主企业自用电比例的方法

引言

分布式光伏发电系统多建于建筑物屋顶，电力消纳方式主要分为全额上网、自发自用余电上网。选择后者时，发电企业常常需要考虑在最大程度利用屋顶面积的同时，业主企业是否能全部或大部分消纳掉系统所发电量。由于余电上网的电价通常远低于自发自用电价，当余电上网比例高时，项目经济性将大打折扣。时下由国家发改委、能源局着力推进的分布式发电市场化交易体系是对这一问题的有效解决措施，然而在此体系充分建立健全之前，本文将粗浅探讨计算项目中业主企业自用电比例的方法。

一、企业用电量与项目发电量的比较

众所周知，不同行业耗电量不同，同一行业采用不同的生产方式也可导致耗电量的不同;进一步说，一个企业的用电负荷或随市场需求、季节等因素呈现阶段性变化，也可能在一天之内根据峰谷电价时段、生产需要、排班方式等因素发生变化。与此同时，光伏发电系统的发电功率在一天之内、不同季节也呈现不同规律。例如，一个企业冬季耗电量大，夏季耗电量小，而光伏系统是冬季发电量小，初夏发电量大，这样则会导致余电上网比例较大。因此，计算项目自发自用电量的比例时，需要将每个时间区间内企业的用电情况与光伏项目预计发电情况相比较。企业通常将月电费结算单提供给项目投资方以证明其用电情况，以某企业和15MW装机容量的光伏发电项目为例，首先获得企业某一年的各月分时段用电量，见表1。

注：峰谷平时间段划分：尖段18:00-20:00，峰段8:00-12:00，平段12:00-18:00 22:00-24:00，谷段0:00-8:00。

太阳能发电时间段选取8:00-18:00，则与之对应的企业用电时段为峰段和平段的12:00-18:00。其次，将项目各月预计发电量根据装机规模、历史峰值日照时数(参考NASA数据)计算出来，并与企业峰平时段用电量进行比对，见表2。

注：假设各时段内企业用电负荷恒定，为了使用电时段与发电时段匹配，平段用电量取原始数据的6/8。

从表2可以看出，企业各月峰平合计用电量高于项目各月预计发电量。由此能得出项目所发电量能够被企业全部消纳的结论吗?并不能。因为在正常天气情况下，系统的发电功率是呈“几”字形变化的(如图1所示，1月份某日曲线)。假设企业在某时段内的用电负荷相对稳定不变，以4月份为例(数据见表3)，系统实际发电功率峰值可达到11.7MW，在首尾时段低于企业用电负荷11.12MW/10.28MW，这时所发电量可被全部消纳，而在中间时段高于企业用电负荷，这时所发电量只能被部分消纳，消纳不了的电量则自动并入电网。

二、企业用电负荷与项目理论峰值发电功率的比较

项目发电量是用峰值日照时数计算得出，对应的系统发电功率也是最高值。那么可以用企业在相应时段内的平均用电负荷与系统理论峰值发电功率相比而得出自用电比例吗?并不一定。峰值日照时数是由全天太阳能辐照总量除以太阳能电池板标准测试条件1000W/m2所得出的数值，而一天之内的太阳能辐照度并不是在有日照的整个时间区间都能达到1000W/m2,可能仅有一个小时，可能没有，也可能数个小时，系统发电功率是随太阳能辐照度变化的，如图2所示。

这就是上节所说的，在正常天气情况下，系统实际发电功率呈“几”字形变化，理论峰值功率对应的时间与实际发、用电时间相差数个小时，如此得出的结果可能与实际相去甚远。如表3所示，1月份企业峰段、平段平均用电负荷10.13MW、8.70MW均低于系统理论峰值发电功率11.70MW，但实际系统发电功率曲线如图1所示(1月份某一天的数据)。其一天之内的最大功率只有5.65MW，若企业用电负荷恒定，则全部发电量均可被消纳。这时用企业平均用电负荷与系统理论峰值发电功率比较无法得出贴近实际的自用电比例。同样的原因, 用企业平均用电负荷与系统平均发电功率比较也无法得出贴近实际的自用电比例。

三、计算企业自用电比例的方法

首先，通过电费结算单、咨询业主企业等渠道确定其在光伏发电系统发电时段的用电负荷曲线。如果生产稳定，企业在一段时期内(如同一季节)的每日用电负荷应是基本恒定或无太大波动的。平均用电负荷明显高于理论峰值发电功率时，发电量基本能被全部消纳，但考虑到设备故障、检修等特殊情况，应预留5%-10%的余电上网电量进行项目经济性等的测算分析。本文主要讨论用电负荷低于理论峰值发电功率时的处理方法。

其次，预测光伏系统发电功率变化曲线。由于影响系统发电功率的因素除了太阳能辐照度，还有温度、组件表面清洁度等因素，例如夏季虽然太阳辐照度很强，但并不是发电功率最高的时候，因为高温会使系统效率下降，因此不能单纯依据太阳能辐照度数据预测功率变化曲线。最好采用标杆光伏电站的历史运行数据，所谓标杆是指系统综合效率达到80%、组件表面清洁度较高、设备故障及检修频次在正常范围内。将标杆电站最近几年相同日期、相同时点采集的发电功率求平均值(如表4所示)，得到一组新的全年每日发电功率数据。

通过excel、matlab等拟合出平均值中这些离散数值的函数，得到图3所示多项式：

f(x) = 0.1604x6 - 12.078x5 + 381.9x4 - 6488.5x3 + 62000x2 - 311613x + 636664(为了显示方便，各系数值保留四位小数)

假设业主企业这天的用电负荷为4500kW，即图3中的直线。则该企业当天的用电量S可用X轴与函数曲线围成的面积S1减直线与函数曲线围成的面积S2所表示，即S= S1- S2用定积分分别求出S1、 S2，即

最后，将剩余364天的企业用电量用同样的方法算出，用365天的用电量之和与发电量之和的比值算出自发自用比例。由于数据众多、计算复杂，以上计算步骤可通过编程软件进行简单编程，进而实现集中、快速的数据处理。

四、结语

当企业用电量看似很高时，发电量不一定能被完全消纳，当企业用电负荷比系统装机规模小时，发电量也有可能被完全消纳。本文提出的企业用电比例计算方法比单纯靠企业用电量与系统发电量、用电负荷与理论峰值发电功率、平均发电功率的比较结果更贴近实际，但尚存在以下缺点：在缺乏数据处理软件时计算过程较繁琐、历史数据不易获取、预测数据的精度或准确度还不够高等，将在今后的探讨中继续改进。此外，在进行用电负荷分析时，还要兼顾业主企业未来产能增大、减小而导致的负荷变化。

在实际项目中，最保险的方法是选择用电负荷稳定且明显高于发电系统理论峰值功率的企业作为用电方，但分布式光伏行业的稀缺资源是优质屋顶，在企业有足够大优质屋顶的情况下，对于光伏项目投资者来说，装机规模越大越有利于管理和规模扩张。因此，在计算结果显示自用电比例过低，不满足经济性要求时，分布式发电市场化交易体系的成熟将为光伏项目投资者提供新的售电渠道。