光伏电站基地技术和经济可开发量评估方法和模型

编者按：发展新能源已经成为世界各国转变能源发展方式、优化能源结构的重要路径，未来新能源仍将处于快速发展时期。近年来，国网能源院新能源与统计研究所聚焦新能源资源评估、新能源政策、新能源技术经济性等领域，密切跟踪新能源发展情况，尤其重视相关数据持续积累和分析，从理论、发展规划、方法模型等领域开展了系统深入的研究。本专栏将围绕新能源资源评估、发展运行、经济性平价关键问题，从理论研究、模型方法和经验实践等方面展开，结合相关成果和研究思考与读者进行交流分享。(来源：微信公众号“中国电力”ID：ELECTRIC-POWER)

文章导读：准确评估光伏电站基地开发潜力是制定光伏电站基地发展规划和配套电网规划建设的前提，技术和经济可开发量是开发潜力评估的重要内容。本文分析了光伏电站基地开发潜力评估的基本要素，分析了理论、技术和经济可开发量三者的基本概念和内涵，建立了基于GIS和LCOE的光伏电站基地技术和经济可开发量评估的方法和模型，提出了一套评估光伏电站基地开发潜力的总体流程。

光伏电站基地技术和经济可开发量评估方法和模型

执笔人：李娜娜、谢国辉

国网能源院新能源与统计研究所

1. 光伏电站基地可开发量评估方法和模型

光伏电站基地可开发量的基本要素包括理论可开发量→技术可开发量→经济可开发量。理论可开发量根据太阳能辐射量测算一个地区光伏电站基地开发规模的上限;技术可开发量表示在当前技术水平条件下，考虑地理环境要素的影响，可开发利用的光伏电站基地的新能源开发规模;经济可开发量表示在当前技术、经济可承受前提下，具有经济开发价值、具备并网条件的光伏电站基地开发规模。

理论可开发量：在满足GHI条件的区域，光伏电站基地的理论开发量测算可以采用单位面积法，具体估算公式如下：

式中：Etheory为该区域内光伏电站技术开发量;Stheory为该区域内光伏电站理论上可安装面积，粗略计算可用基地总面积乘以可安装面积率，一般可假定为5%左右;W为该区域内单位面积可安装的光伏电站容量，一般可取为25-30瓦/平方米。

技术可开发量：采用以可获取的最新的2017-2018年30m分辨率的Landsat-8 OLI卫星感数据和已有的图件等成果资料为主，以及文献资料查阅、汇总，采用目视解译、扫描矢量化和图件更新等多种方式，基于ArcGIS、ENVI等商业软件和相关自编程序，建立研究区相关国家地理基础要素信息数据集，主要包括地质及其他自然灾害状况、自然保护区与禁止开发区范围、植被覆盖(包括耕地、林地和草地等)、气候、水体信息(河流、湖泊等)、交通状况、城镇范围、矿产资源开发区等数据信息，具体技术方案如下图1所示：

图1 地理要素信息提取技术方案

在理论可开发量的基础上，进一步剔除不可开发和限制区域的面积，具体估算公式如下：

式中：Etechnology为该区域内光伏电站技术开发量;Ttechnology为该区域内光伏电站技术可安装面积;N、F分别为不可开发和限制开发的面积。

式中，Ni为第i种类型不可开发面积，包括水体、湿地、沼泽地、自然保护区、历史遗迹、矿产等。

式中，Ft为第t种限制类型的开发面积，包括农田、草地、林地、灌木丛等。Rt为第t种限制类型的开发面积的可利用面积率，按照文献确定不同土地利用地区风能资源可开发的面积分别为：农田和草地可利用80%;森林可利用20%;灌木丛可利用65%。

经济可开发量：光伏电站理论和技术可开发量评估结果一般较大，但是当年开发成本、用电需求、电价水平等因素的影响，大部分光伏电站基地不具备开发经济价值。因此，需要进一步测算光伏电站基地的经济可开发量，项目采用平准化度电成本(LCOE)刻画不同电站基地的经济性。

在技术可开发Ttechnology区域内，考虑不同地区的运维成本、输电成本等因素，将Ttechnology分为k个子区域Tk，测算各个Tk的LCOE，可与当年当地平均上网电价水平，或与当年当地火电平均上网电价相比，或与外送的平均上网电价相比。如果LCOE小于给定的标准，则该区域的光伏电站具备经济可开发价值。具体测算公式如下：

2. 光伏电站基地可开发量评估流程和系统

光伏电站基地可开发量评估流程：

第一，选定需要评估的区域(可以是省、市或是光伏电站基地)，获取该区域太阳能年辐射量的分布，根据基地遴选标准筛选辐射量大于1400千瓦时/米2的区域，将这些区域作为理论可开发量的区域Stheory，根据公式(1)测算理论可开发量Etheory。

第二，利用GIS系统识别区域S内不可开发地区和限制开发地区，剔除这些面积后形成技术可开发的区域Ttechnology，根据公式(2)测算技术可开发量Etechnology。

第三，在技术可开发的区域Ttechnology，选定某个基准水平年n，分别测算当年每个Tk区域的LCOE，然后根据公式(6)、(7)测算经济可开发量Eeconomic。

评估系统介绍：

开发了大型光伏电站基地资源评估系统，可以选择任意国家或框选具体地区，根据太阳能资源数据、地理环境参数、经济性参数等，测算该地区光伏电站基地的理论开发量、技术可开发量和经济可开发量。

图2 基于GIS系统的光伏电站基地资源评估系统

文章作者：李娜娜、谢国辉