并网光伏发电项目的LCOE分析

并网光伏发电项目的LCOE分析

陈荣荣1,2，孙韵琳1,2,3，陈思铭1,3，沈  辉1,2,3

（1.光伏科学与技术国家重点实验室，江苏 常州  213031；2.中山大学 太阳能系统研究所，广东 广州 510006；3.顺德中山大学 太阳能研究院，广东 顺德  528300）

摘  要：围绕并网光伏发电系统的平准化电力水平（LCOE）进行了分析讨论。针对LCOE的评估依据和测算方法，提出一种适用于我国光伏发电项目的LCOE评估模型。利用该模型对影响LCOE的几个典型因素进行了敏感性分析；测算了我国光伏发电项目的LCOE水平；预测了光伏发电项目的LCOE发展。

中国分类号：TK51；TM615   文献标识码：A   文章编号：1671-5292（2015）00-0000-00

LCOE analysis of grid-connected photovoltaic power generation project

Chen Rongrong1 2，Sun Yunlin 1，2，3，Chen Siming 2，Shen Hui 1，2，3

(1.State Key Laboratory of PV Science and Technology，Changzhou 213031，China；2.Sun Yat-Sen University Insititute for Solar Enegy Systems, Guangzhou 510006，China；3. Shunde SYSU Institute for Solar Energy，ShunDe 528300，China)

Abstract：This paper aims to discuss the LCOE of grid-connected PV systems. And the put forward and evaluation methods are discussed at first. Then a template is provided for the photovoltaic power generation projects in China. The typical parameters sensitivity analysis is also included in this calculation model. Then the LCOE of PV projects in China is calculated using this model. And finally make a prediction on the development of photovoltaic power generation project.

Keywords：grid-connected PV system；LCOE；levelized cost of energy / levelized cost of electricity；discount rate

引言平准化电力成本/度电成本（levelized cost of energy / levelized cost of electricity，LCOE），是用于分析各种发电技术成本问题的主要指标。光伏项目LCOE测算数据能够使人清晰地看到光伏项目单位发电量的成本水平，因此具有非常重要的实际意义。目前我国关于并网光伏发电系统的LCOE研究较少，对LCOE的认识还不够全面。

美国国家可再生能源实验室（NREL）把LCOE定义为平准化电力成本（levelized cost of energy）；Fraunhofer-ISE把LCOE定义为度电成本（levelized cost of electricity）[1]~[8]。综合来看，针对光伏发电项目而言，LCOE是指光伏发电项目单位发电量的综合成本，亦即光伏发电项目在运营期内发生的所有成本与全部发电量的比值[9]。

LCOE=∑Nn=1[Cn/(1+d)] /∑Nn=1 [Qn/(1+d)n]     （1）

式中：LCOE为平准化电力成本； Qn为系统在第n年发电量或节省的能源；Cn 为第n年的运营成本，包括投资成本、财务支出、运营维护成本和维修费用等；d为折现率；N为系统运营年限。

通过公式（1）计算得出的是对TLCC进行贴现后得到的数据，因此，通过该公式计算得出的是动态的平准化电力成本。

根据Fraunhofer-ISE对LCOE的有关说明，LCOE（度电成本）计算公式如式（2）所示[10]：

（2）其中: LCOE为度电成本；I0 为在欧洲的初始投资；At 为第t年的运营总支出；Mt,el为当年的发电量；i 为投资收益率；n 为进行财务分析当年的；t 为系统寿命(1，2，3，…，n)。

由式（2）可以看出，Fraunhofer-ISE提出的LCOE计算方法考虑到了贴现问题，得到的也是动态数据。1  我国并网光伏发电项目LCOE评估模型根据NREL和Fraunhofer-ISE的LCOE评估方法，总结出我国并网光伏发电项目的LCOE评估模型：    

（3）式中：i为折现率；n为系统运行年限（n=1，2，…，N）；N为光伏系统运行期，一般取25年；为初始投资；为系统残值；为第n年的运营成本；为其他费用。

本文使用该模型对在广州地区建设的并网光伏发电项目进行LCOE评估，并进行典型因素的敏感性分析。

2  、案例分析

本文以广州地区建设的装机容量为10 MWp的并网光伏发电项目为例，进行光伏项目LCOE评估。本项目基本信息如表1所示[11]。

表1  项目基本信息Table 1 Basic information of this project

PR值（性能比）是国际上评价并网光伏电站性能质量的一个非常重要的指标，为系统实际交流发电量与理论直流发电量之比。考虑了光伏阵列效率、逆变器效率以及交流配电设备效率等因素，在一定程度上表现了光伏电站的综合性能和质量。PR值的计算公式 [12]：         

PR=EAC,real/EDC,theoretic     （4）   

式中： EAC,real为测试时间内系统的实际交流发电量，kWh；EDC,theoretic为测试时间内理论直流发电量             

 EDC,theoretic=Hi PSTC/ISTC   （5）

其中：Hi为测试时间内入射到光伏阵列表面的太阳辐照量，kWh/m2；PSTC为系统的标称最大功率，W；ISTC为标准测试状态下的太阳辐照度，1 000 W/m2。

把以上初始条件带入公式（3）测算本项目LCOE水平，LCOE= 0.8476元/kWh。

通过测算得出，以目前的行业水平，在广州地区建设一个装机容量为10 MW的光伏发电项目，它的LCOE水平在0.85元/kWh左右，与广州市脱硫煤上网电价0.502元/kWh相比，约高出0.35元/kWh。

3  、影响LCOE的典型因素及敏感性分析光伏发电技术日臻成熟，为尽快实现光伏发电平价上网，降低光伏发电项目的LCOE是亟待解决的问题。对光伏发电项目而言，影响LCOE的典型因素包括项目单位造价、项目所在地的太阳辐射量、系统效率、系统衰减率、运营维护费用、逆变器等关键设备使用年限等。须要理清系统成本、发电量和电站生命周期中的其他因素间的联系，通过优化光伏系统设计施工质量以及完善运维管理体系等措施，尽可能降低项目的LCOE水平。

下面将分析系统单位造价、系统PR值、光伏组件衰减率以及太阳辐射量这4个典型因素，对项目LCOE水平的影响。

本文选取广州、上海、深圳、北京、兰州和西宁等6个典型地点进行光伏项目LCOE比较与分析。6个地点的地理位置及年太阳辐射量数据见表2，其中太阳辐射量数据来自NASA。为清晰描述不同地点的光伏发电项目LCOE水平，已在图1中标出了6个地点的太阳辐射值。

表2  我国典型地区光伏光伏项目LCOE比较与分析

Table 2 The LCOE analysis of PV projects in typical areas of China

（a）单位造价与太阳辐射量对LCOE的影响

测算条件：装机容量为10 MW；PR值为80%；年衰减率为0.8%；折现率为8% 

（b）组件衰减率与太阳辐射量对LCOE的影响

测算条件：装机容量为10 MW；单位造价为8元/W；PR值为80%；折现率为8% 

（c）系统PR值与太阳辐射量对LCOE的影响

测算条件：单位造价为8元/W；PR值为80%；年衰减率为0.8%；

折现率为8%图1  参数敏感性分析

Fig.1 The parameters sensitivity analysis

图1（a），（b），（c）分别展示了单位造价、光伏组件衰减率、系统PR值与太阳辐射量对项目LCOE影响作用的敏感性。可以看出，系统单位造价、光伏组件衰减率与项目的LCOE水平呈正相关，系统PR值和项目地太阳辐射量与LCOE呈负相关。因此，从光伏项目选址到系统设计、光伏组件及逆变器等关键设备选型与采购、光伏系统安装、系统运行维护等各个环节都可能出现影响项目LCOE水平的因素。在进行项目选址时，尽可能选择太阳能资源条件好、空气洁净度高的地区；在进行光伏系统设计、设备选型时，要根据项目实际情况优化系统设计，提高光伏系统PR值；要遵循合理的运行维护方案，平衡系统运维的投入与产出，保证光伏项目处于最佳收益状况。从上述各个环节着手，尽可能降低项目LCOE。

由图1（a）可见，项目LCOE水平随系统单位造价的升高而升高。若系统单位造价为8元/W，当项目地太阳辐射量由1 000 kWh/（m2·a）增至1 800 kWh/（m2·a）时，项目的LCOE水平将从1.037 6元/kWh降至0.576 5元/kWh。若某地年总太阳辐射量为1 300 kWh/（m2·a），当系统单位造价为6元/W时，项目LCOE为0.598 6元/kWh；当系统造价为10元/W时，项目的LCOE将升至1.297 0 元/kWh。

图1（b）展示了光伏组件年衰减率与太阳辐射量对项目LCOE水平的影响作用。可以看出，当组件年衰减率以0.1%的幅度变化时，项目LCOE变化幅度并不显著。当组件年衰减率从0.8%降低至0.7%时（项目运营期25年内，光伏组件总衰减率将从20%降低至17.5%），若太阳辐射量为1 300 kWh/（m2·a），项目LCOE将从0.791 9元/kW降至0.798 2元/kWh。

由图1（c）可知，项目LCOE水平随系统PR值的升高而降低。目前我国光伏项目的系统PR值绝大部分处于70%~80%。当太阳辐射量在1 300 kWh/(m2·a)时，若系统PR值从70%升至80%，项目LCOE将从0.912 2元/kWh降至0.798 2元/kWh，降幅达12.5%。因此，提升系统PR值对降低系统LCOE水平的效果非常显著。

4 、 我国光伏发电项目LCOE水平测算

本文以装机容量为10 kW，500 kW和10 MW的光伏发电系统为例，对我国不同地区、不同光照资源条件的LCOE水平进行评估。此次评估边界条件如下：太阳辐射量资源条件为1 000~1 800 kWh/(m2·a)；系统效率为80%；光伏组件的衰减率为0.5%~0.8%；光伏发电系统运营年限为25 a；3种容量发电系统的单位造价分别为10~14，7~9，6.5~8.5 元/W。评估结果如图3所示。

  图2  我国光伏发电项目LCOE评估Fig.2  LCOE assessment of the photovoltaic projects in China图2展示了针对不同装机容量、不同光照资源、不同建设成本等条件下的LCOE评估。由图2可知，装机容量为10 kW光伏发电项目的LCOE为0.6 ~1.1元/kWh；装机容量为500 kW光伏发电项目的LCOE为0.65 ~1.10元/kWh；装机容量为10 MW光伏发电项目的LCOE为0.5~0.9元/kWh。根据国家发改委《关于进一步疏导环保电价矛盾的通知》，31省市脱硫煤上网电价处于0.279 1～0.502 0元/kWh，因此根据我国光伏发电项目的LCOE水平测试结果显示，对于10 MW以上装机容量的项目，通过项目建设成本的精确控制，在脱硫煤上网电价较高地区可首先实现光伏电力平价上网。

5  、光伏项目LCOE发展趋势预测

户用光伏发电项目的应用和推广，从某种程度上标志着光伏产业在人民日常生活中的普及程度，因此本文结合文献[10]的数据，就户用光伏发电项目LCOE水平的变化趋势做了预测（图3）。

图3  户用光伏发电项目LCOE变化趋势预测[10]

Fig.3 Trend prediction of LCOE for residential photovoltaic systems[10]

图3展示了Fraunhofer ISE针对LCOE的研究数据[10]。图3显示，2013年户用光伏发电项目LCOE的平均水平为0.86元/kWh左右，其中平均PR为80%的曲线比较符合我国光伏发电项目的平均水平。观察这条曲线可知，根据目前光伏产业发展水平预测，2015～2030年的 15年间，光伏发电项目的LCOE水平将从0.108欧元/kWh降至0.072欧元/kWh，折合人民币约从0.82元/kWh降至0.54元/kWh，降幅高达34%。

本文分析显示，从目前我国光伏产业的发展状况来看，装机容量为10 W的光伏发电项目在不同单位造价、不同太阳辐照条件下的LCOE处于0.6 ~1.1元/kWh。该结论与文献[10]中的数据相吻合，通过这两组数据可以预测我国光伏发电成本的发展趋势。目前，我国居民生活用电电价在0.65元/kWh左右，如不考虑通货膨胀等因素，我国将在未来15年内实现光伏发电平价上网，考虑到近年来化石能源发电价格逐年上涨，可能会在未来10年，甚至更短时间内，迎来光伏发电平价上网的时代。

6  、结论通过对LCOE定义以及计算方法的分析，总结出适合我国光伏发电项目的LCOE计算方法，并进行了不同容量的并网光伏发电项目的LCOE水平测算。

依据当前光伏行业现状，通过对广州地区光伏发电项目LCOE的评估分析，得出LCOE水平在0.85元/kWh左右，比广州市脱硫煤上网电价高出约0.35元/kWh。本文还对我国不同装机容量的光伏并网发电项目在不同光照资源等条件下的LCOE水平做了评估。结果表明，装机容量为10 kW，500 kW，10 MW的光伏发电项目的LCOE分别处于0.6 ~1.1，0.65 ~1.1，0.5~0.9元/kWh水平。

本文还根据文献[10]的数据就户用光伏发电项目LCOE水平的变化趋势做了预测。结果表明，目前我国户用光伏发电项目的LCOE处于0.6 ~1.1元/kWh水平，考虑到近年来化石能源发电价格逐年上涨，我国可能会在未来10年，甚至更短时间内，迎来光伏发电平价上网的时代。 

 参考文献：

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基金项目：广东省产学研结合项目（2013B090500026）；光伏科学与技术国家重点实验室开放基金课题（201400029828）。

作者简介：陈荣荣（1989-），女，山东济南人，硕士研究生，研究方向为光伏发电技术。E-mail:360640169@163.com

通讯作者：沈  辉（1956-），男，江苏连云港人，博士，教授。研究方向为太阳电池、太阳能材料、纳米材料、太阳能光伏技术、光伏系统应用以及高效率异质结太阳电池。E-mail:shenhui1956@163.com
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于2015年5月刊登在《可再生能源》第33卷第五期