光伏发电成本的数学模型分析.pdf-solarbe文库

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太阳能SOLAR ENERGYSOLAR ENERGY 2/201253一前言2005年，因德国率先对光伏发电进行补贴，全球的光伏产业步入了规模化生产阶段，这次产业热潮到 2008年 8 月达到了顶点。但随后，从 2008年到现在，光伏产业经历了两次大的降价浪潮。但两次降价的侧重点有所不同。第一次，从 2008年下半年到 2009年上半年期间，金融海啸导致了需求升幅剧降，使得多晶硅供求缓解，多晶硅价格出现了 80～ 90的跌幅，从最高的 350 万降到了 41 万元 /t 的低点。由于同期光伏发电的补贴电价并没有随之大幅下降，所以，多晶硅的大幅价格下跌减缓了下游的价格压力。因此，铸锭、硅片、电池片、组件乃至逆变器的价格并没有像多晶硅那样大幅下降，而只是进行了小幅调整。2009 下半年后，随着市场升温，光伏产业到2011年初又达到了一个顶点。而第二次降价就是2011 年 5 月份开始的，源于欧债危机。由于市场发展速度急降，导致产能短期过剩，光伏产业的上光伏发电成本的数学模型分析光伏发电从 2005 年进入产业化以来，成本不断降低。目前，我国发改委制定了 1元／ kWh 的光伏发电上网标杆电价。但许多投资者对于光伏发电的成本却感到难以分析，不敢贸然投资。本文给出了光伏发电成本的数学分析模型，讨论了影响光伏成本电价的因素，如装机成本、日照时间、贷款状况、预期的投资回收期以及运营费用等。并根据该模型对现阶段光伏发电的投资效益进行了投资分析。计算结果表明，在我国西北地区，按照 1 元／ kWh 的上网电价，目前投资光伏电站的投资回收期为 10 年。光伏发电；成本；投资效益；数学模型摘要关键词上海普罗新能源有限公司光伏技术研究所 ■ 史下游的利润空间同步受到挤压，导致光伏行业多个环节的价格降低 50 以上，而光伏电站的装机成本则下降了 40左右。这次降价的波及面之广、幅度之深，远远超过了第一次。多晶硅从 80 万 /t的高位持续下跌到 20万元 /t，历史上首次跌破大多数厂家的成本价。而组件、电池片、切片等加工费用也分别有 50 以上的跌幅。这次降价的幅度使光伏产业进入了严峻的寒冬。美国多家光伏企业破产倒闭，国内也有许多企业停产，光伏上市公司的市值大幅缩水。但凡事都有两面性，从长远看，这次光伏产业的低谷未必是坏事。因为阻挡光伏产业发展的最大障碍是高成本，那么，这次光伏行业的价格普遍加速下降，使得光伏发电的成本距离火力发电成本的时间大大缩短，从原来预计需要 20～ 30 年，缩短到只需要3～ 5 年。从一开始，光伏发电成本的降低就是光伏产业持续追求的目标。而光伏发电成本低于火力发电的情形的出现，将是历史上第一次光伏发电能够不再依赖各国政府的补贴而进入真正市场技术与产品珺太阳能SOLAR ENERGYSOLAR ENERGY 2/2012543发电站的年利润就是发电收入减去所有的成本后，再加上其他收入技术与产品太阳能SOLAR ENERGYSOLAR ENERGY 2/201255对于成本电价的影响单位装机成本元 /kW 10000 11000 12000 13000 14000成本电价元 /kWh 0.79 0.87 0.95 1.03 1.11表２年满负荷发电时间对于成本电价的影响年满负荷发电时间 h 900 1100 1300 1500 1700成本电价元 /kWh 1.59 1.3 1.1 0.95 0.84技术与产品太阳能SOLAR ENERGYSOLAR ENERGY 2/201256很大。表 3给出几个地方的年日照时间与年满负荷发电时间的对照表。由表 3可见，年日照时间对于年满负荷发电时间的影响是最大的，但在同样的年日照时间下，采用不同的系统安装方式，以及是否进行功率优化差异也是很大的。例如，在年日照时间 2800h的地区我国西北绝大多数是这类地区，固定支架的年满负荷发电时间为 1456h，但如果全部采用追日系统，并增添功率优化模块，则年满负荷发电时间可以达到 1808h。当然，年满负荷发电时间的增加需要投入的增大。但在组件不变的情况下，追加投入还是经济的。对于追日支架等，除了考虑一次投入外，同时还要考虑当地的气候条件和安装条件，例如，屋顶通常不适宜安装追日系统。对于常有大风的地面电站，跟踪支架的维修费用可能较大。３贷款状况对于成本电价的影响目前，对于大型地面光伏电站的建设，基本都要采用部分银行贷款。银行贷款占总投资的比例以及贷款利息对于光伏电站的成本电价影响十分巨大。这里，假定装机成本为 12000 元 /kW，按照投资回收期 20 年，年满负荷发电时间 1500h，运营费用 2的计算条件，对于不同的贷款条件所对应的成本电价进行计算，结果见表 4。表４贷款条件对于成本电价的影响（电价单位元／ｋＷｈ）90 80 70 60 50 40 30 20 10 010 1.28 1.20 1.12 1.04 0.96 0.88 0.80 0.72 0.64 0.569 1.21 1.14 1.06 0.99 0.92 0.85 0.78 0.70 0.63 0.568 1.14 1.07 1.01 0.94 0.88 0.82 0.75 0.69 0.62 0.567 1.06 1.01 0.95 0.90 0.84 0.78 0.73 0.67 0.62 0.566 0.99 0.94 0.90 0.85 0.80 0.75 0.70 0.66 0.61 0.565 0.92 0.88 0.84 0.80 0.76 0.72 0.68 0.64 0.60 0.564 0.85 0.82 0.78 0.75 0.72 0.69 0.66 0.62 0.59 0.563 0.78 0.75 0.73 0.70 0.68 0.66 0.63 0.61 0.58 0.56贷款利率贷款比例从表 4可见，在其余条件均给定的条件下，仅贷款条件的变化，光伏电价就可能从 0.56元 /kWh升高到 1.28 元 /kWh。对于光伏电站的建设来说，贷款利息当然是越低越好。贷款比例的升高也会导致成本电价的提升，但由于自有资本金占用少，所以，适当提高贷款比例也未必是坏事。这要通过计算内部收益率和根据能够得到的最低利率来确定最合适的贷款比例。本文对此不作深入讨论。４投资回收期对于成本电价的影响假设单位装机成本为 12000元 /kW，运营费用2，年等效满负荷发电时间按照 1500h 计算。在两种贷款条件下，不同的投资回收期所对应的成本电价见表 5 。表 5可见，如果全部采用自有资金投入，投资回收期设定在 25年，目前的光伏发电成本电价仅为 0.48元 /kWh 。这个价格已经低于许多地方的火电上网电价。而如果设定投资回收期为 5年，则成本电价高达 1.76 元 /kWh 。因此，投资回收期的设定对于光伏发电成本电价的影响也是巨大的。在我国，火力发电厂的投资回收期通常为15～ 30年，而核电的投资回收期更高达 50 年。因表３年满负荷发电时间表（ｈ）1200 1600 2000 2400 2800 3200全国固定支架安装 720 928 1120 1296 1456 1600770 993 1198 1387 1558 1712100 追日系统 828 1067 1288 1490 1674 1840功率优化模块 894 1153 1391 1610 1808 1987影响因素年日照时间 h50 固定支架，50 追日技术与产品太阳能SOLAR ENERGYSOLAR ENERGY 2/201257表５年满负荷发电时间对于成本电价的影响（电价单位元／ｋＷｈ）5 10 15 20 25全部自有资金 0.75 0.96 0.69 0.56 0.4870 贷款比例， 7 的年息 2.15 1.35 1.08 0.95 0.87贷款条件投资回收期年此，对于光伏发电的可行性分析计算时，按照 20年或者 25 年的投资回收期计算是较为合理的。从表3～ 5可见，在 70贷款的条件下，如果电价定为0.95元 /kWh，则 20 年可回收投资，如果电价定为0.87 元 /kWh，则 25 年可回收投资。５运营维护费对于光伏发电成本电价的影响设定单位装机成本为 12000 元 / kW，按照回收期 20年，贷款比例 70，贷款利率 7，年等效满负荷发电时间 1500h，则不同的运营费用所对应的成本电价见表 6 。表６运营费用对于成本电价的影响不同运营费用 1 2 3 4 5 6 7 8 9成本电价元 /kWh 0.87 0.95 1.031.111.19 1.271.351.431.51表７２０１１年四季度青海省一个１０ＭＷ光伏电站的装机成本序号代号名称单位数量价格万元备注1 Cpan 组件 MW 10 6600 606元 /W2 Ctrc 追日系统 0 不含追日系统3 Cpom 功率优化模块 0 提高组件发电量4 Cinv 逆变器 MW 10 800 1MW10 台，效率 98.65 Cman 电站监控系统 120 视频和数据监控及远传6 Cstr 组件支架 400 全部固定支架7 Cdis 高低压配电 300 电源 /开关 /配电 / 转接 / 计量8 Ctrf 变压器 160 10000kVA400V/10kV9 Ccab 电缆 650 所有电缆10 Cbas 支架基础 600 支架的地下及地面基础11 Ccon 电站土建工程 760 包括基础 / 道路 /变电所 /地面硬化12 Casb 组件安装费用 120 绿化 /现场的组件上支架的安装13 Cacc 外线接入 KW 1 120 假定输电站为 1km14 Ceng 施工费用 300 含设备运费 / 安装 / 接线15 Cman 管理费 120 管理人员工资、报批、验收16 Cland 土地费用公顷 33.33 150 45000 元 /公顷，戈壁合计 11200由表 6可见，运营费用对于光伏发电成本电价的影响也是较大的。同样一个电站，如果运营费用控制在 1，则成本电价可为 0.87元 /kWh；而如果成本控制在 5，则成本电价会飙升到 1.51元 / kWh。因此，对于电站的运营和维护成本一定要精打细算。四现阶段的光伏发电成本及投资效益分析１现阶段光伏发电的装机成本根据式 1，可以计算目前光伏产业的装机成本。表 7 以一个 10MW 的光伏电站为例，假定电站地点在青海某地戈壁滩，土地价格按照 45000元 / 公顷计算。表 7 的费用中，第 1～ 5 项的价格是由光伏产业的行情决定的，这部分金额为 8080万元，占总投资 68.7；第 6～ 9 项是由钢材和铜材的市场价格决定的，金额为 1510 万元，占 12.8；第 10～15 则是土建与安装施工费用，取决于当地的施工条件和业主与项目公司的管理水平，金额为 2020万元，占总投资 17.2；最后一项土地价格为 150万元，占 1.3。技术与产品太阳能SOLAR ENERGYSOLAR ENERGY 2/201258２光伏电站投资效益2012 年后，根据国家发改委的发改价格（ 2011） 1594号文件，国内除西藏自治区外，其余地方的光伏发电上网电价为 1 元 /kWh。按照此价格，我们以表 7所列的光伏电站为例，对光伏电站的投资收益进行分析。当地年日照时间为 3100h，经过试验测算，年等效满负荷发电时间为 1538h固定支架，已扣除站内消耗。电站发电的运营维护采用三班两倒方式，共设立 15 人，年运营维护费用大约为 180 万元。项目方资本金为 3176万元；银行贷款 8000万元，年利率为 7.5，每年利息为 600 万元。该项目每年减排约 20000t 二氧化碳，可产生 125 万元的 CDM 指标收入。利用式 5可得光伏电站 15年的财务状况如表 8。由表 8可见，项目投资回收期为 10年累计现金流入超过资本金投入，贷款还清。到第 10年后，因为折旧完成，因此，增值税和所得税大幅增加，每年两税合计大约 600万元，即便如此，每年项目公司依然有 1084 万元的现金净流入。表８青海某地１０ＭＷ光伏电站运营财务状况表（万元）五结语光伏产业是一个新兴产业，目前还处在婴儿期。之所以称其为 “新” ，表现在两个方面。一个 “新”是指市场尚未启动，目前全球的光伏市场并非真正的市场，而是依托于政府补贴的市场，但补贴的目的是为了扩大使用规模，降低成本。从 2007年以来的光伏成本走势来看，目前这个策略是奏效的。另一个 “新” ，体现在技术。目前光伏全行业各环节还没有一个环节的技术敢于声称是完全成熟的技术，因此，各个环节技术进步的空间十分巨大，而这些技术进步始终是沿着 “低成本、高效率” 这两个方面进步的，而且，技术进步导致光伏产业的成本下年电价收入 CDM 运营费用财务费用贷款本金增值税报表利润所得税现金流入累计现金流入1 1500 125 180 600 8000 （ 331） 331 55 55 552 1500 125 180 533 7100 0 （ 264） 0 13 （ 43）3 1500 125 180 465 6200 0 196 0 80 384 1500 125 180 398 5300 0 129 0 148 1855 1500 125 180 330 4400 0 61 0 215 4006 1500 125 180 263 3500 0 7 0 283 6837 1500 125 180 195 2600 0 74 0 350 10338 1500 125 180 128 1700 0 142 0 418 14509 1500 125 180 60 800 0 209 0 585 203510 1500 125 180 0 0 152 269 0 1545 358011 1500 125 180 0 0 246 1445 291 1154 473412 1500 125 180 0 0 246 1445 361 1084 581813 1500 125 180 0 0 246 1445 361 1084 690114 1500 125 180 0 0 246 1445 361 1084 798515 1500 125 180 0 0 246 1445 361 1084 9069降，将比市场规模带来的规模效应要大得多。本文对光伏发电的成本进行了分析，给出了光伏发电成本电价的计算模型，并用该模型对影响光伏电站成本的因素进行了分析。本文按照国家发改委现在的光伏上网电价，根据青海某地的自然条件，对一个 10MW 的光伏电站进行测算得出结论是在我国西北地区，按照目前的装机成本和 1元 /kWh 的光伏电价，投资回收期大约为 10年。参考文献[1] 李胜茂 .2011-2015 年中国太阳能光伏发电产业投资分析及前景预测报告 [R].2006,p.151-270.[2] 李俊峰 .光伏行业最新市场分析 [Z].2011.技术与产品