光伏电站运维度电成本探讨191545.pdf

天行健，君子以自强不息。地势坤，君子以厚德载物。易经天行健，君子以自强不息。地势坤，君子以厚德载物。易经.光伏电站运维度电成本探讨 度电成本（Levelized Cost Of Electricity，简称 LCOE），即每度光伏电量的成本。在目前标杆电价下，光伏电站的 LCOE水平，基本代表了电站的赢利能力。LCOE主要受发电量和总成本的影响。其中，总成本=初始投资+运营维护费用+设备维修费用；寿命期内发电量主要取决于：太阳能资源水平、系统配置、运行方式、电站 PR 值、融资成本、智能化运维水平。可见，影响 LCOE的因素很多。其中，除“太阳能资源水平”为不可控因素外，其他的各项因素都可以改善和优化。本文通过建立典型地面电站项目模型，仅从“初始投资成本”、“PR 值”两个角度，分析一下逆变器选型对于 LCOE的影响。1 典型地面电站模型 为了进行准确的分析，本文建立了一个典型的光伏电站模型，相关条件如下：1）电站地点：假设在西部某地，纬度为 3540，海拔 3000m 以内，太阳能总辐射年总量为 1800kWh/m2（I 类资源区）。2）电站规模：50MW；其中，光伏组件 60MW、逆变器 50MW，系统配置按“光伏组件：逆变器=1.2:1”考虑；3）选用 260W 多晶硅组件，按 10 年衰减 10%、25 年衰减 20%进行发电量计算；整个电站系统效率按 80%考虑。4）其他：固定式运行方式，方阵倾角采用 35，年峰值小时数为 2100h；独立柱基，以 110kV 电压等级送出；志不强者智不达，言不信者行不果。墨翟志不强者智不达，言不信者行不果。墨翟.7）假设不同情形下，未提及的光伏电站所有其他条件均相同。8）除从“汇流箱 箱变”之外，其他设备造价估算如下表。光伏电站部分投资估算表 序号 设备 单价 规模 总价（万元）1 光伏组件及安装 3.5 40MW 14000 2 列阵支架、基础及安装 0.6 40 2400 3 电气二次设备及安装-40 960 4 升压变电设备及安装-40 1200 5 建筑工程费用 0.6 40 2400 6 其他费用-40 3200 7 总价 24160 一、配电设备 说明：上述费用不包含汇流箱、直流配电柜、逆变器、箱变、直流电缆、交流电缆等费用。8）运营维护费和设备维修费用：为简化计算，按平均每年 1000万、25 年 25000万元考虑。2 三种型式逆变器设计方案 古之立大事者，不惟有超世之才，亦必有坚忍不拔之志。苏轼丈夫志四方，有事先悬弧，焉能钧三江，终年守菰蒲。顾炎武.目前，市场上的主要逆变器类型包括：集中式、集散式、组串式。本文从“初始投资成本”、“PR 值”两个角度对三种型式逆变器进行对比。在进行数据对比之前，先分析一下选用不同逆变器对方案的影响。整个光伏电站的设计方案为：20 块 265W 光伏组件组成 1 个串联之路，每个方阵为 2 个并联支路；190 个方阵组成一个 1.07MW的发电单元。整个光伏电站由 40 个发电单元组成，总容量为 42.8MW。集中式每个发电单元设计方案为：光伏组串所发电量用 PV1-F-14电缆汇入 14 台汇流箱（12 个 16 进 1 出，2 个8 进1 出），再以 450820V的直流电压用 ZR-YJY22-0.6/1-250 电缆汇入 2 台直流配电柜，之后以 450820V 的直流电压用 ZR-YJY22-0.6/1-250 电缆汇流进入 2台500kW逆变器，转化为315V 的交流电后，用ZR-YJY22-0.6/1-3185汇入一台 1000kVA的箱式变压器。集散式每个发电单元设计方案为：光伏组串所发电量用 PV1-F-14电缆汇入 14 台控制器（12 个 16 进 1 出，2 个 8 进 1 出），再以 820V的直流电压用 ZR-YJY22-0.6/1-250 电缆汇入 2 台直流配电柜，之后以 820V 的直流电压用 ZR-YJY22-0.6/1-250 电缆汇流进入 1 台1000kW 逆变器，转化为 540V 的交流电后，用 ZR-YJY22-0.6/1-3185汇入一台 1000kVA的箱式变压器。组串式每个发电单元设计方案为：光伏组串出线用 PV1-F-14 电缆汇入 35 台 28kW 组串式逆变器，转化为 480V 交流电后用 YJV 人人好公，则天下太平；人人营私，则天下大乱。刘鹗谋事在人，成事在天！增广贤文.-0.6/1kV-36 电缆汇入交流配电柜汇流，再用ZR-YJY22-0.6/1-3185 电缆以 480V交流电压汇入一台 1000kVA的箱式变压器。此方案中，光伏组件：逆变器=1.226：1，略高于集中式、集散式。集中式、集散式的发电单元如下图所示：图 1 集中式集散式每个单元布置方式 组串式的发电单元如下图所示：人人好公，则天下太平；人人营私，则天下大乱。刘鹗丈夫志四方，有事先悬弧，焉能钧三江，终年守菰蒲。顾炎武.三种方案的设备用量情况如下图所示：3 逆变器选型对造价的影响分析 根据上述布置方案，对三种型式的造价进行估算。集中式逆变器、直流配电柜、箱变、交直流电缆线投资 序号 项目 数量（台）单价（万）总价（万元）1 汇流箱 560 0.35 196 2 直流配电柜 80 1.5 120 3 逆变器 80 15 1200 4 双分裂箱式变压器 40 15 600 5 直流电缆：PV1-F-1-4 336 1.2 403.2 其身正，不令而行；其身不正，虽令不从。论语常将有日思无日，莫待无时思有时。增广贤文.6 直流电缆：ZR-YJY22-0.6/1-2X50 44KM 9 396 7 交流电缆ZR-YJY22-0.6/1-3X185 3.2 40 128 8 总价：3043.2 40MWP小计：3043.2万元 集散式逆变器初始投资估算 序号 项目 数量（台）单价（万）总价（万元）1 控制器 560 1.5 840 2 直流配电柜 80 1.5 120 3 逆变器 40 22 880 4 双绕组箱式变压器 40 15 600 5 直流电缆：PV1-F-1-4 336 1.2 403.2 6 直流电缆：ZR-YJY22-0.6/1-2X50 44KM 9 396 7 交流电缆ZR-YJY22-0.6/1-3X185 1.6 40 64 常将有日思无日，莫待无时思有时。增广贤文常将有日思无日，莫待无时思有时。增广贤文.8 总价：3303.2 组串式逆变器及其他初始投资估算 序号 项目 数量（台）单价（万）总价（万元）1 逆变器 1400 1.4 1960 2 交流配电柜 200 0.8 160 4 双绕组箱式变压器 40 19 760 5 直流电缆：PV1-F-1-4 248 1.2 297.6 6 交流电缆：YJV-0.6/1kv-3X6 42KM 3 126 7 交流电缆ZR-YJY22-0.6/1-3X185 12 40 480 8 总价：3783.6 从上表可以看出，集中式的造价最低，集散式与集中式相差不大；组串式逆变器虽然造价比集中式高 0.2元/W，但综合造价仅高出 0.11元/W。先天下之忧而忧，后天下之乐而乐。范仲淹勿以恶小而为之，勿以善小而不为。刘备.4 逆变器选型对 PR 值的影响分析 通过图 3，可以清楚的看到，选用三种型式的逆变器，主要差别体现在：电气设备用量、电缆长度、电压水平三个方面。因此，其对 PR（发电效率）值的影响，主要体现在电气设备效率和线损上。先来看线路损耗。计算线路损失时，按照光伏组件的平均工作状态考虑，即辐照度为800W/m2时：P=193W、U=28.3V、I=6.84A 经计算，各种技术路线的线路损失如下。常将有日思无日，莫待无时思有时。增广贤文良辰美景奈何天，便赏心乐事谁家院。则为你如花美眷，似水流年。汤显祖.说明：由于线损计算时，组件功率按 193W考虑，因此在计算线损百分比时，电站功率按 43.47MW考虑。由于线缆长度的差异，造成线损的差异，从而造成 MPPT电压差异。由于集散式、组串式都能在组串段，对每个组串的 MPPT进行精确跟踪，因此，此项损失暂不考虑；而传统的集中式逆变器，由于每个发电单元仅有 2 路 MPPT，因此要按电压最低的组串考虑（即离逆变器最远的组串）。经计算，集中式由于 MPPT电压跟踪造成的损失按 150kW其身正，不令而行；其身不正，虽令不从。论语老当益壮，宁移白首之心；穷且益坚，不坠青云之志。唐王勃.考虑，约为 0.34%。在看设备的转化效率。根据公开数据，不同类型的逆变器欧洲效率均标示为 98.5%。综上所述，采用不同型式逆变器，造成的 PR 值差异如下表。通过上表分析，逆变器之前的光伏系统效率按 89%以内。当辐照度为1000W/m2时，59.488MW光伏组件出力经折减到达逆变器时的功率约为 52.9MW。由于集中式、集散式 2*500kW和 1000kW逆变器的最大输入功率分别为 2*550kW和 1100kW，不会产生弃光；组串式 28kW的最大输入功率为 28.2kW，会产生弃光。当辐照度为 932W/m2及以下时，光伏组件出力经折减到达组串式逆变器时不会产生弃光；根据某地实际统计数据，太阳能辐照度为 932W/m2及以上的总辐射量，占一年总辐射量的 9.8%。因此，组串式逆变器全年由于光伏组件超配产生的弃光率按 0.67%考虑。丹青不知老将至，贫贱于我如浮云。杜甫人人好公，则天下太平；人人营私，则天下大乱。刘鹗.基于年峰值小时数为 2100h、PR 值、弃光率进行计算，三种型式逆变器的发电量情况如下表所示。说明 1：如果不考虑弃光，则组串式的投资将会增加，因此项仅供参考。