单轴+双面光伏可实现最低的度电成本附风电及光伏项目度电成本影响因素及控制措施.docx

单轴+双面光伏可实现最低的度电成本近年来，太阳能电池相关技术获得了快速发展，PERC制程普及化带领电池 转换效率的提升，组件端的微型技术朝着多样化方向发展，如半片、拼片、迭片、 多栅线、双玻、双面（电池）组件等多种技术类型的迭加运用，使得最终组件产品 的输出功率得以提升。在此基础上，度电成本则是光伏组件产品最核心的竞争力。平准化度电成本 （levelized cost of energy, LCOE）,是对光伏电站的成本和发电量进行平准化后 计算得到的发电成本，简而言之就是电站平均每度电的发电成本。要降低度电成 本，就要提升电池效率、组件功率，持续降低生产成本，提升更高的发电量，并 确保长期的可靠性。据统计数据，未来几年光伏电站数量还将持续增长。在这些光伏电站的建设 中，双面发电技术和光伏跟踪系统将成为发展主流，未来10年双面发电将上升 至40%o双面发电系统可以从组件背面的反射光中发电，从而提高产量降低 LCOEo尽管跟踪系统本身也会降低LCOE,但这两种技术的结合可能会进一步 降低度电成本。近日，新加坡太阳能研究所的研究人员发现，在基于晶体硅技术的太阳能发 电项目中实现最低LCOE的最佳方法，是结合双面面板与单轴跟踪器的组合， 可以实现比传统系统高出35%的发电量，相关研究成果已发表于焦耳（Joule） 杂志。为了使这一研究成果更具普遍代表性，该研究小组搜集并分析了全球范围内 安装有固定倾角、单轴和双轴跟踪系统的单面和双面太阳能发电厂的成本效益。 他们假设这些太阳能发电厂中的组件以适当间距排列，足以让遮蔽引起的损耗达 到忽略不计的程度，而且不考虑面板背面安装系统本身的影子。该实验中，研究人员只关注在特定位置安装光伏系统是否具有成本效益。行 列间距对其他成本因素的影响，比如现场准备作业、布线、围栏等都予以忽略。 此外，也不考虑政府政策、污染损失和运输成本等这些可能对LCOE产生较大 影响的因素。对于使用固定倾角组件的项目，研究者们设定面板下缘与地面之间距离为 0.6m,而对于安装了跟踪器的光伏项目，则将这一高度假定为1m。他们对正面 功率输出为310W的单面单晶PERC组件，与正面功率输出为305W的同类型双 面面板进行了比较,逆变器效率和光伏装置中的其他损失取值分别为96%和3%o此外，该研究小组还从美国国家航空航天局（NASA）的云和地球辐射能量 系统（CERES）中得到了全球多个地点的日平均水平面总辐照度的数据信息。 他们应用OrgiH-Hollands模型计算法向直接辐照度（DNI）和漫反射水平辐照度 （DHI）,这种方法使用晴空指数作为唯一变量来估计漫反射系数，日平均环境 温度和反照率值也作为参数被纳入考虑范围。研究发现：跟踪器和双面系统的所有组合方式都可以提高发电量，在非常高 的纬度上甚至能提高50%以上。对于相同的安装结构，双面配置的性能优于单面 配置；跟踪器配置明显优于固定倾角配置，双轴跟踪器的发电量略高于单轴。当项目位于高纬度地点时，采用单轴跟踪方式的双面系统，在成本和发电量 方面将具有更加明显的优势。与双面固定倾角系统相比，单面单轴系统的跟踪特 性可以大大降低LCOE （高达21%）。只有在靠近极点的位置，双面组件从面板 两侧捕获光的特点变得更具影响力，并带来较低的LCOE值。一般而言，单轴跟踪器装置的系统成本比传统的单面固定倾角系统高10%,但两轴跟踪器装置的成本可能高出30%60%,两轴跟踪器系统较高的成本主要 来自于其安装结构的高成本支出。在分析的全球地域的中，双面单轴跟踪器光伏项目的LCOE对于其中93.1% 的土地面积是最低的，而单面单轴跟踪器发电厂的LCOE能在87.9%的土地上排 在第二位。因此，在目前市场环境下，单轴系统+双面光伏组合将最具成本效益。风电及光伏项目度电成本影响因素及控制措施成本预测表（低等情景）项目2019 年2025 年2030 年组件费用/（元1.801.601.50逆变器费用/（元竹）0.130.110.10支架费用/（元0.250210.20电缆费用/（元vr）0.180.130.11一次设备成本/（元0.400.360.34二次设备成本/（元37）0.080.070.07一次性土地费用/（元0.180.160.15电网接入成本/（元w”0.250.200.19建安费用/（元W“）0.630.580.55管理费用4元w-1）0.250.190.18融资成本/（元0.300.220.21建设成本/（元4.453S33.60摘 要：平准化度电成本（LevelizedCostofElectricity, LCOE）是评价风电机 组经济性和竞争力的重要指标。通用质量特性是机组质量特性的概括性描述，一 般包括可靠性、维修性、保障性、测试性、安全性和环境适应性（简称“六性 风电机组寿命期内的经济性评估必然与机组质量特性密切相关，通俗地讲，风电 机组通用质量特性越高，寿命期内故障率越低，机组无故障运行时间越长，其 LCOE也就越低。本文通过对LCOE和机组通用质量特性的分析，尝试将LCOE的影响因素 与机组通用质量特性建立对应关系，通过对机组通用质量特性统计数据的分析来 表达机组寿命期内的LCOE水平。关键词：风电;光伏;度电成本;影响因素引言随着国家促进新能源发展政策的进一步加强，以及国际上光伏行业竞争的日 益激烈，对光伏电站的设计及其所采用设备的要求越来越高。光伏电站若要降低 度电成本（LCOE）, 一方面需要降低前端发电设备的造价，如降低光伏组件及 逆变器的成本，以此推动光伏行业的发展已势在必行，但同时这一降本空间将越 来越小;另一方面，需要封光伏电站的设计方案进行深度优化，从光伏电站设计 的精细化、定制化出发来降低光伏电站的度电成本。此前，一个标准化设计方案 用于多个光伏电站的方式已经不能满足当前光伏行业发展的需求。1光伏电站建设及度电成本预测分析该研究将影响光伏度电成本的因素归纳为投资成本与发电效率两大类，其中 投资成本主要由核心组件、其他设备及管理融资等组成，发电效率则主要通过年 平均发电小时数体现。设立低等、中等、高等3种情景模式。其中，低等情景的 主要影响因素为建设成本，中等情景的主要影响因素为年平均发电小时数，高等 情景则是在中等情景的基础上增加政府干预因素。最后，基于LCOE模型，分 别计算3种情景模式下湖北省未来的新能源度电成本，并量化分析新能源度电成 本下降过程中各影响因素的绝对贡献率。2025年与2030年湖北省光伏电站建设 与度电成本在低等情景模式下的预测值与2019年对比情况如表3所示。光伏电站建设的审批流程复杂，建设周期长，建设成本的变化对光伏度电成 本的下降至关重要。由表3可知，在低等情景模式下，光伏电站建设成本(包括 融资成本，下同)的逐年降低有效驱动了光伏度电成本的持续下降。根据测算结 果，在假设建设成本由2019年的4.45元/W分别降至2025年的3.83元/W与2030 年的3.60元/W时，光伏度电成本将由2019年的0.48元/ (kW-h)分别降至2025 年的0.42元/(kWh)与2030年的0.39元/(kWh),降幅分别为7.60%和12.59%, 即建设成本每下降1.00元/W,度电成本将同步降低约0.10元/ (kW-h)o其中， 综合表1数据可知，组件费用占建设成本的比例在40%以上，其他成本虽亦有下 降趋势但空间不大，因此组件成本降低将直接带动建设成本下降从而推动度电成 本降低。2019光伏发电成本以及2025年和2030年光伏发电2光伏项目成本影响因素影响光伏度电成本包括很多系统层面的原因：包括组件、逆变器、电缆、汇 流箱、变压器的选择等等;同时也包含系统维护方面的因素，比如积灰的及时清 理、障碍物的及时清除、故障的及时维护等等;另外，由于系统并网也受电网的 影响，因此，电网质量、调度需求等也会影响系统的发电输出。对于光伏项目而 言，其度电成本主要会受到多方面的影响，而且每一项都是独立的，每一项的变 化都会对光伏度电成本有所影响。因此，在了解每一个方面的时候，都必须要先 假设其余思想没有发生变化。比如，就先研究装机成本对度电成本影响时，假如 固定使用某一数值，然后计算在不同成本下度电的成本，进而来分析装机成。3风电及光伏项目度电成本控制措施3.1 双面发电技术的应用许多新推出的光伏组件均具有双面发电功能，能够有效提高光伏阵列的直流 转换效率。但是针对项目环境所涉及的地面反射率及地面反射率对光伏发电量提 升的研究还不够深刻。比如，地面反射率的评估与测定、地面反射率的季节性变 化、光伏发电项目长期运行对于地面反射率的影响(由于光伏组件遮挡导致的地 面温度、蒸发量等因素对于植被的影响)，以及维护地面反射率对光伏发电项目 运维成本产生的影响等。目前，双面光伏组件对于光伏发电系统发电量的有利作 用，尤其是可以精确量化的且能够可靠支持加权度电成本评价指标分析的数据还 不够充分。3.2 根据LCOE进行设备选型光伏系统的设计最重要的工作就是设备的选型，从2015年开始光伏技术的 升级换代进入快速道，从光伏电池技术而言，已从当初的16.5提升到了 2。, 甚至21%,度电效率也提升到了 99%以上。大家知道采用高效的设备有利于提 升电站的发电量，降低度电成本，所以这就要求在光伏设计的时候，怎么样才能 做到只选对的不选贵的。在设备选型这一块大家比较关心的就是这四类设备，一 是组件，二是逆变器，三是支架，四是电缆。3.3 加权度电成本评价指标的进一步完善该光伏电站IPP项目提出的加权度电成本评价指标也存在部分值得商榷的 问题，比如需要合理选择上网电量的分时电价权重、充分利用电池储能系统的功 能，以及明确电池储能系统的调度规则。1)需要合理选择上网电量的分时电价权重。由于不同国家或地区的能源结 构、社会需求、环境资源存在差异，实际实行的分时电价有着显著的地域性和时 效性。在光伏电站的规划设计中，需要科学、合理地针对项目所在地的各种自然、 社会、技术、经济、政策特点来设置权重，才能达到预期的目的。2)需要充分利用电池储能系统的功能。该评价标准中假设了电池储能系统 仅用于光伏电站自身输出功率的削峰填谷，未考虑电池储能系统潜在的电网能源 调度(调功、调频)能力，今后需要充分利用电池储能系统的功能。3)在制定加权度电成本评价指标时，需要明确电池储能系统的调度规则， 否则，可能出现完全违背指标制定者初衷的情况。比如，假定预测某日光伏发电系统的发电量较小，不会受到电网限制功率的 限制，按照这一假定，光伏电站运维方是不需要利用电池储能系统的功能的。但 实际上，运维方为了获得更好的经济效益，会倾向于“利用电池储能系统存储峰 时电能，留待平时输出上网”的调度策略。3.4 光伏组件串联数的计算根据前文的分析，基于最新标准IEC62738-2018中的公式，采用本文的优化 方法计算光伏组件串联数N,可以得到N值的3个范围，即NS500/47.72=31.4、 NN880/31.29=28.12、N<1300/39.57=32.850对这3个结果进行综合考虑后，可得 到光伏组件串联数N为2931块。而在同等条件下，若采用GB50797-2012或IEC62548-2016要求的极端环境 温度情况计算，利用PVsyst软件可计算得到光伏组件串联数N为2527块。从 以上的结果可以看出，采用优化计算得到的单串光伏组串最大可串联的光伏组件 数提高了 14.8%,即同样长度的电缆可接入的光伏组件数增加了 14.8%,因此在 光伏电站总装机容量不变的情况下，本优化设计可节省大量电缆，度电成本也将 随之降低。结束语通用质量特性水平直接影响平准化度电成本，将提升通用质量特性的收益直 接体现在平准化度电成本上，有利于风电产品的良性竞争，避免“劣币驱逐良币” 的怪象，从而实现整个行业的健康发展。本文建立了通用质量特性与平准化度电成本之间的模型，并以某风电场为 例，根据通用质量特性数据求得了对应机组寿命期内的平准化度电成本，实现了 二者之间的转化，为业主测算风电机组的平准化度电成本并进行机组选型提供了 参考依据。参考文献1李志学，秦子蕊，王换换，杨婷婷.我国风电成本水平及其影响因素研究 J.价格理论与实践，2019 (10)： 24-29+166.李业林.基于平准化度电成本模型下核电竞争力比较研究J .时代经贸， 2019 (30)： 11-12.3何颖源，陈永狮，刘勇，刘昊，刘丹丹，孙晨宇,储能的度电成本和里程 成本分析J,电工电能新技术,2019, 38 (09)： 1-10.4赵刚毅，刘嘉，张先儒.从度电成本分析陆上风电平价上网实现对策J泗 北水电,2019 (05)： 79-82.5周琳.我国陆上风电度电成本分析与展望J.中国电力企业管理，2019 (19)： 73-74.