陳 勇 楊 彪 李志斌 龍 濤

（1．湖南紅太陽(yáng)新能源科技有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410205；2．湖南紅太陽(yáng)光電科技有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410205）

0 引言

目前，分布式光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的需求越來(lái)越大，但一直沒(méi)有合適的方法來(lái)測(cè)算系統(tǒng)的收益率，因而無(wú)法確定企業(yè)用電的峰谷價(jià)差為多少才能使光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)滿(mǎn)足投資收益率要求，同時(shí)也無(wú)法確定儲(chǔ)能系統(tǒng)的最優(yōu)配置比例。

分布式光伏系統(tǒng)增加儲(chǔ)能對(duì)項(xiàng)目的收益率到底有什么影響？項(xiàng)目配備多大容量的儲(chǔ)能才能使光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)投資收益最大化？業(yè)主企業(yè)用電的峰谷價(jià)差為多少才能使光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)滿(mǎn)足投資收益率要求？該文通過(guò)建立一個(gè)投資收益分析模型，將光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)投資、系統(tǒng)發(fā)電量、企業(yè)用電負(fù)荷曲線(xiàn)及電價(jià)情況、儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電量等收益影響因素通過(guò)數(shù)學(xué)公式表達(dá)，計(jì)算光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)全生命周期的現(xiàn)金流量，運(yùn)用財(cái)務(wù)分析理論和測(cè)算軟件，得出不同儲(chǔ)能配比下的財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率（IRR）和財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值（NPV），進(jìn)而繪制儲(chǔ)能系統(tǒng)容量與收益率、凈現(xiàn)值之間的變化關(guān)系曲線(xiàn)，在曲線(xiàn)上可以得到分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)的最優(yōu)配置比例和系統(tǒng)最大收益率，為項(xiàng)目的投資決策提供數(shù)據(jù)支撐，指導(dǎo)項(xiàng)目投資決策。

1 分布式光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

分布式光伏電站中配備儲(chǔ)能系統(tǒng)，能夠提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，補(bǔ)償分布式光伏發(fā)電的間歇性和隨機(jī)性，為用戶(hù)提供更穩(wěn)定可靠的綠色電能。隨著儲(chǔ)能技術(shù)的不斷進(jìn)步和成本逐漸下降，儲(chǔ)能系統(tǒng)在分布式光伏項(xiàng)目中將發(fā)揮越來(lái)越重要的作用，也是未來(lái)能源發(fā)展的重要方向。

分布式光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)一般由光伏方陣、太陽(yáng)能逆變器、并網(wǎng)設(shè)備、蓄電池組及電池管理裝置BMS、監(jiān)控及能量管理系統(tǒng)EMS、儲(chǔ)能變流設(shè)備和用戶(hù)負(fù)載等構(gòu)成[1]。典型分布式光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)拓?fù)淙鐖D1所示。

圖1 分布式光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)拓?fù)鋱D

2 分布式光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)投資收益模型的建立

2.1 儲(chǔ)能系統(tǒng)投資收益的影響因素

影響儲(chǔ)能系統(tǒng)投資收益的影響因素有儲(chǔ)能系統(tǒng)總投資FC、儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電容量Q（磷酸鐵鋰電池充放電效率取90%），企業(yè)用電電價(jià)（尖峰電價(jià)PJ、峰值電價(jià)PF、平段電價(jià)PP和谷段電價(jià)PG）、企業(yè)尖峰段用電量為QJ、峰值段用電量為QF、平段用電量QP、谷段用電量QG、儲(chǔ)能系統(tǒng)每次更換電芯投資0.25FC，全年儲(chǔ)能有效使用天數(shù)為T(mén)（取300）。

大工業(yè)用電價(jià)格一般是PG＜PT＜PP＜PF＜PJ，因此儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)定在谷段充電，尖峰和高峰時(shí)段放電，其收益主要來(lái)源于峰谷價(jià)差。

儲(chǔ)能系統(tǒng)現(xiàn)金流入如下。

式中：CIC為儲(chǔ)能系統(tǒng)現(xiàn)金流入；當(dāng)0.9Q≤QJ時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)收益為尖峰段與谷段電價(jià)差收益；CIC=0.9Q×PJ×T/1.13。

當(dāng)QJ＜0.9Q≤QJ+QF時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)收益為尖峰段和高峰段與谷段電價(jià)差收益；CIC=[0.9Q×PJ+（0.9Q-QJ）×PF]×T/1.13。

當(dāng)QJ+QF＜0.9Q≤QJ+QF+QP時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)收益為尖峰段、峰段以及平段與谷段電價(jià)差收益；CIC=[0.9QJ×PJ+0.9QF×PF+（0.9Q-QJ-QF）×PP]×T/1.13儲(chǔ)能系統(tǒng)現(xiàn)金流出如公式（2）所示。

式中：COC為光伏系統(tǒng)現(xiàn)金流出；儲(chǔ)能系統(tǒng)建設(shè)投資可近似計(jì)為總投資FC；經(jīng)營(yíng)成本主要體現(xiàn)為運(yùn)維成本=FC×CY；更換電芯成本，分布式儲(chǔ)能主要使用磷酸鐵鋰電池，其充放電次數(shù)3000次～5000次計(jì)算，更換周期約為6年，每次更換電芯成本費(fèi)用約為0.25FC。

綜上可得，COC=FC+FC×CY+0.25FC（第6、12、18、24年）。

2.2 分布式光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)投資收益分析模型

分布式光伏系統(tǒng)的投資收益分析是以系統(tǒng)建設(shè)所需的總投資作為計(jì)算基礎(chǔ)，反映系統(tǒng)在整個(gè)計(jì)算期（建設(shè)期和生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)期）內(nèi)現(xiàn)金的流入和流出，同時(shí)考慮各種稅費(fèi)后，得出項(xiàng)目稅后凈現(xiàn)金流量及累計(jì)凈現(xiàn)金流量，進(jìn)而通過(guò)項(xiàng)目投資現(xiàn)金流量表計(jì)算出系統(tǒng)的財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率（IRR）、財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值（NPV）。

分布式光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)是在光伏系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了儲(chǔ)能系統(tǒng)，用于企業(yè)用電的峰谷調(diào)節(jié)，同時(shí)可以補(bǔ)償光伏發(fā)電的間歇性和隨機(jī)性，使光伏發(fā)電曲線(xiàn)與企業(yè)用電負(fù)荷曲線(xiàn)更好地協(xié)同匹配，從而提高整個(gè)系統(tǒng)的整體收益[2]。分布式光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)既要考慮光伏系統(tǒng)的投資和發(fā)電收益，也要考慮儲(chǔ)能系統(tǒng)的峰谷調(diào)節(jié)收益，根據(jù)2.1、2.2節(jié)的分析，結(jié)合項(xiàng)目投資收益財(cái)務(wù)測(cè)算理論，建立分布式光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的投資收益分析模型如下。

現(xiàn)金流入見(jiàn)公式（3）。

當(dāng)0.9Q≤QJ時(shí)，CI=[An×（1-λ）×PT+An×λ×PZ]/1.13+FG×η+0.9Q×PJ×T/1.13。

當(dāng)QJ＜0.9Q≤QJ+QF時(shí)，CI=[An×（1-λ）×PT+An×λ×PZ]/1.13+FG×η+0.9QJ×PJ+（0.9Q-QJ）×PF]×T/1.13

當(dāng)QJ+QF＜0.9Q≤QJ+QF+QP時(shí)，CI=[An×（1-λ）×PT+An×λ×PZ]/1.13+FG×η+0.9QJ×PJ+（0.9Q-QJ-QF）×PP]×T/1.13

式中：CI為分布式光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)現(xiàn)金流入，F(xiàn)G×η為折舊最后一年發(fā)生；其余各參數(shù)參照2.1、2.2節(jié)。

現(xiàn)金流出如公式（4）所示。

式中：CO為光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)現(xiàn)金流出；經(jīng)營(yíng)成本主要體現(xiàn)為運(yùn)維成本=（FG+FC）×CY；增值稅（An×（1-λ）×PT+An×λ×PZ）×（1-1/1.13）；0.25分別為儲(chǔ)能系統(tǒng)第6、12、18、24年發(fā)生的電芯更換FC費(fèi)用；銷(xiāo)售稅金及附加=RZ×（城建稅5%+教育附加3%+地方附加2%）；其余各參數(shù)參照2.1、2.2節(jié)。

根據(jù)分布式光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的現(xiàn)金流入和流出，考慮項(xiàng)目的經(jīng)營(yíng)成本、折舊和附加稅等因素后，可以對(duì)分布式光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的投資收益指標(biāo)進(jìn)行測(cè)算。

財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率IRR的表達(dá)式見(jiàn)式（5）。

財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值計(jì)算公式見(jiàn)式（6）。

動(dòng)態(tài)投資回收期Pt′的表達(dá)式見(jiàn)式（7）。

式中：NPV（ic）為在基準(zhǔn)收益率時(shí)的財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值，t為測(cè)算的年限，n為計(jì)算期期數(shù)（光伏系統(tǒng)一般取25）；ic為設(shè)定折現(xiàn)率（一般取行業(yè)基準(zhǔn)收益率6%）；（CI-CO）t光伏系統(tǒng)第t年現(xiàn)金流量。

綜合上述分析，式（1）～式（5）共同構(gòu)成了分布式光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的投資收益分析模型，模型的輸入為光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的投資概算、企業(yè)用電負(fù)荷曲線(xiàn)及用電量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、財(cái)務(wù)測(cè)算相關(guān)參數(shù)，根據(jù)這些輸入數(shù)據(jù)，可以得出分布式光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)投資現(xiàn)金流量表，進(jìn)而利用財(cái)務(wù)分析軟件可以很方便地求出系統(tǒng)財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率（IRR）、財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值（NPV）等財(cái)務(wù)測(cè)算指標(biāo)，用于指導(dǎo)項(xiàng)目投資決策。

3 案例分析

該文以廣東某分布式光伏儲(chǔ)能項(xiàng)目為例，采用建立的分布式光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)投資收益分析模型對(duì)其進(jìn)行投資收益測(cè)算，得出其投資決策需要參考的關(guān)鍵測(cè)算指標(biāo)，分析各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)與投資規(guī)模的關(guān)系曲線(xiàn)，從而得出最佳的投資方案。

該項(xiàng)目屋頂可建設(shè)2.2 MW分布式光伏系統(tǒng)，光伏系統(tǒng)投資單價(jià)為4.0元/Wp，項(xiàng)目地年日照等效小時(shí)數(shù)為1228h。光伏用電與企業(yè)協(xié)議電價(jià)為0.64元/kWh，當(dāng)?shù)孛摿蛎弘妰r(jià)為0.453元/kWh，自發(fā)自用比例為85%。

根據(jù)用電企業(yè)負(fù)荷曲線(xiàn)，統(tǒng)計(jì)其尖、峰、平、谷用電量和分時(shí)段電價(jià)，見(jiàn)表1。

表1 企業(yè)用電量與電價(jià)統(tǒng)計(jì)表

項(xiàng)目擬在建設(shè)光伏電站的同時(shí)，配套建設(shè)一定比例的儲(chǔ)能系統(tǒng)，用于企業(yè)用電的峰谷調(diào)節(jié)和電網(wǎng)限電時(shí)的用電補(bǔ)充。根據(jù)市場(chǎng)詢(xún)價(jià)，當(dāng)?shù)貎?chǔ)能系統(tǒng)建設(shè)投資約1.6元/Wh，使用磷酸鐵鋰電池，充放電次數(shù)約5000次，每6年更換部分電芯，運(yùn)維費(fèi)率與光伏系統(tǒng)一致，儲(chǔ)能電池充放電效率按90%計(jì)算，尖峰段優(yōu)先考慮由儲(chǔ)能系統(tǒng)供電，高峰段由光伏系統(tǒng)和儲(chǔ)能系統(tǒng)同時(shí)供電，設(shè)置儲(chǔ)能在高峰段最大供應(yīng)1500kWh。

利用上述投資收益測(cè)算模型對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行測(cè)算，得出儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量比例與系統(tǒng)財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值及投資收益率之間的關(guān)系曲線(xiàn)如圖2所示。

從圖2可以看出，該項(xiàng)目的儲(chǔ)能配置為0 MWh～0.87 MWh，投資收益率增大，財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值快速上升；在0.87 MWh～2.54 MWh時(shí)，收益率隨儲(chǔ)能比例的增大而下降，但財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值繼續(xù)上升；超過(guò)2.54 MWh時(shí)，系統(tǒng)收益率急劇下降，財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值也急劇下降。其原因是儲(chǔ)能系統(tǒng)放電容量（0.9Q）與用戶(hù)尖、峰、平的用電量匹配引起的，當(dāng)儲(chǔ)能系統(tǒng)放電量小于用戶(hù)尖峰段用電量時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)放電量的峰谷差價(jià)全是尖峰段與谷段的差價(jià)，差價(jià)最大，收益高于光伏系統(tǒng)收益率，財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值較快增長(zhǎng)；當(dāng)儲(chǔ)能系統(tǒng)放電量大于尖峰段需電量時(shí)，有部分儲(chǔ)能放電量的差價(jià)為高峰段與谷段的差價(jià)，收益相對(duì)低一些，但此時(shí)收益率仍然超過(guò)行業(yè)基準(zhǔn)收益率6%，因此財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值繼續(xù)增長(zhǎng)，但增長(zhǎng)速度放緩。同樣，如果儲(chǔ)能系統(tǒng)的放電量超過(guò)尖峰段和高峰段，則有部分放電量以平段和谷段差價(jià)計(jì)算，收益更低。

圖2 全投資收益率與儲(chǔ)能容量關(guān)系曲線(xiàn)圖

因此，分布式光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的儲(chǔ)能配置比例應(yīng)以企業(yè)用電負(fù)荷曲線(xiàn)和峰谷價(jià)差為基礎(chǔ)進(jìn)行分析測(cè)算，得出一個(gè)最佳容量配置。如果投資企業(yè)資金有限，追求項(xiàng)目投資的最大收益率，該項(xiàng)目應(yīng)選擇配置0.87 MWh容量的儲(chǔ)能系統(tǒng)，此時(shí)系統(tǒng)最大投資收益率為10.51%，對(duì)應(yīng)財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值379萬(wàn)元（ic=6%）；如果投資企業(yè)資金充足，從追求項(xiàng)目獲取最大投資收益的角度，該項(xiàng)目配置2.54 MWh的儲(chǔ)能系統(tǒng)，此時(shí)，項(xiàng)目財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值最大為394萬(wàn)元（ic=6%），對(duì)應(yīng)光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)全投資收益率為9.78%。

4 結(jié)論

該文對(duì)分布式光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)建模和數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，繪制了儲(chǔ)能系統(tǒng)的配置比例與投資收益率及財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值之間的關(guān)系曲線(xiàn)，得出了使光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)投資收益最大化的儲(chǔ)能配置比例和滿(mǎn)足收益率要求的業(yè)主企業(yè)用電的最低峰谷價(jià)差。然后以廣東某分布式光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)為例，采用該文分布式光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)投資收益分析模型進(jìn)行測(cè)算，得出了配置0.87 MWh時(shí)，系統(tǒng)獲得最大投資收益率10.51%，配置2.54 MWh時(shí)，系統(tǒng)獲得最大財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值為394萬(wàn)元（ic=6%），為項(xiàng)目配置最優(yōu)的儲(chǔ)能容量提供了數(shù)據(jù)支撐。

由于全國(guó)各地的用電政策和分時(shí)段電價(jià)各不相同，項(xiàng)目實(shí)施企業(yè)的用電負(fù)荷曲線(xiàn)也各有差異，因此，在采用分布式光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)投資收益分析模型前，需要重點(diǎn)分析企業(yè)用電負(fù)荷曲線(xiàn)，獲取企業(yè)日常用電規(guī)律和用電電價(jià)，為模型輸入相對(duì)準(zhǔn)確的測(cè)算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，進(jìn)而利用測(cè)算模型，繪制儲(chǔ)能配置比例與投資收益率和財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值的關(guān)系曲線(xiàn)，從而得到最佳的儲(chǔ)能配置比例，獲取系統(tǒng)投資的最大收益。