華電陜西能源有限公司 李 焱

1 分析方法

組串式逆變器分散式和虛擬集中式兩種布置方案在設(shè)計中的差別主要體現(xiàn)在交、直流電纜的選型和敷設(shè)方面[1]。方案的差別分別對初期投資成本和每年發(fā)電量產(chǎn)生影響，進而影響項目最終的收益率。因此，需要對兩種方案在投資成本和發(fā)電量收益方面產(chǎn)生的影響進行量化分析，以此判別兩種方案的優(yōu)劣勢。本文以3.15MW 方陣為研究對象，以某項目為例，分別對不同超配比時兩種布置方案進行研究，對比不同電價條件下投資成本變化和發(fā)電量收益變化之間的關(guān)系，最終以經(jīng)濟指標為依據(jù)判定兩種方案之間的優(yōu)劣。

2 邊界條件

以某光伏發(fā)電項目為例，當?shù)厮娇傒椛淞繛?463.8kWh/m2，各月氣象信息見表1。方陣交流側(cè)容量為3120kW，直流側(cè)容量隨著接入路數(shù)的不同而不同，見表2。項目采用540W 單晶雙面組件，208kW 組串式逆變器，固定支架傾角為35°，2×26上下兩排豎向布置，支架前后排間距為14.6m，組串布置形式為2×13上下串接，每組支架安裝2串組件。選擇光伏電纜型號為PFG1169-1×4，交流電纜分別選擇YJLHY23-0.6/1kV-3×95/120/150鋁合金電纜，交流電纜截面根據(jù)實際交流線損確定。上網(wǎng)電價暫按0.25元/kWh 計算。

表1 光伏發(fā)電項目當?shù)貧庀笄闆r

表2 項目集中與分散布置組串式逆變器接入容量情況

3 分析流程

針對表2中給出的不同超配比，分析過程主要分為以下6個步驟，如圖1所示。

圖1 超配比確定時分析流程圖

總圖布置：針對組串式虛擬集中式與分散式兩種方案進行總圖布置設(shè)計，分散式方案將各逆變器分散地布置在各組串中間位置，虛擬集中式方案將各逆變器集中布置在箱變周圍；電纜量統(tǒng)計：根據(jù)各方案的總平面設(shè)計圖選擇電纜型號及統(tǒng)計長度；成本分析:根據(jù)統(tǒng)計電纜清冊及各電纜近期單價分析成本變化情況；損耗計算：根據(jù)電纜清冊對光伏方陣的交直流線損進行計算；發(fā)電量仿真：根據(jù)方陣布置情況，在仿真軟件中選擇相應的電氣設(shè)備，布置三維模型，進行全年發(fā)電量仿真，計算全生命周期的發(fā)電量；經(jīng)濟性分析：根據(jù)方陣全生命周期的發(fā)電量和電價，計算相應的發(fā)電量收益并折算到第一年的凈現(xiàn)值，比較凈現(xiàn)值差異和投資成本差異，判斷經(jīng)濟性優(yōu)劣。

4 投資成本分析

組串式分散式和虛擬集中式總圖布置方案分別如圖2、圖3所示。

圖2 分散式布置平面圖

圖3 虛擬集中式布置平面圖

由圖3可以發(fā)現(xiàn)，虛擬集中式布置與分散式布置兩種方案主要的區(qū)別就是電纜用量的不同。目前，國內(nèi)光伏發(fā)電項目中，在電纜選型時，組件至組串式逆變器的電纜通常為1×4光伏專用銅芯電纜，而組串逆變器至箱變的電纜因鋁合金電纜成本較低，目前已普遍使用。根據(jù)線損控制要求，組串逆變器輸出側(cè)至箱變的電纜分別選擇YJLHY23-0.6/1kV-3×95/120/150三種規(guī)格的鋁合金電纜，每種電纜的長度、設(shè)備及建安總費用見表3。

表3 項目集中與分散布置組串式逆變器不同方案電纜長度及費用統(tǒng)計表

由表3可以看出，當組串式逆變器輸出側(cè)的交流電纜使用鋁合金電纜時，集中式布置方案成本普遍高于分散式方案成本。

5 發(fā)電量分析

分別計算組串式逆變器的發(fā)電量[2]，從而得到虛擬集中式和分散式兩種布置形式對應的發(fā)電量，結(jié)果見表4。由表4數(shù)據(jù)可以看出，隨著容配比的逐漸增加，兩種方案可利用小時數(shù)差異逐步增加，STC 直流及交流線損也在逐步增加。其中，除集中式方案1可利用小時數(shù)＜分散式方案1外，其余方案虛擬集中式可利用小時數(shù)≥分散式布置。

表4 不同方案發(fā)電量及可利用小時數(shù)統(tǒng)計表

由表4可知，集中式布置方案直流線損高于分散式方案0.9%左右，集中布置方案交流線損低于分散式方案0%～1.24%。相同裝機容量下，集中式布置交流線損減小的幅度大于直流線損增加的量，因此集中式布置發(fā)電量高于分散式布置。

6 經(jīng)濟評價

因集中式和分散布置方案電纜及建安費用均發(fā)生在項目建設(shè)初期，但是發(fā)電量增發(fā)卻發(fā)生在未來25年的不同時期，為科學地對比兩種方案的經(jīng)濟性，本文把光伏電站未來25年不同時期內(nèi)發(fā)生的發(fā)電量收益都折算為投資起點的現(xiàn)值，然后與初期的投資比較，據(jù)此進行方案的經(jīng)濟性評價和比較。下文以方案4容配比為1.21的計算結(jié)果舉例說明。

當電價為0.25元/kWh 時，將25年的發(fā)電量按照8%的貼現(xiàn)率折算到第一年，得到發(fā)電量差異的凈現(xiàn)值為2.53萬元。虛擬集中式布置比分散式布置多投入了16.485萬元，但是只帶來了2.53萬元的增益，虛擬集中式布置相比于分散式布置多出的投資和增加的收益總凈現(xiàn)值為-13.955萬元＜0，因此分散式布置經(jīng)濟性更好，見表5。

表5 電價0.25元/kWh 方案4兩種布置的電量收益差（集中-分散）

按照類似的方法對不同容配比的6種方案進行分析，虛擬集中式布置相比于分散式布置多出的投資和增加的收益總凈現(xiàn)值變化曲線如圖4所示。

圖4 不同容配比下總凈現(xiàn)值變化曲線（集中-分散，單位：萬元）

由圖4可知，在電價為0.25元/kWh 的條件下，組串式逆變器虛擬集中式布置方案不具有經(jīng)濟性優(yōu)勢。方案1到方案6容量從3.26MW 增加至4.12MW，從曲線可以看出方陣容量越大分散式布置優(yōu)勢越大。

7 電價敏感性分析

不同上網(wǎng)電價對于兩種布置方案經(jīng)濟性也有影響。上網(wǎng)電價分別選擇0.25元/kWh、0.322元/kWh、0.4207元/kWh，從數(shù)據(jù)可以看出，隨著上網(wǎng)電價逐漸增高，多發(fā)電量價值越大折現(xiàn)到首年凈現(xiàn)值與電價成正比，但是遠遠低于凈現(xiàn)值平衡點（凈現(xiàn)值為0），即凈現(xiàn)值=未來報酬總現(xiàn)值-新增建設(shè)投資總額。當上網(wǎng)電價為1.2元/kWh 時，凈現(xiàn)值才有可能＞0，即未來報酬總現(xiàn)值大于新增建設(shè)投資總額，如圖5所示。

圖5 不同容配比時不同電價條件下的凈現(xiàn)值

8 研究結(jié)果

通過對不同容配比，不同電價，組串式逆變器常規(guī)分散布置和虛擬集中布置的投資成本和發(fā)電量收益方面產(chǎn)生的影響進行量化分析，對光伏項目優(yōu)先推薦采用交流鋁合金電纜+組串式逆變器分散布置方案。