湖北省光伏發(fā)電項目經(jīng)濟(jì)性預(yù)測研究

　　要： 基于平準(zhǔn)化度電成本模型， 結(jié)合湖北省實例樣本數(shù)據(jù)， 構(gòu)建 2016—2019 年湖北省光伏發(fā)電的成本結(jié)構(gòu)框架，分析影響建設(shè)及度電成本的主要因素。 設(shè)置低等、 中等與高等三種情景模式與作用因子， 研究不同情形下湖北省光伏度電成本的未來發(fā)展趨勢， 討論不同影響因子對度電成本下降的驅(qū)動效果。 結(jié)果發(fā)現(xiàn)： 若無外力干預(yù)， 湖北省光伏度電成本下降緩慢， 預(yù)計將于“十四五” 末期甚至“十五五” 初期方能達(dá)到平價上網(wǎng)要求; 核心部件成本下降及能源利用效率提升將大幅促進(jìn)度電成本的降低; 政策因素可顯著減少隱性成本從而推動光伏度電成本加速下降。

　　本文源自馮赫; 龍妍; 周銘， 能源與節(jié)能 發(fā)表時間：2021-04-25 《能源與節(jié)能》雜志，于1996年經(jīng)國家新聞出版總署批準(zhǔn)正式創(chuàng)刊，CN:14-1360/TD，本刊在國內(nèi)外有廣泛的覆蓋面，題材新穎，信息量大、時效性強(qiáng)的特點，其中主要欄目有：節(jié)能減排、環(huán)境資源、技術(shù)研究、實踐運用等。

　　關(guān)鍵詞： 光伏發(fā)電; 平準(zhǔn)化度電成本; 情景分析

　　中國是全球主要的碳排放國之一[1-2] ， 為應(yīng)對氣候變化風(fēng)險， 中國大力發(fā)展以光伏為代表的新能源發(fā)電技術(shù)[3-5] 。 然而， 光伏發(fā)展初期高度依賴補(bǔ)貼政策， 給國家財政造成了巨大負(fù)擔(dān)[6-7] 。 近年來， 隨著技術(shù)指標(biāo)不斷上升， 光伏發(fā)電成本顯著下降。 同時， 政府陸續(xù)出臺去補(bǔ)貼、 推競價、 促平價等一系列管理政策， 標(biāo)志著中國光伏發(fā)電行業(yè)即將進(jìn)入平價上網(wǎng)新時代[8-9] 。但是， 中國各省區(qū)太陽能資源稟賦差異較大， 部分資源較好地區(qū)目前已基本達(dá)到去補(bǔ)貼要求， 而湖北省由于資源較為貧乏， 發(fā)電成本高， 實現(xiàn)平價上網(wǎng)仍有一定難度[10-11] 。 因此， 亟需針對湖北省開發(fā)本地化的光伏發(fā)電成本核算模型， 厘清成本下降中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和風(fēng)險節(jié)點， 對湖北省未來光伏度電成本做合理預(yù)測。

　　目前， 關(guān)于新能源發(fā)電經(jīng)濟(jì)性評估的研究成果并不多， 通過調(diào)研相關(guān)文獻(xiàn)資料， 發(fā)現(xiàn)主要存在以下 2 個問題： a) 雖然以往研究構(gòu)建了較為完善的度電成本核算模型， 并量化分析了影響新能源發(fā)電成本的主要驅(qū)動因素， 但是大部分研究距離現(xiàn)階段時間較長， 缺乏對近期成本下降的動態(tài)追蹤和情景分析， 無法準(zhǔn)確反映當(dāng)下不同新能源發(fā)電技術(shù)的實際度電成本， 亦不利于合理預(yù)測發(fā)電成本的未來變化趨勢[12-19] ; b) 大部分研究均集中在國家或整體層面， 尚未有文獻(xiàn)聚焦特定省份， 尤其是針對可再生能源資源相對貧乏地區(qū)做精細(xì)化的成本核算與分析[20-23] 。

　　鑒于此， 本文基于現(xiàn)有研究基礎(chǔ)， 以新能源資源匱乏的湖北省為研究對象， 通過收集并整理歷史資料， 分析湖北省近幾年光伏發(fā)電項目的成本結(jié)構(gòu)， 結(jié)合平準(zhǔn)化度電成本模型， 分別設(shè)立低等、 中等、 高等情景模式，并假定不同的驅(qū)動因素和影響因子， 預(yù)測 3 種情景下湖北省未來光伏度電成本及其發(fā)展趨勢。

　　1 平準(zhǔn)化度電成本模型

　　1.1 采樣方法與數(shù)據(jù)來源

　　該研究以湖北省光伏電站為分析對象， 通過查閱 2016—2019 年間的 《中國電力年鑒》 與 《中國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展線路圖 (2019 年版)》， 并對湖北省內(nèi)的光伏電站進(jìn)行實地走訪調(diào)研， 收集 2016—2019 年間湖北省光伏電站實際生產(chǎn)運營資料， 包括光伏電站的年發(fā)電量與年運營維護(hù)成本等數(shù)據(jù)。 通過查閱 2016—2019 年間的 《中國光伏發(fā)展報告》 等行業(yè)報告， 收集 2016— 2019 年間湖北省光伏電站的建設(shè)成本資料， 包括光伏組件數(shù)據(jù)、 管理費用、 融資成本等關(guān)鍵數(shù)據(jù)， 并以此構(gòu)建基于湖北省本地化參數(shù)的光伏度電成本模型。

　　1.2 模型參數(shù)設(shè)定

　　平準(zhǔn)化度電成本 (Levelized Cost of Electricity， LCOE)模型是國際上通用的用來評估發(fā)電項目經(jīng)濟(jì)性的方法模型， 該模型數(shù)學(xué)表達(dá)式如式(1)所示：

　　式(1)中， LCOE 為平準(zhǔn)化度電成本， 元 /(kW·h); Pdynamic_cost 為建設(shè)成本， 元， 其主要包括管理費用、 電網(wǎng)接入成本、 一次性土地費用、 電纜價格、 二次設(shè)備 (監(jiān)控、 通信等設(shè)備)、 一次設(shè)備 (箱變、 主變、 開關(guān)柜、 升壓站(50 MW， 110 kV) 等設(shè)備)、 建安費用、 固定式支架、集中式逆變器、 組件價格、 融資成本等部分， 其中融資成本由融資年利率和融資周期構(gòu)成; TO&M 為電站運行年限， a; n 為電廠運行至第 n 年; Ddepreciation 為電廠損耗，元; Rtax 為稅率， 本次研究中取 0%; Rdiscount 為電廠每年折舊率; PO&M 為電廠每年運維成本， 元; Vresidual_value 為固定資產(chǎn)價值， 元; Eaccrual 為電廠年發(fā)電量， kW·h， 其主要取決于裝機(jī)容量及年發(fā)電小時數(shù)。 模型分子 4 個部分分別表示建設(shè)成本、 資產(chǎn)折舊及稅收、 運維成本、固定資產(chǎn)殘值現(xiàn)值， 分母表示發(fā)電量現(xiàn)值。

　　2 湖北省光伏發(fā)電成本及經(jīng)濟(jì)性預(yù)測分析

　　2.1 光伏電站建設(shè)成本及其結(jié)構(gòu)分析

　　光伏電站的成本主要由建設(shè)成本與運維成本兩部分構(gòu)成。 建設(shè)成本包括組件、 逆變器、 支架、 電纜、 一次設(shè)備、 二次設(shè)備等關(guān)鍵設(shè)備的成本， 和一次性土地費用， 電網(wǎng)接入成本， 建安、 管理費用及融資成本等。運維成本主要涵蓋了光伏電站運行期間的人力成本和設(shè)備維護(hù)費用。 湖北省光伏產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)實情況和企業(yè)實地調(diào)研結(jié)果顯示， 近年來湖北省光伏電站運維成本基本保持不變。 2016—2019 年湖北省光伏電站建設(shè)成本及其構(gòu)成情況如表 1 所示。

　　由表 1 可知， 從整體角度看， “十三五” 期間湖北省光伏電站的建設(shè)成本持續(xù)下降， 2016—2019 年湖北省光伏電站的建設(shè)成本分別為 7.75 元/W， 7.17 元/W， 5.22 元/W， 4.45 元/W， 年復(fù)合增長率為 -16.88%， 2019年建設(shè)成本較 2016 年下降 42.58%， 降幅明顯。 其中， 對光伏電站建設(shè)成本逐年下降貢獻(xiàn)最大的是光伏組件成本。 2016—2019 年湖北省光伏電站建設(shè)成本結(jié)構(gòu)中組件費用分別為3.30元/W， 3.00元/W， 2.00元/W， 1.80元/W， 年復(fù)合增長率為 -18.29%， 2019 年組件費用較 2016 年下降 45.45%， 組件費用的下降速率與幅度均基本與光伏電站整體建設(shè)成本的變化趨勢持平。 從所占份額看， 2016 年湖北省光伏電站建設(shè)成本結(jié)構(gòu)中組件部分的成本占比為 42.58%， 其次為建設(shè)安裝成本， 占比約為 12.90%。 2019 年組件占光伏電站建設(shè)成本的比例為 40.45%， 較 2016 年略有下降， 但仍大幅領(lǐng)先于占比位居第二的建筑安裝成本， 其成本占比僅為 14.16%。 2016 年與 2019 年湖北省光伏電站建設(shè)成本構(gòu)成情況如圖 1 所示。

　　2.2 光伏電站度電成本及其結(jié)構(gòu)分析

　　為研究湖北省光伏電站的發(fā)電經(jīng)濟(jì)性， 本節(jié)以 2016—2019 年湖北省光伏電站建設(shè)成本及運維成本相關(guān)數(shù)據(jù)作為樣本資料， 以 100 MW 光伏電站為研究對象， 假設(shè)折舊率為 10%， 設(shè)定運行年限為 20 a， 年發(fā)電小時數(shù)為 1 200 h， 構(gòu)建基于湖北省本地化參數(shù)的光伏電站 LCOE 模型， 具體結(jié)果如表 2 所示。

　　由表 2 可知， 從整體層面看， 近年來湖北省光伏電站度電成本下降趨勢明顯。 2016—2019 年湖北省光伏電站的平準(zhǔn)化度電成本分別為 0.80 元 /(kW·h)， 0.74 元/(kW·h)， 0.55 元/(kW·h)， 0.48 元/(kW·h)， 年復(fù)合增 長 率 -11.99% ， 2019 年 度 電 成 本 較 2016 年 下 降 66.67%。 從影響度電成本的參數(shù)看， 2016—2019 年湖北省光伏電站的年運維成本及年發(fā)小時數(shù)基本保持恒定，分別為 0.05 元/W與 1 200 h， 因此“十三五” 期間湖北省光伏電站度電成本的持續(xù)降低主要歸功于建設(shè)成本的下降。 2017 年、 2018 年、 2019 年湖北省光伏電站的建設(shè)成本較 2016 年的降幅分別達(dá)到 7.48%， 32.65%， 42.58% ， 而 同 年 度 電 成 本 的 降 幅 分 別 為 7.50% ， 31.25%， 40.00%， 二者基本保持一致， 再次佐證了光伏電站建設(shè)成本的降低是光伏發(fā)電度電成本下降的主要驅(qū)動力。 截至 2019 年底， 湖北省光伏電站的度電成本為 0.48 元/(kW·h)， 盡管較之前已實現(xiàn)大幅下降， 但與同年湖北省燃煤發(fā)電標(biāo)桿上網(wǎng)電價 0.40 元/(kW·h)仍有一定差距。

　　2.3 光伏電站建設(shè)及度電成本預(yù)測分析

　　該研究將影響光伏度電成本的因素歸納為投資成本與發(fā)電效率兩大類， 其中投資成本主要由核心組件、其他設(shè)備及管理融資等組成， 發(fā)電效率則主要通過年平均發(fā)電小時數(shù)體現(xiàn)。 設(shè)立低等、 中等、 高等 3 種情景模式。 其中， 低等情景的主要影響因素為建設(shè)成本， 中等情景的主要影響因素為年平均發(fā)電小時數(shù)， 高等情景則是在中等情景的基礎(chǔ)上增加政府干預(yù)因素。 最后，基于 LCOE 模型， 分別計算 3 種情景模式下湖北省未來的新能源度電成本， 并量化分析新能源度電成本下降過程中各影響因素的絕對貢獻(xiàn)率。 2025 年與 2030 年湖北省光伏電站建設(shè)與度電成本在低等情景模式下的預(yù)測值與 2019 年對比情況如表 3 所示。

　　光伏電站建設(shè)的審批流程復(fù)雜， 建設(shè)周期長， 建設(shè)成本的變化對光伏度電成本的下降至關(guān)重要。 由表 3 可知， 在低等情景模式下， 光伏電站建設(shè)成本 (包括融資成本， 下同) 的逐年降低有效驅(qū)動了光伏度電成本的持續(xù)下降。 根據(jù)測算結(jié)果， 在假設(shè)建設(shè)成本由 2019 年的 4.45 元/W 分別降至 2025 年的 3.83 元/W 與 2030 年的 3.60 元/W 時， 光伏度電成本將由 2019 年的 0.48 元/(kW·h)分別降至 2025 年的 0.42 元/(kW·h)與 2030 年的 0.39 元/(kW·h)， 降幅分別為 7.60%和12.59%，即建設(shè)成本每下降 1.00 元 /W， 度電成本將同步降低約 0.10 元/(kW·h)。 其中， 綜合表 1 數(shù)據(jù)可知， 組件費用占建設(shè)成本的比例在 40%以上， 其他成本雖亦有下降趨勢但空間不大， 因此組件成本降低將直接帶動建設(shè)成本下降從而推動度電成本降低。

　　除降低成本以外， 效率提升是促進(jìn)光伏平價上網(wǎng)早日實現(xiàn)的另一關(guān)鍵因素。 因此， 在中等情景模式下，將年發(fā)電小時數(shù)作為第二影響因素， 考察其對光伏度電成本下降的作用效果。 由表 4 可知， 在建設(shè)成本逐漸下降的基礎(chǔ)上， 假設(shè)年發(fā)電小時數(shù)由 2019 年的 1 200 h 分別提升至 2025 年的 1 350 h 與 2030 年的 1 500 h， 光伏度電成本將由 2019 年的 0.48 元/(kW·h)分別降至 2025 年的 0.37 元/(kW·h)和 2030 年的 0.32 元/(kW·h)，降幅分別為 17.87%， 30.07%。 與低等情景相比， 在 2025 年， 當(dāng)年發(fā)電小時數(shù)提升 150 h 時， 度電成本隨之下降了 0.05 元/(kW·h)， 降幅為 11.11%， 降本效果顯著; 在 2030 年， 當(dāng)年發(fā)電小時數(shù)提升 300 h 的情況下，度電成本僅降低了 0.07 元/(kW·h)， 降幅為20.00%， 并未隨著發(fā)電小時數(shù)的增加而增加， 可見雖然度電成本在技術(shù)不斷發(fā)展的同時將會持續(xù)下降， 但由效率提升所帶來的降本效果將會逐漸下降。

　　核心組件的成本下降及能效提升勢必會推進(jìn)新能源度電成本下降。 此外， 新能源電站還存在其他隱性成本，譬如接入成本、 土地費用與融資成本。 鑒于此， 在高等情景模式中， 將政策手段作為第三影響因素， 考察在政府干預(yù)的情況下， 通過大幅度降低電網(wǎng)接入成本， 土地費用與融資成本對光伏度電成本下降的影響效果。 由表 4 可知， 假設(shè)在建設(shè)成本不斷下降與年發(fā)電小時數(shù)持續(xù)提升的基礎(chǔ)上， 高等情景下 2025 年與 2030 年的電網(wǎng)接入費用與土地成本均為 0 元/W， 同時融資成本快速下降， 2025 年與 2030 年分別為 0.15 元/W與 0.05 元/W， 則光伏度電成本將由 2019 年的 0.48 元/(kW·h)分別降至 2025 年的 0.33 元/(kW·h)與 2030 年的 0.28 元/(kW·h)，降幅分別為 30.25%與 42.15%。 與中等情景相比較， 2025 年， 度電成本降低了 0.04 元/(kW·h)， 其中由于電網(wǎng)接入費用的下降， 帶動了度電成本降低約 0.017 4 元/(kW·h)，貢獻(xiàn)率為 46.51%， 土地成本和融資成本的下降分別帶動了度電成本降低約 0.013 9 元/(kW·h)與 0.006 1 元/(kW·h)，貢獻(xiàn)率分別為 37.21%和 16.28%; 2030 年， 度電成本同樣降低了 0.04 元/(kW·h)， 其中由于電網(wǎng)接入費用、 土地成本以及融資成本的降低分別帶動了度電成本下降約 0.014 9 元/(kW·h)， 0.011 7 元/(kW·h)， 0.012 5 元/(kW·h)，貢獻(xiàn)率分別為 38.00%， 30.00%， 32.00%。 2025 年與 2030 年湖北省光伏電站建設(shè)及度電成本在中、 高等情景模式下的預(yù)測值與 2019 年對比情況如表 4 所示。

　　3 結(jié)語

　　研究基于 LCOE 模型， 結(jié)合湖北省實例樣本數(shù)據(jù)，分析了近年來湖北省光伏發(fā)電的度電成本及其組成結(jié)構(gòu)， 同時通過設(shè)立低等、 中等、 高等情景模式， 預(yù)測湖北省未來光伏度電成本的發(fā)展趨勢及主要影響因素，得出以下結(jié)論：

　　a) 在無外力因素干預(yù)的條件下， 湖北省光伏度電成本下降較為緩慢。 研究結(jié)果顯示， 在低等情景模式下， 湖北省光伏發(fā)電項目的運維成本及年發(fā)電小時數(shù)均保持不變， 僅有建設(shè)成本自然降低， 預(yù)計光伏度電成本將于“十四五” 末期甚至“十五五” 初期方能達(dá)到平價上網(wǎng)要求。

　　b) 降低核心組件成本并提高能效技術(shù)水平有利于推動光伏度電成本降低。 研究結(jié)果顯示， 光伏電站建設(shè)成本每降低 1 元/W將帶動度電成本下降約 0.1 元/(kW·h)，而作為影響光伏發(fā)電的關(guān)鍵因素， 光伏組件占建設(shè)成本的比例在 40%以上， 因此組件費用的下降對降低建設(shè)成本及度電成本具有決定性作用。 另外， 年發(fā)電小時數(shù)每提升 150 h， 將帶來約 0.05 元/(kW·h)的度電成本下降幅度， 因此采用更優(yōu)材料或技術(shù)提升利用效率將進(jìn)一步促進(jìn)度電成本降低。

　　c) 政策因素可通過干預(yù)隱性成本從而加速光伏度電成本的下降。 研究結(jié)果顯示， 電網(wǎng)接入費用每降低 0.20 元/W 將會推動度電成本下降約 0.016 2 元/(kW·h);土地成本每降低 0.16 元 /W， 可幫助度電成本下降約 0.012 8 元/(kW·h); 融資成本每降低 0.115 元/W， 可帶動度電成本下降約 0.009 3 元/(kW·h)。 因此， 政府可通過加大對光伏發(fā)電項目的干預(yù)力度， 促進(jìn)湖北省光伏發(fā)電早日實現(xiàn)平價上網(wǎng)。