中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：
摘要：光熱項(xiàng)目已不再享受財(cái)政補(bǔ)貼，但源網(wǎng)荷儲(chǔ)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)成本仍處于較高水平，項(xiàng)目整體經(jīng)濟(jì)性成為制約立項(xiàng)的重要因素。本文以西北地區(qū)某大型風(fēng)光基地“光熱+光伏”一體化項(xiàng)目為例，提出改進(jìn)項(xiàng)目收益的三個(gè)優(yōu)化方案，采用“有無(wú)對(duì)比”的方法，計(jì)算各方案增量?jī)衄F(xiàn)值率，選擇最優(yōu)方案。
引言
由于光伏發(fā)電受季節(jié)、晝夜、天氣變化等氣象條件影響，發(fā)電量存在一定間歇性。“十四五”能源規(guī)劃中提出推動(dòng)光熱發(fā)電與風(fēng)電、光伏融合發(fā)展，在“雙碳”背景下西北地區(qū)建設(shè)大型風(fēng)光基地成為近期熱點(diǎn)，通過(guò)光熱與光伏等清潔能源配套建設(shè)源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化項(xiàng)目，利用光熱輸出穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)和儲(chǔ)能電站的調(diào)節(jié)能力，可以有效補(bǔ)償光伏發(fā)電的出力，彌補(bǔ)光伏“看天吃飯”的不足，提高光資源利用率，實(shí)現(xiàn)多種電源形式互補(bǔ)運(yùn)行。
“光熱+新能源”模式中光熱通過(guò)合理利用光伏棄電，進(jìn)行熔融鹽電加熱，將能量存儲(chǔ)在儲(chǔ)熱系統(tǒng)中，根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度調(diào)節(jié)機(jī)組出力，充分發(fā)揮光熱的儲(chǔ)能調(diào)節(jié)能力和電網(wǎng)系統(tǒng)支撐能力，提升新能源發(fā)電的穩(wěn)定性及可靠性。同時(shí)預(yù)留遠(yuǎn)景設(shè)計(jì)空間，可采取市場(chǎng)化交易，購(gòu)入其他電站棄電，進(jìn)而提高地區(qū)整體新能源消納比例，構(gòu)建清潔高效的新型電力系統(tǒng)。
目前對(duì)于“光熱+光伏”項(xiàng)目的研究方向，主要有基于數(shù)學(xué)優(yōu)化的仿真程序，提出高比例新能源系統(tǒng)發(fā)展的思路，光熱電站的電加熱器優(yōu)化模型，聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化模型，以系統(tǒng)運(yùn)行效益最優(yōu)為目標(biāo)，建立模糊的多目標(biāo)優(yōu)化模型，光熱電站的容量選取和最優(yōu)配置。當(dāng)前光熱建設(shè)及運(yùn)維成本高，項(xiàng)目整體經(jīng)濟(jì)性成為制約源網(wǎng)荷儲(chǔ)項(xiàng)目中光熱配置的最大因素。此類項(xiàng)目可研階段主流設(shè)計(jì)思路主要為增大光伏配置比例，利用光伏的低建設(shè)成本、低運(yùn)營(yíng)成本的優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)光熱經(jīng)濟(jì)性不足的劣勢(shì)，提高項(xiàng)目整體收益。故利用數(shù)學(xué)模型研究電站最優(yōu)容量配置是當(dāng)前研究熱點(diǎn)，而源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化項(xiàng)目的投資收益優(yōu)化研究較少涉及。
本文基于以上研究，以西北地區(qū)某風(fēng)光大基地項(xiàng)目為例，以凈現(xiàn)值率為測(cè)算指標(biāo)，研究提高“光熱+光伏”項(xiàng)目收益的方法，分析各方案投入產(chǎn)出，并以凈現(xiàn)值率高低為判斷標(biāo)準(zhǔn)，選擇最優(yōu)方案，為大型源網(wǎng)荷儲(chǔ)項(xiàng)目?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。
1 投資收益研究
凈現(xiàn)值率(net present value rate，NPVR)，又稱凈現(xiàn)值指數(shù)，是以項(xiàng)目全壽命周期現(xiàn)金流作為對(duì)象，根據(jù)已設(shè)定的折現(xiàn)率求得的項(xiàng)目計(jì)算期的凈現(xiàn)值與其投資現(xiàn)值的比率，是動(dòng)態(tài)投資收益指標(biāo)。不同于凈現(xiàn)值這一絕對(duì)指標(biāo)只能衡量項(xiàng)目為企業(yè)帶來(lái)超額盈利的數(shù)額，凈現(xiàn)值率的經(jīng)濟(jì)學(xué)含義是指單位投資所能帶來(lái)的凈現(xiàn)值，可以反映項(xiàng)目單位投資盈利能力，即有限投資能產(chǎn)生的最大價(jià)值。反映了方案無(wú)風(fēng)險(xiǎn)收益效率，可評(píng)價(jià)項(xiàng)目的盈利性，也可用于比較方案的投資效率。用于投資額不等的項(xiàng)目比較時(shí)，該項(xiàng)指標(biāo)彌補(bǔ)凈現(xiàn)值、收益率等指標(biāo)未考慮項(xiàng)目投資額大小的不足，可考察投資的利用效率，便于對(duì)標(biāo)同行業(yè)其他企業(yè)的投資收益，用于投資策略改進(jìn)。將凈現(xiàn)值率作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，有利于約束企業(yè)投資資金，提高資源利用率，防止企業(yè)為追求超額盈利盲目鋪攤子，更加契合企業(yè)經(jīng)營(yíng)發(fā)展目標(biāo)。故本項(xiàng)目應(yīng)用凈現(xiàn)值率進(jìn)行項(xiàng)目投資收益優(yōu)化研究。
凈現(xiàn)值率NPVR的計(jì)算公式如下：
凈現(xiàn)值率的優(yōu)勢(shì)可用于評(píng)價(jià)運(yùn)營(yíng)期不同的對(duì)比方案：設(shè)方案的運(yùn)營(yíng)期為n，分析期為N，在分析期中方案的周期數(shù)為α，則N=α·N。
設(shè)分析期的凈現(xiàn)值率為NPVP(N)，運(yùn)營(yíng)期的凈現(xiàn)值率為NPVP(n)，則：
由以上公式可知，方案運(yùn)營(yíng)期內(nèi)的凈現(xiàn)值率始終等于分析期的凈現(xiàn)值率，即當(dāng)各方案的運(yùn)營(yíng)期不同時(shí)，仍可用凈現(xiàn)值率作為測(cè)算指標(biāo)評(píng)價(jià)方案的收益。
2 算例分析
2.1 項(xiàng)目概況
截至2022年，項(xiàng)目所在省份總裝機(jī)容量44 680 MW，其中風(fēng)電裝機(jī)9 720 MW，光伏及光熱裝機(jī)18 420 MW，新能源項(xiàng)目裝機(jī)占比62.98%。項(xiàng)目所在地區(qū)由于風(fēng)光資源優(yōu)質(zhì)，新能源項(xiàng)目裝機(jī)占比高達(dá)98%。“十四五”期間除已建在建項(xiàng)目外，光電可開(kāi)發(fā)容量為1.57億kW(含光熱150萬(wàn)kW)。本項(xiàng)目屬于該地區(qū)風(fēng)光大基地項(xiàng)目，基地年太陽(yáng)輻射量為1 790.11 kWh/m2，附近已建成多個(gè)光儲(chǔ)、光熱電站，項(xiàng)目光資源條件及交通運(yùn)輸條件較好。
本項(xiàng)目總裝機(jī)容量1 000 MW，其中光熱裝機(jī)容量為100 MW，光伏交流側(cè)裝機(jī)容量為900 MW，符合光熱與光伏容量1∶9的最優(yōu)配置。通過(guò)合理調(diào)節(jié)日間熔融鹽吸收功率，在春、秋、冬三季，可進(jìn)一步減少光伏棄電率。本項(xiàng)目建設(shè)范圍為光熱及光伏電站，配套升壓站及外送線路由國(guó)網(wǎng)出資建設(shè)?；窘?jīng)濟(jì)參數(shù)見(jiàn)表1所列。
表1 項(xiàng)目財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)邊界條件數(shù)據(jù)表
由以上邊界條件，根據(jù)《建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法與參數(shù)(第三版)》的計(jì)算原則，可得項(xiàng)目資本金內(nèi)部收益率為5.56%，資本金財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值為1 270.84萬(wàn)元。
2.2 提升項(xiàng)目收益策略研究
提升項(xiàng)目收益可從以下三個(gè)方面展開(kāi)：
1)優(yōu)化光熱設(shè)計(jì)方案，提高光熱發(fā)電量，利用光熱高電價(jià)優(yōu)勢(shì)，提升項(xiàng)目整體發(fā)電效益；
2)從項(xiàng)目整體運(yùn)維角度出發(fā)，考慮項(xiàng)目自身能源供給模式，充分利用源網(wǎng)荷儲(chǔ)項(xiàng)目中棄光等未利用能源，降低運(yùn)營(yíng)期外購(gòu)電成本；
3)提高光伏發(fā)電收益，合理設(shè)置光熱和新能源的容量配比，利用光伏低運(yùn)維成本優(yōu)勢(shì)，增大光伏容配比，提高直流側(cè)發(fā)電量，最終降低度電成本，提升發(fā)電效益，提高源網(wǎng)荷儲(chǔ)項(xiàng)目整體收益率。
基于以上提升項(xiàng)目投資收益方法，設(shè)計(jì)如下優(yōu)化方案：
1)增加鏡場(chǎng)面積，增加光熱集熱和儲(chǔ)熱容量，建立鏡場(chǎng)面積、投資、發(fā)電量、收益率四者之間的函數(shù)關(guān)系，選擇最優(yōu)鏡場(chǎng)面積，提高光熱發(fā)電量；
2)提高電加熱器功率，充分利用白天光伏棄電加熱熔融鹽，延長(zhǎng)儲(chǔ)熱時(shí)長(zhǎng)，提高光熱發(fā)電量，同時(shí)拉高綜合電價(jià)，減少運(yùn)營(yíng)期外購(gòu)電費(fèi)。
通過(guò)增加較少的投資，換取更高的收益；
3)提高光伏容配比，增加光伏發(fā)電量，用光伏較高的收益補(bǔ)貼光熱較高的運(yùn)維費(fèi)用支出。
2.3 方案比選
本文采用“有無(wú)對(duì)比”的方法，計(jì)算方案改進(jìn)所需投資，分析改進(jìn)后項(xiàng)目全壽命周期內(nèi)的現(xiàn)金流量。
1)方案一
本項(xiàng)目現(xiàn)有方案為45萬(wàn)m2鏡場(chǎng)，可將鏡場(chǎng)擴(kuò)大至80萬(wàn)m2，新增定日鏡設(shè)備及安裝費(fèi)25 600萬(wàn)元，新增鏡場(chǎng)電纜400萬(wàn)元，新增建設(shè)場(chǎng)地征用及清理費(fèi)350萬(wàn)元。每年新增運(yùn)維費(fèi)用180萬(wàn)元，光熱年上網(wǎng)電量新增9 600萬(wàn)kWh，年發(fā)電收入增加3 117萬(wàn)元。
2)方案二
本項(xiàng)目光熱部分現(xiàn)有方案為配置10 MW電加熱器，可調(diào)整為80 MW電加熱器，充分利用光伏棄電。由此增加電加熱器設(shè)備費(fèi)3 800萬(wàn)元；增加熔融鹽量，由此增加設(shè)備費(fèi)1 420萬(wàn)元；增加廠內(nèi)35 kV電纜及35 kV開(kāi)關(guān)柜，由此增加電纜安裝及材料費(fèi)720萬(wàn)元，增加開(kāi)關(guān)柜設(shè)備費(fèi)135萬(wàn)元；光熱年上網(wǎng)電量新增1 700萬(wàn)kWh，年發(fā)電收入增加552萬(wàn)元，利用光伏棄電補(bǔ)充光熱廠用電，年外購(gòu)電量由6.18 GWh下降至1.37 GWh，年外購(gòu)電費(fèi)下降172萬(wàn)元。
3)方案三
本項(xiàng)目現(xiàn)有方案為容配比1∶1.2，可調(diào)整為容配比1∶1.3，新增光伏部分靜態(tài)投資3.4億元，新增建設(shè)場(chǎng)地征用及清理費(fèi)1 800萬(wàn)元。光伏年上網(wǎng)電量新增18 200萬(wàn)kWh，年發(fā)電收入增加4 144萬(wàn)元。
通過(guò)對(duì)以上方案進(jìn)行全壽命周期現(xiàn)金流量分析，各方案財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)參數(shù)見(jiàn)表2所列。
表2 各方案財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)參數(shù)表
根據(jù)投資方設(shè)定的開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目可接受的最低標(biāo)準(zhǔn)收益水平，資本金基準(zhǔn)收益率設(shè)定為5.5%。
根據(jù)以上條件，可得三個(gè)方案的財(cái)務(wù)指標(biāo)見(jiàn)表3所列。
表3 各方案財(cái)務(wù)指標(biāo)匯總表
對(duì)以上三個(gè)方案進(jìn)行財(cái)務(wù)分析，可知方案一收益率5.94%，增量?jī)衄F(xiàn)值為8 658萬(wàn)元，凈現(xiàn)值率33.76%，方案二收益率5.68%，增量?jī)衄F(xiàn)值為2 647萬(wàn)元，凈現(xiàn)值率44.77%，方案三收益率6.04%，增量?jī)衄F(xiàn)值為11 142萬(wàn)元，凈現(xiàn)值率31.98%。方案三收益率最高，凈現(xiàn)值最大，增量投資最大，而凈現(xiàn)值率較低，說(shuō)明單位投資產(chǎn)生的收益較低；方案二收益率最低，凈現(xiàn)值最小，增量投資最小，而凈現(xiàn)值率較高，說(shuō)明單位投資產(chǎn)生的收益較高。在投資有限的情況下，考慮投資機(jī)會(huì)成本，選擇方案二較為合理。
該方案優(yōu)化思路為提高電加熱器功率，增加光熱電站儲(chǔ)熱時(shí)長(zhǎng)，增強(qiáng)光熱機(jī)組的調(diào)峰能力，減少光伏棄電率，提高光熱系統(tǒng)總發(fā)電量。由實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，本項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)期內(nèi)每天儲(chǔ)熱時(shí)長(zhǎng)增加1 h，新增投資為6 075萬(wàn)元，增量?jī)衄F(xiàn)值為2 647萬(wàn)元，凈現(xiàn)值率最高，為經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)方案。且增加電加熱器功率的方案選擇符合政策傾向，《“十四五”能源規(guī)劃》中提出推進(jìn)長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)熱型光熱發(fā)展，該省能源局《關(guān)于征求加快“十四五”光熱發(fā)電項(xiàng)目建設(shè)政策措施意見(jiàn)建議的函》中提到的鼓勵(lì)配置大功率電制熱設(shè)備加熱熔鹽。故本項(xiàng)目推薦選擇方案二作為提高項(xiàng)目投資收益的優(yōu)化方案。
3 結(jié)語(yǔ)
本文以西北地區(qū)某大型風(fēng)光基地“光熱+光伏”一體化項(xiàng)目為例，提出提高項(xiàng)目收益的三個(gè)優(yōu)化方案，采用“有無(wú)對(duì)比”的方法，計(jì)算各方案增量?jī)衄F(xiàn)值率。在新增投資有限的情況下，經(jīng)判斷增大電加熱器功率，充分利用光伏棄電為提高收益的最優(yōu)策略，該方案選擇符合政策傾向，經(jīng)濟(jì)性最佳。
光熱項(xiàng)目相較其他類型發(fā)電項(xiàng)目，投資及運(yùn)維費(fèi)用較高，但由于其較好的調(diào)節(jié)能力，可以有效彌補(bǔ)其他新能源發(fā)電項(xiàng)目的不足，提高風(fēng)、光資源利用率，實(shí)現(xiàn)多種電源形式互補(bǔ)運(yùn)行。在“雙碳”背景下，西北地區(qū)的大型風(fēng)光基地配置光熱已成為近期熱點(diǎn)，源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化運(yùn)行對(duì)項(xiàng)目建設(shè)單位及咨詢?cè)O(shè)計(jì)方也提出了更高要求，雙方應(yīng)持續(xù)優(yōu)化方案，結(jié)合當(dāng)?shù)仉娏肯{情況，通過(guò)加裝電加熱器等二次能源利用設(shè)備，充分利用棄光等能源，獲取更高投資收益。
本文研究?jī)?nèi)容屬于融資后財(cái)務(wù)分析，其財(cái)務(wù)指標(biāo)受利率、還款年限、還款方式等多項(xiàng)因素影響，后續(xù)研究可以圍繞源網(wǎng)荷儲(chǔ)項(xiàng)目一體化運(yùn)營(yíng)模式，及全壽命周期的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益等方面，進(jìn)一步研究多目標(biāo)決策問(wèn)題。
