并网光伏发电的低碳综合效益评估

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摘要：随着资源和能源危机的发展，世界上很多国家都纷纷关注绿色能源，而太阳能发电是一种重要的清洁能源。在低碳经济的发展趋势下，光伏发电的发展和大力推广有着重要的意义，为此文章对并网光伏发电的低碳综合效益进行了研究，分析了低碳综合效益评估的方法和模型，对电力行业中并网光伏发电的发展有着重要的价值。

关键词：并网光伏发电；低碳综合效益；碳减排；太阳能发电；绿色能源 文献标识码：A

中图分类号：X37 文章编号：1009-2374（2016）14-0085-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.14.043

并网光伏发电和分布式光伏发电有很大不同，其能够和常规电网连接，从而共同承担供电任务。随着光伏系统的发展以及材料研究的进步，现阶段的并网光伏发电的电压等级越来越高，其对于节能减排的效益也越来越大。我国是光伏产业大国，但是主要依赖外销，随着国家对清洁能源的重视，我国越来越重视光伏产品的本土消耗。因此在并网光伏发电的大背景下，分析其低碳综合效益也有着重要的现实意义。

1 并网光伏发电低碳综合效益概述

低碳综合效益评估是一项综合性很强的工作，从降低排放的角度来分析，并网光伏发电不完全是减少碳排放，例如并网光伏发电原材料的生产、集输、安装调试等过程中消耗的能量并不会降低碳排放，因此需要综合考虑。为此我们将其影响划分为低碳正效应、负效应和综合效益，显然低碳效应代表碳减排，由消极因素导致的碳排放增加则为负效应，两者之和称之为并网光伏发电的综合低碳效应。以上是评估的基本思路，并分别按照低碳正负效应两个角度分析其影响因素，最终获得并网光伏发电的低碳综合效益评估

结果。

2 并网光伏发电低碳综合效益模型构建

我们认为影响并网光伏发电低碳综合效益的因素主要有光伏发电成本、光伏发电收益、系统网损改善效益以及系统备用容量四个方面。发电效益节省了大量的化石能源的消耗，从而直接减少了碳排放，同时通过并网后售出还能取得经济效益；发电的能源是太阳能，能极大地减少发电成本，但是光伏产业的材料生产也会损耗大量的电能，增加碳排放；系统网损主要考虑并网和输电过程中的损耗以及对节能减排的影响；并网光伏发电会受到气候和天气的影响，所以需要系统有备用能量，补偿光伏发电的电能缺口，为此构建了低碳综合效益的模型。

2.1 光伏发电的收益

假设运行的第t年，并网光伏发电的发电量为Gt，则Gt为：

2.2 光伏发电的成本

光伏发电的成本投入（C2）主要表现在后期运行维护成本（Cm）和初始一次性投资成本（C0）两个方面，是两者之和。而初始阶段的一次性投入主要包含了原材料的成本、光伏制造成本和光伏设备运输成本，这其中低碳成本计算可以分两类计算。而原材料和光伏制造的电能消耗都可以估算，假设制造1个单位功率的光伏系统电能消耗为k，那么原材料和光制造造成的碳排放可以用kP0mc来表示。

而运输成本的计算为：计算光伏电站和光伏制造地之前的距离s，并估算其光伏系统的总重量W，运输过程的排放强度为g，则由于运输导致的碳排放可用Wgs表示，所以初始成本的表示为：

由于光伏发电在后期运行中有一定的维护费用，光伏板等材料的更换和维修也间接增加了碳排放，其计算方式类似于（4）式，结果为：

β表示光伏发电在实际投产后维修费用和初始投资之间的比例关系。

2.3 系统网损效益

系统网损改善可以采用对比法来进行，可以假设没有光伏发电系统网损为W1，有光伏并入后的网损设置为W2，通过W1和W2的差值可以得出系统网损的改善量，并将这个差值用W表示，即在某一个时段t内的网损改善，那么这个网损改善所带来的低碳效应C3为：

显然，当W>0时，表示这个时候网损改善表现出降低碳排放，反之则为增加碳排放。

2.4 系统备用容量成本

容量成本的评估可采用确定性评估的方法，假设这个电网系统能够为光伏发电所提供的备用容量系数为

，而P（t）表示在t时刻光伏发电所能够提供的光伏有功出力，则在这个特定时刻备用容量为P（t），而在这个特定时间系统所提供的备用容量带来的低碳效应自然是负的，其代表了系统备用容量等效的等效碳排放，设为C4可表示为：

3 光伏发电的低碳综合效益模型

上文分析了四个影响因素的评估，而低碳综合效益则为四个方面的低碳正负效应之和，即可以得到综合的低碳综合效益Cy结果为：

式中：表示光伏系统碳排放与运行年数的比值，表示每年光伏系统的碳排放；n为运行年限。

4 案例分析

4.1 案例简介

假设在某市建造10MW光伏电站，当地负荷为250MW，总投资1亿元，分5年完成，年运行维护费用比例为2%，回收期（计算用项目寿命期）取20年。采用并网多晶硅光伏系统，按照最佳倾斜角安装，每天平均峰值日照时间取4.074h，系统性能比取0.8。假设光伏设备总重量为863.21t，从光伏生产地到光伏电站距离为400km，运输碳排放强度g为0.1225kg/（t・km）。光伏上网电价取1元/（kW・h）。集中发电侧CO2排放指数取.0.9kg/（kW・h）。

4.2 低碳效益测算

光伏发电收益测算：结合式（1）～（3）可知，等效减少碳排放为10568.21MW・h；光伏发电成本测算：结合式（4）和式（5），算例系统在光伏制造阶段和运输过程中CO2排放量，则初始碳投资为19523.6t；取β=5%，则维护阶段低碳总成本为961.52t；得光伏发电低碳总成本为29841.12t。通过碳交易机制将光伏发电碳成本平均分配到光伏系统寿命周期内，相当于光伏发电每年产生CO2排放1010.21t；网损改善效益测算：从春夏秋冬季节中各选取3个典型日，利用MATPOWER软件确定每个典型日的网损改善情况，进而确定每个季节和一年的网损改善量。结合式（6）可知，其CO2等效减排为820.14t；备用容量成本测算：取备用容量系数为θ=0.25，结合式（7），可得出等效减少碳排放为2256.1t。

4.3 案例结果分析

从CO2减排效益来看，光伏发电替代传统火力发电能够取得良好的环境效益，算例中光伏系统每发1kW・h相当于直接减少碳排放554g。随着科技的进步，光伏发电成本将大幅下降，其经济效益和低碳综合效益也将更加突出。

5 结语

在大力发展清洁能源的趋势下，分析光伏发电的低碳综合效益有着重要的价值，本文分析了光伏发电的低碳综合效益影响因素，并对模型构建思路进行了分析，对其低碳综合效益评估提供了参考。

参考文献

[1] 曹阳，，袁越，张新松，郭思琪，张程飞.基于时序仿真的新能源消纳能力分析及其低碳效益评估

[J].电力系统自动化，2014，（17）.

作者简介：刘亮（1979-），男，吉林通榆人，四川招商丝路新能源有限公司副总经理，经济学硕士，研究方向：风电经济。