考虑不同补贴方式的分布式光伏运维模式决策

邱腾飞,曹 潇，郭雅娟，陈锦铭，殷文倩，刘皓明

（1.中国电力科学研究院，南京 210003；2.国网江苏省电力公司 电力科学研究院，南京 211113；3.河海大学 能源与电气学院，南京 210098）

◆研究与探讨◆

考虑不同补贴方式的分布式光伏运维模式决策

邱腾飞1,曹 潇1，郭雅娟2，陈锦铭2，殷文倩3，刘皓明3

（1.中国电力科学研究院，南京 210003；2.国网江苏省电力公司 电力科学研究院，南京 211113；3.河海大学 能源与电气学院，南京 210098）

随着传统能源的日渐枯竭，国内外多个国家把开发利用可再生能源作为实施可持续发展、低碳经济的重要战略措施之一。光伏发电作为一种灵活、环保、高效的发电方式受到了越来越广泛的关注。近年来，美国、日本、英国等国家纷纷制订了一系列光伏产业发展政策，我国各级政府也颁布了光伏上网电价政策、投资补贴政策及其他激励政策，以指导和扶持光伏产业的发展。截至2015年底，我国光伏装机容量已达到4 158万kW，2016年国家能源局提出的“十三五”时期可再生能源发展目标中，力争2020年光伏发电达到1.5亿kW［1］。

分布式光伏发展过程中面临众多不确定因素，如运维模式、投资者经济效益和各类风险等。目前已有文献对分布式光伏的运维模式和成本效益开展研究，文献［2］详细分析了分布式发电的3种典型运维模式，比较了各模式潜在的风险及相关运维主体权责；文献［3］建立了不同运营模式下光伏发电的全寿命周期成本效益计算模型，并进行了敏感性分析；文献［4］以互联网推动分布式光伏系统发展为切入点分析了节能服务公司运营分布式光伏的成本收益模型；文献［5］考虑分布式电源的环境友好性，将其环境效益量化为直接经济效益；文献［6］和文献［7］量化了分布式发电在降低线损、环境效益、延缓输配电建设等方面的效益，但是没有明确对不同运营模式下不同投资主体的经济效益进行评估；文献［8］和文献［9］针对不同的分布式光伏投资主体，对其经济效益和运营策略进行建模研究，但所涉及的补贴方式没有细化。

已有研究可知，除了单位投资成本和年利用小时数之外［9］，选择不同的补贴方式和运维模式也会对投资主体的经济效益产生不同程度的直接影响。本文基于分布式光伏的全寿命周期成本效益模型，计及典型的政府补贴政策，对比不同运维模式的特点进行经济效益评估，给出不同补贴方式下分布式光伏的最优运维模式决策，为投资建设分布式光伏、选择合适的运维模式提供参考依据。

1 典型分布式光伏补贴方式

当前，考虑到分布式光伏投资建设成本较大，尚不具备完全商业化运营环境，政府补贴和扶持政策是保障其可持续发展的重要措施。全球多个国家和地区针对分布式发电制定了一系列扶持和优惠政策。美国支持分布式发电的主要鼓励政策可概括为以下3点［10］：①减免分布式发电项目部分投资税；②缩短分布式发电项目资产的折旧年限；③简化分布式发电项目经营许可证审批程序。日本分布式发电鼓励政策主要包括以下3方面［11］：①对城市分布式发电单位进行减税或免税；②鼓励银行、财团对分布式发电系统出资或融资；③允许非公共事业类供应商对大电力用户售电。德国在光伏发电发展的过程中不断调整和完善其扶持政策［12］：①EEG2000制订了固定上网电价，EEG2004提出太阳能补贴逐年递减机制；②EEG2010削减对光伏发电项目的大部分补贴；③EEG2012上网电价下调率灵活调整机制；④EEG2014增加对光伏设施“直接营销”模式的补贴。

我国政府在光伏发电不同发展阶段，针对不同地区和规模制定了相应补贴政策。在我国光伏发电发展初期，初始投资补贴是光伏发电建设的主要补贴形式，其中最著名的是“金太阳”示范工程［13］。经过几年的发展，我国光伏发电初具规模，补贴政策的重点逐渐由初始投资补贴向上网电价补贴转移。不同于初始建设投资补贴，上网电价补贴方式更讲究实效，需要发电企业真实发出电量才能得到相应补贴，因此更能够激励分布式光伏发电上网。

2016年国家发改委《关于调整新能源标杆上网电价的通知（征求意见稿）》［14］中指出，利用建筑物屋顶及附属场所建设的分布式光伏发电项目，在项目备案时可以选择自发自用、余电上网或全额上网中的一种模式。针对“自发自用余量上网”和“全额上网”2种分布式光伏发电模式采取不同的补贴方式。

补贴方式I：针对“自发自用余量上网”模式，实施全电量补贴，余量上网电量由电网企业按照当地燃煤机组标杆上网电价收购。

补贴方式II：针对“全额上网”模式，按照集中式光伏电站上网标杆电价执行；部分地区为鼓励光伏发电产业的发展，制定高于标杆电价的上网电价标准，高出的部分由省级财政承担。

在国家补贴政策的基础上，各省市针对本地区光伏发电发展情况，也制定了不同类型的追加补贴政策，因地制宜推动了分布式光伏产业的发展。

2 分布式光伏全寿命周期成本效益分析

2.1 全寿命周期成本分析

分布式光伏的全寿命周期成本主要包括初始建设成本、运行维护成本和残值费用。

（1）初始投资成本

分布式光伏系统的初始投资成本包括配置相应容量的光伏组件、电站中功率转换系统、并网设备、监控设备等所需要的成本，与其装机容量有关，可以表示为

式中:Ccap为分布式光伏的初始投资成本，元；cp为单位容量的价格，元/kW；P为分布式光伏系统的装机容量，kW。

（2）运行维护成本

运行维护成本是指分布式光伏系统投资建成后的运行、维护和管理费用，贯穿整个系统的全寿命周期。分布式光伏电站运行维护工作主要分为日常维护、集中维护和应急维护，年总运行维护成本CO&M可以表示为

式中：kO&M为分布式光伏系统的年运行维护率，指运行维护费用占初始投资费用的比例，%；kop为运维主体实施运维工作时的盈利率。

（3）残值费用

残值是指分布式光伏寿命周期结束后的剩余价值。采用直线折旧法来量化残值时，分布式光伏系统的残值CR可表示为

式中:kR为分布式光伏设备平均残值约占设备初始投资的比例，%。

因此，分布式光伏的全寿命周期内的第t年的成本可以表示为

式中:y0为分布式光伏建设年限，年；N=y0+A为项目寿命周期，A为光伏设备寿命。

2.2 全寿命周期效益分析

分布式光伏全寿命周期内可能获得的直接经济收益包括：全额上网收益、发电量补贴、余量上网收益和节省的购电费用。不同补贴方式下，其具体经济效益有所不同：补贴方式I下，获得的经济收益将包括电量补贴费用、节省的购电费用和余量上网收益；补贴方式II下，获得的经济效益为发电量全额上网收益。

（1）全额上网收益

分布式光伏选择“全额上网”发电模式时，其售电收益可以表示为

式中:B1,t为分布式光伏“全额上网”模式下的年售电收益，元/年；E1,t为分布式光伏的年上网电量（即发电量），kWh；R1为分布式光伏全额上网的上网标杆电价，元/kWh；R1l单位上网电量的地方电价补贴，元/ kWh。

（2）全电量补贴收益

针对“自发自用余量上网”的分布式光伏，实施全电量补贴，某分布式光伏可获年电量补贴收益为

其中:B2,t为年发电量补贴收益，元/年；Rsub为分布式光伏的单位发电量补贴，元/kWh。

（3）节省的购电费用

分布式光伏所发电量优先自发自用，就减少了向电网购电的电量，节省的购电费用可表示为

式中:B3,t为用户每年节省的购电费用，元/年；E2,t为用户的自用电量，kWh；Rs为电网平均售电电价，元/kWh。

（4）余电上网收益

分布式光伏选择“自发自用余量上网”模式时，其余量上网部分由电网企业按照当地燃煤机组标杆上网电价收购，在标杆电价基础上给予一定的电价补贴。因此，分布式光伏由此获得的余电上网收益可以表示为

式中:E3,t为分布式光伏的剩余上网电量，有E2,t+E3,t=E1,t；Rb为当地上网标杆电价，元/kWh；R2为余电上网部分电价补贴，元/kWh。

2.3 分布式光伏经济效益评估指标

经济效益评估是项目投资评价的核心内容，各经济指标可从不同角度反映项目的经济性。本文选取净现值、内部收益率和投资回收期3个指标作为分布式光伏的经济效益评估指标。

（1）净现值

利用净现金效益量的总现值与净现金投资量算出净现值，依据净现值的大小来评价投资方案。净现值为正值，投资方案可行；净现值为负值，投资方案不可行。净现值越大，投资方案越好。计算公式为

式中:NPV为投资项目净现值；Bt为第t年现金流入量；Ct为第t年现金流出量；i0为基准折现率；g为通货膨胀率。

（2）内部收益率

内部收益率（internal rate of return，IRR）是指投资项目在整个计算期内各年净现金流量现值累计等于0时的折现率，是考察项目盈利能力的主要动态指标，其表达式为

（3）投资回收期

投资回收期（payback period，PP）指通过资金回流量来回收投资的年限，包括静态投资回收期和动态投资回收期。静态回收期为

动态回收期为

式中：t*为累计净现金流量现值出现正值的年份。

3 不同补贴方式下分布式光伏运维模式决策

对于某一分布式光伏项目，其可行的运维模式主要有3种：业主运维模式、委外运维模式和合作运维模式。分布式光伏的投资主体可根据自身运维能力和经验选择不同的运维模式。业主运维模式下，投资主体在前期需购买运维设备，组织培训运维人员，这就增加了初期运维成本的投入；委外运维模式下，投资主体需要支付给专业运维公司较高的运维费用；合作运维模式介于前2种运维模式之间，由业主和运维公司共同承担风险、共享收益，效益分享比例由双方协商确定。可见，选择不同的运维模式，投资主体最终获得的经济效益不同。本文仅针对最具有代表性的业主运维模式和委外运维模式进行分析。

3.1 补贴方式I：“自发自用余量上网”模式

分布式光伏选择“自发自用余量上网”的补贴方式时，其在第t年的经济收益为

（1）业主运维模式

分布式光伏在第t年的成本如式（4）所示。当选择业主运维模式时，支出的运维费用为真实运维成本，即运维工作盈利率kop=0。

（2）委外运行模式

将业主将运维工作委托给专业运维公司，运维公司将获取一定的利润回报，分布式光伏项目向运维公司支付的运维费用大于真实运维成本，因此，分布式光伏第t年的成本项仍为C，但其中运维工作盈利率kop≠0。

3.2 补贴方式II：“全额上网”模式

分布式光伏选择“全额上网”的补贴方式时，其在第t年的经济收益为

当选择业主运维模式和委外运维模式时，其在第t年的成本与补贴方式I下2种模式时的成本费用相同。

4 算例分析

以北京某地区商业用户投资建设的分布式光伏发电示范区为例，示范区在每栋建筑屋顶布置光伏板，形成商业住宅社区内的建筑一体化并网型光伏发电项目。项目相关技术、经济参数分别见表1和表2所示。

表1 项目技术参数

表2 项目经济参数

4.1 成本和收益项构成

基于分布式光伏的技术和经济参数，根据前文分布式光伏全寿命周期成本和经济效益构成项，可计算得出该分布式光伏发电项目的成本和收益项基础经济数据，如表3所示。

表3 分布式光伏成本和收益项基础经济数据

4.2 不同补贴方式和运维模式下经济效益比较

下文为方便计算和比较，假设选择“自发自用余量上网”模式（补贴方式I）时，自发自用电量占总发电量的比例x=20%；假设选择委外运维模式时，运维公司盈利率kop=1.0，即运维公司获得的运维费用为其真实运维成本的2倍。

由此，基于净现值、内部收益率和动态投资回收期3个经济指标，用户选择不同补贴方式和运维模式时的经济效益如表4所示。

表4 不同补贴方式和运维模式下经济效益

由表4可知，2种运维模式下，无论选择哪种补贴方式，分布式光伏用户选择业主运维模式时其所获经济效益均为最大，内部收益率较高，投资回收期也相对较短。而2种补贴方式相比，无论选择哪种运维模式，补贴方式II的经济效益优于补贴方式I。

上述结果的前提条件是对运维盈利率和自用电量比例做了一定的假设，下面分析运维盈利率和自用电量比例对不同补贴方式和不同运维模式下分布式光伏用户经济效益的影响。

4.3 相关影响因素分析

年利用小时数、补贴标准、投资成本、寿命周期、运维盈利率和自用电量比例都会影响分布式光伏用户经济收益。其中，对于不同的补贴方式和运维模式，年利用小时数、补贴标准、投资成本和寿命周期是共性影响因素，而运维盈利率kop和自用电量比例x则对补贴方式和运维模式的选择决策具有较大影响。

（1）运维盈利率

取自发自用电量比例x=20%，采用委外运维模式，改变运维工作的运维盈利率时，2种补贴方式下分布式光伏用户效益随之改变，如图1所示。

图1 运维盈利率kop对用户效益的影响

可见，2种补贴方式下所能接受的最大运维盈利率均小于6，当运维盈利率大于等于6时，分布式光伏全寿命周期净现值为负，说明此时委外运维模式不再适用。

（2）自发自用电量比例

补贴方式I下，当自用电量占总发电量比例x变化时，选择不同运维模式投资者获得的经济效益也有所不同，如图2所示。其中，委外运维模式中kop=1。

图2 自用电量比例x对用户效益的影响

由于电网平均售电电价相对较高，因此补贴方式I下，用户效益随自用电量比例增大而增加，并且业主运维模式下的净现值和内部收益率始终大于其在委外运维模式下的值。业主运维和委外运维2种模式下最高内部收益率分别可达到18.59%和17.79%。而补贴方式II下内部收益率为13.41%，当自用电量比例小于0.23时，补贴方式I下用户效益低于补贴方式II。因此，为获取最大化经济效益，分布式光伏用户应根据当地电网售电电价、自用电量合理选择补贴方式。

5 结束语

本文分析了我国分布式光伏的补贴政策，建立了分布式光伏全寿命周期成本效益模型，基于“自发自用余量上网”和“全额上网”2种光伏发电补贴方式、针对业主运维和委外运维两种典型模式，采用净现值、内部收益率和动态回收期3个经济指标进行经济效益评估，给出了自用电量比例和运维盈利率对经济效益影响的定量分析。本文工作对于光伏用户选择合适的补贴方式和运维模式具有一定的指导意义。D

［1］ 刘冰，张静，李岱昕，等.储能在发电侧调峰调频服务中的应用现状和前景分析［J］.储能科学与技术，2016，5（6）:909-914.

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［9］ 薛金花，叶季蕾，陶琼，等.面向不同投资主体的分布式光伏运营策略研究［J］.电网技术，2016，41（1）:93-98.

［10］何海婷.国外分布式能源发展状况（二）——美国分布式发电现状、政策和前景.［R/OL］.中国能源网.(2012-02-01)［2017-02-15］.http://blog.china5e.com/hehaiting/archives/7424.

［11］何海婷.国外分布式能源发展状况（三）——日本分布式发电市场分布及布局情况.［R/OL］.中国能源网.(2012-02-01)［2017-02-15］.http://blog.china5e.com/hehaiting/archives/7522.

［12］谢秦，宗志刚.德国分布式光伏补贴政策变化及其对中国的启示［J］.电气时代，2015，（2）:37-39.

［13］财政部.太阳能光电建筑应用财政补助资金管理暂行办法（财建［2009］129号）［Z］.北京:财政部，2009.

［14］国家发展和改革委员会.关于调整新能源标杆上网电价的通知（征求意见稿）［Z］.北京:国家发展改革委员会，2013.

Decision on operation and maintenance modes for distributed PV power generation considering different subsidies

QIU Teng⁃fei1,CAO Xiao1,GUO Ya⁃juan2,CHEN Jin⁃ming2,YIN Wen⁃qian3,LIU Hao⁃ming3

（1.China Electric Power Research Institute,Nanjing 210003,China;2.Jiangsu Electric Power Company Research Institute,Nanjing 211113,China;3.College of Energy and Electrical Engineering,Hohai University,Nanjing 210098,China）

针对我国分布式光伏的不同补贴政策，首先建立分布式光伏的全寿命周期成本效益模型，然后对比不同典型运维模式的特点，通过净现值、内部收益率和动态投资回收期3个指标对不同补贴方式下采用不同运维模式时的分布式光伏经济效益进行量化。最后通过某案例计算，对比分析了运维公司盈利率和自用电量比例对分布式光伏用户效益的影响，为光伏用户选择合适的补贴方式和运维模式提供参考。

分布式光伏;运维模式;经济效益;补贴;全寿命周期

Based on different subsidies for distributed photo⁃voltaic(PV)power generation in China,the cycle-life cost and bene⁃fit models of distributed PV are established in this paper,and char⁃acteristics of typical operation and maintenance(O&M)modes of PV are compared and discussed.Three economic indicators,including Net Present Value,Internal Rate of Return and Dynamic Payback Period,are used to evaluate the economic benefits of PV users under different O&M modes and different subsidies.Finally,a case study is carried out,and two main influent factors for economic benefits of PV users are discussed,including profit margins of O&M company and the proportion of electric power consumption for personal use. This study can provide reference for PV owners to operate under dif⁃ferent subsidy and O&M modes.

distributed PV generation;operation&mainte⁃nance modes;economic benefits,subsidy,life-cycle

F407.61

B

1009-1831（2017）03-0005-05

10.3969/j.issn.1009-1831.2017.03.002

2017-02-15；

2017-03-30

国家电网公司科技项目“基于多源数据融合与移动互联网技术的分布式新能源公共信息服务平台研究与应用”（NY71-16-034）

邱腾飞（1987），男，江苏宿迁人，硕士，工程师，主要从事光伏发电大数据中心监控、故障诊断与运维等方面的工作。