光伏电站运维度电成本探讨.docx
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光伏电站运维度电成本探讨
光伏电站运维度电成本探讨
度电成本（LevelizedCostOfElectricity，简称LCOE），即每度光伏电量的成本。
在目前标杆电价下，光伏电站的LCOE水平，基本代表了电站的赢利能力。
LCOE主要受发电量和总成本的影响。
其中，总成本=初始投资+运营维护费用+设备维修费用；
寿命期内发电量主要取决于：
太阳能资源水平、系统配置、运行方式、电站PR值、融资成本、智能化运维水平。
可见，影响LCOE的因素很多。
其中，除“太阳能资源水平”为不可控因素外，其他的各项因素都可以改善和优化。
本文通过建立典型地面电站项目模型，仅从“初始投资成本”、“PR值”两个角度，分析一下逆变器选型对于LCOE的影响。
1典型地面电站模型
为了进行准确的分析，本文建立了一个典型的光伏电站模型，相关条件如下：
1）电站地点：
假设在西部某地，纬度为35°~40°，海拔3000m以内，太阳能总辐射年总量为1800kWh/m2（I类资源区）。
2）电站规模：
50MW；其中，光伏组件60MW、逆变器50MW，系统配置按“光伏组件：
逆变器=1.2:
1”考虑；
3）选用260W多晶硅组件，按10年衰减10%、25年衰减20%进行发电量计算；整个电站系统效率按80%考虑。
4）其他：
固定式运行方式，方阵倾角采用35°，年峰值小时数为2100h；独立柱基，以110kV电压等级送出；
7）假设不同情形下，未提及的光伏电站所有其他条件均相同。
8）除从“汇流箱~箱变”之外，其他设备造价估算如下表。
光伏电站部分投资估算表
序号
设备
单价
规模
总价（万元）
1
光伏组件及安装
3.5
40MW
14000
2
列阵支架、基础及安装
0.6
40
2400
3
电气二次设备及安装
--
40
960
4
升压变电设备及安装
---
40
1200
5
建筑工程费用
0.6
40
2400
6
其他费用
---
40
3200
7
总价
24160
一、配电设备
说明：
上述费用不包含汇流箱、直流配电柜、逆变器、箱变、直流电缆、交流电缆等费用。
8）运营维护费和设备维修费用：
为简化计算，按平均每年1000万、25年25000万元考虑。
2三种型式逆变器设计方案
目前，市场上的主要逆变器类型包括：
集中式、集散式、组串式。
本文从“初始投资成本”、“PR值”两个角度对三种型式逆变器进行对比。
在进行数据对比之前，先分析一下选用不同逆变器对方案的影响。
整个光伏电站的设计方案为：
20块265W光伏组件组成1个串联之路，每个方阵为2个并联支路；190个方阵组成一个1.07MW的发电单元。
整个光伏电站由40个发电单元组成，总容量为42.8MW。
集中式每个发电单元设计方案为：
光伏组串所发电量用PV1-F-1×4电缆汇入14台汇流箱（12个16进1出，2个8进1出），再以450~820V的直流电压用ZR-YJY22-0.6/1-2×50电缆汇入2台直流配电柜，之后以450~820V的直流电压用ZR-YJY22-0.6/1-2×50电缆汇流进入2台500kW逆变器，转化为315V的交流电后，用ZR-YJY22-0.6/1-3×185汇入一台1000kVA的箱式变压器。
集散式每个发电单元设计方案为：
光伏组串所发电量用PV1-F-1×4电缆汇入14台控制器（12个16进1出，2个8进1出），再以820V的直流电压用ZR-YJY22-0.6/1-2×50电缆汇入2台直流配电柜，之后以820V的直流电压用ZR-YJY22-0.6/1-2×50电缆汇流进入1台1000kW逆变器，转化为540V的交流电后，用ZR-YJY22-0.6/1-3×185汇入一台1000kVA的箱式变压器。
组串式每个发电单元设计方案为：
光伏组串出线用PV1-F-1×4电缆汇入35台28kW组串式逆变器，转化为480V交流电后用YJV-0.6/1kV-3×6电缆汇入交流配电柜汇流，再用ZR-YJY22-0.6/1-3×185电缆以480V交流电压汇入一台1000kVA的箱式变压器。
此方案中，光伏组件：
逆变器=1.226：
1，略高于集中式、集散式。
集中式、集散式的发电单元如下图所示：
图1集中式／集散式每个单元布置方式
组串式的发电单元如下图所示：
三种方案的设备用量情况如下图所示：
3逆变器选型对造价的影响分析
根据上述布置方案，对三种型式的造价进行估算。
集中式逆变器、直流配电柜、箱变、交直流电缆线投资
序号
项目
数量（台）
单价（万）
总价（万元）
1
汇流箱
560
0.35
196
2
直流配电柜
80
1.5
120
3
逆变器
80
15
1200
4
双分裂箱式变压器
40
15
600
5
直流电缆：
PV1-F-1-4
336
1.2
403.2
6
直流电缆：
ZR-YJY22-0.6/1-2X50
44KM
9
396
7
交流电缆ZR-YJY22-0.6/1-3X185
3.2
40
128
8
总价：
3043.2
40MWP小计：
3043.2万元
集散式逆变器初始投资估算
序号
项目
数量（台）
单价（万）
总价（万元）
1
控制器
560
1.5
840
2
直流配电柜
80
1.5
120
3
逆变器
40
22
880
4
双绕组箱式变压器
40
15
600
5
直流电缆：
PV1-F-1-4
336
1.2
403.2
6
直流电缆：
ZR-YJY22-0.6/1-2X50
44KM
9
396
7
交流电缆ZR-YJY22-0.6/1-3X185
1.6
40
64
8
总价：
3303.2
组串式逆变器及其他初始投资估算
序号
项目
数量（台）
单价（万）
总价（万元）
1
逆变器
1400
1.4
1960
2
交流配电柜
200
0.8
160
4
双绕组箱式变压器
40
19
760
5
直流电缆：
PV1-F-1-4
248
1.2
297.6
6
交流电缆：
YJV-0.6/1kv-3X6
42KM
3
126
7
交流电缆ZR-YJY22-0.6/1-3X185
12
40
480
8
总价：
3783.6
从上表可以看出，集中式的造价最低，集散式与集中式相差不大；组串式逆变器虽然造价比集中式高0.2元/W，但综合造价仅高出0.11元/W。
4逆变器选型对PR值的影响分析
通过图3，可以清楚的看到，选用三种型式的逆变器，主要差别体现在：
电气设备用量、电缆长度、电压水平三个方面。
因此，其对PR（发电效率）值的影响，主要体现在电气设备效率和线损上。
先来看线路损耗。
计算线路损失时，按照光伏组件的平均工作状态考虑，即辐照度为800W/m2时：
P=193W、U=28.3V、I=6.84A
经计算，各种技术路线的线路损失如下。
说明：
由于线损计算时，组件功率按193W考虑，因此在计算线损百分比时，电站功率按43.47MW考虑。
由于线缆长度的差异，造成线损的差异，从而造成MPPT电压差异。
由于集散式、组串式都能在组串段，对每个组串的MPPT进行精确跟踪，因此，此项损失暂不考虑；而传统的集中式逆变器，由于每个发电单元仅有2路MPPT，因此要按电压最低的组串考虑（即离逆变器最远的组串）。
经计算，集中式由于MPPT电压跟踪造成的损失按150kW考虑，约为0.34%。
在看设备的转化效率。
根据公开数据，不同类型的逆变器欧洲效率均标示为98.5%。
综上所述，采用不同型式逆变器，造成的PR值差异如下表。
通过上表分析，逆变器之前的光伏系统效率按89%以内。
当辐照度为1000W/m2时，59.488MW光伏组件出力经折减到达逆变器时的功率约为52.9MW。
由于集中式、集散式2*500kW和1000kW逆变器的最大输入功率分别为2*550kW和1100kW，不会产生弃光；组串式28kW的最大输入功率为28.2kW，会产生弃光。
当辐照度为932W/m2及以下时，光伏组件出力经折减到达组串式逆变器时不会产生弃光；根据某地实际统计数据，太阳能辐照度为932W/m2及以上的总辐射量，占一年总辐射量的9.8%。
因此，组串式逆变器全年由于光伏组件超配产生的弃光率按0.67%考虑。
基于年峰值小时数为2100h、PR值、弃光率进行计算，三种型式逆变器的发电量情况如下表所示。
说明1：
如果不考虑弃光，则组串式的投资将会增加，因此项仅供参考。
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