湖北省光伏发电项目经济性预测研究

　　要： 基于平准化度电成本模型， 结合湖北省实例样本数据， 构建 2016—2019 年湖北省光伏发电的成本结构框架，分析影响建设及度电成本的主要因素。 设置低等、 中等与高等三种情景模式与作用因子， 研究不同情形下湖北省光伏度电成本的未来发展趋势， 讨论不同影响因子对度电成本下降的驱动效果。 结果发现： 若无外力干预， 湖北省光伏度电成本下降缓慢， 预计将于“十四五” 末期甚至“十五五” 初期方能达到平价上网要求; 核心部件成本下降及能源利用效率提升将大幅促进度电成本的降低; 政策因素可显著减少隐性成本从而推动光伏度电成本加速下降。

　　本文源自冯赫; 龙妍; 周铭， 能源与节能 发表时间：2021-04-25 《能源与节能》杂志，于1996年经国家新闻出版总署批准正式创刊，CN:14-1360/TD，本刊在国内外有广泛的覆盖面，题材新颖，信息量大、时效性强的特点，其中主要栏目有：节能减排、环境资源、技术研究、实践运用等。

　　关键词： 光伏发电; 平准化度电成本; 情景分析

　　中国是全球主要的碳排放国之一[1-2] ， 为应对气候变化风险， 中国大力发展以光伏为代表的新能源发电技术[3-5] 。 然而， 光伏发展初期高度依赖补贴政策， 给国家财政造成了巨大负担[6-7] 。 近年来， 随着技术指标不断上升， 光伏发电成本显著下降。 同时， 政府陆续出台去补贴、 推竞价、 促平价等一系列管理政策， 标志着中国光伏发电行业即将进入平价上网新时代[8-9] 。但是， 中国各省区太阳能资源禀赋差异较大， 部分资源较好地区目前已基本达到去补贴要求， 而湖北省由于资源较为贫乏， 发电成本高， 实现平价上网仍有一定难度[10-11] 。 因此， 亟需针对湖北省开发本地化的光伏发电成本核算模型， 厘清成本下降中的关键环节和风险节点， 对湖北省未来光伏度电成本做合理预测。

　　目前， 关于新能源发电经济性评估的研究成果并不多， 通过调研相关文献资料， 发现主要存在以下 2 个问题： a) 虽然以往研究构建了较为完善的度电成本核算模型， 并量化分析了影响新能源发电成本的主要驱动因素， 但是大部分研究距离现阶段时间较长， 缺乏对近期成本下降的动态追踪和情景分析， 无法准确反映当下不同新能源发电技术的实际度电成本， 亦不利于合理预测发电成本的未来变化趋势[12-19] ; b) 大部分研究均集中在国家或整体层面， 尚未有文献聚焦特定省份， 尤其是针对可再生能源资源相对贫乏地区做精细化的成本核算与分析[20-23] 。

　　鉴于此， 本文基于现有研究基础， 以新能源资源匮乏的湖北省为研究对象， 通过收集并整理历史资料， 分析湖北省近几年光伏发电项目的成本结构， 结合平准化度电成本模型， 分别设立低等、 中等、 高等情景模式，并假定不同的驱动因素和影响因子， 预测 3 种情景下湖北省未来光伏度电成本及其发展趋势。

　　1 平准化度电成本模型

　　1.1 采样方法与数据来源

　　该研究以湖北省光伏电站为分析对象， 通过查阅 2016—2019 年间的 《中国电力年鉴》 与 《中国光伏产业发展线路图 (2019 年版)》， 并对湖北省内的光伏电站进行实地走访调研， 收集 2016—2019 年间湖北省光伏电站实际生产运营资料， 包括光伏电站的年发电量与年运营维护成本等数据。 通过查阅 2016—2019 年间的 《中国光伏发展报告》 等行业报告， 收集 2016— 2019 年间湖北省光伏电站的建设成本资料， 包括光伏组件数据、 管理费用、 融资成本等关键数据， 并以此构建基于湖北省本地化参数的光伏度电成本模型。

　　1.2 模型参数设定

　　平准化度电成本 (Levelized Cost of Electricity， LCOE)模型是国际上通用的用来评估发电项目经济性的方法模型， 该模型数学表达式如式(1)所示：

　　式(1)中， LCOE 为平准化度电成本， 元 /(kW·h); Pdynamic_cost 为建设成本， 元， 其主要包括管理费用、 电网接入成本、 一次性土地费用、 电缆价格、 二次设备 (监控、 通信等设备)、 一次设备 (箱变、 主变、 开关柜、 升压站(50 MW， 110 kV) 等设备)、 建安费用、 固定式支架、集中式逆变器、 组件价格、 融资成本等部分， 其中融资成本由融资年利率和融资周期构成; TO&M 为电站运行年限， a; n 为电厂运行至第 n 年; Ddepreciation 为电厂损耗，元; Rtax 为税率， 本次研究中取 0%; Rdiscount 为电厂每年折旧率; PO&M 为电厂每年运维成本， 元; Vresidual_value 为固定资产价值， 元; Eaccrual 为电厂年发电量， kW·h， 其主要取决于装机容量及年发电小时数。 模型分子 4 个部分分别表示建设成本、 资产折旧及税收、 运维成本、固定资产残值现值， 分母表示发电量现值。

　　2 湖北省光伏发电成本及经济性预测分析

　　2.1 光伏电站建设成本及其结构分析

　　光伏电站的成本主要由建设成本与运维成本两部分构成。 建设成本包括组件、 逆变器、 支架、 电缆、 一次设备、 二次设备等关键设备的成本， 和一次性土地费用， 电网接入成本， 建安、 管理费用及融资成本等。运维成本主要涵盖了光伏电站运行期间的人力成本和设备维护费用。 湖北省光伏产业链现实情况和企业实地调研结果显示， 近年来湖北省光伏电站运维成本基本保持不变。 2016—2019 年湖北省光伏电站建设成本及其构成情况如表 1 所示。

　　由表 1 可知， 从整体角度看， “十三五” 期间湖北省光伏电站的建设成本持续下降， 2016—2019 年湖北省光伏电站的建设成本分别为 7.75 元/W， 7.17 元/W， 5.22 元/W， 4.45 元/W， 年复合增长率为 -16.88%， 2019年建设成本较 2016 年下降 42.58%， 降幅明显。 其中， 对光伏电站建设成本逐年下降贡献最大的是光伏组件成本。 2016—2019 年湖北省光伏电站建设成本结构中组件费用分别为3.30元/W， 3.00元/W， 2.00元/W， 1.80元/W， 年复合增长率为 -18.29%， 2019 年组件费用较 2016 年下降 45.45%， 组件费用的下降速率与幅度均基本与光伏电站整体建设成本的变化趋势持平。 从所占份额看， 2016 年湖北省光伏电站建设成本结构中组件部分的成本占比为 42.58%， 其次为建设安装成本， 占比约为 12.90%。 2019 年组件占光伏电站建设成本的比例为 40.45%， 较 2016 年略有下降， 但仍大幅领先于占比位居第二的建筑安装成本， 其成本占比仅为 14.16%。 2016 年与 2019 年湖北省光伏电站建设成本构成情况如图 1 所示。

　　2.2 光伏电站度电成本及其结构分析

　　为研究湖北省光伏电站的发电经济性， 本节以 2016—2019 年湖北省光伏电站建设成本及运维成本相关数据作为样本资料， 以 100 MW 光伏电站为研究对象， 假设折旧率为 10%， 设定运行年限为 20 a， 年发电小时数为 1 200 h， 构建基于湖北省本地化参数的光伏电站 LCOE 模型， 具体结果如表 2 所示。

　　由表 2 可知， 从整体层面看， 近年来湖北省光伏电站度电成本下降趋势明显。 2016—2019 年湖北省光伏电站的平准化度电成本分别为 0.80 元 /(kW·h)， 0.74 元/(kW·h)， 0.55 元/(kW·h)， 0.48 元/(kW·h)， 年复合增 长 率 -11.99% ， 2019 年 度 电 成 本 较 2016 年 下 降 66.67%。 从影响度电成本的参数看， 2016—2019 年湖北省光伏电站的年运维成本及年发小时数基本保持恒定，分别为 0.05 元/W与 1 200 h， 因此“十三五” 期间湖北省光伏电站度电成本的持续降低主要归功于建设成本的下降。 2017 年、 2018 年、 2019 年湖北省光伏电站的建设成本较 2016 年的降幅分别达到 7.48%， 32.65%， 42.58% ， 而 同 年 度 电 成 本 的 降 幅 分 别 为 7.50% ， 31.25%， 40.00%， 二者基本保持一致， 再次佐证了光伏电站建设成本的降低是光伏发电度电成本下降的主要驱动力。 截至 2019 年底， 湖北省光伏电站的度电成本为 0.48 元/(kW·h)， 尽管较之前已实现大幅下降， 但与同年湖北省燃煤发电标杆上网电价 0.40 元/(kW·h)仍有一定差距。

　　2.3 光伏电站建设及度电成本预测分析

　　该研究将影响光伏度电成本的因素归纳为投资成本与发电效率两大类， 其中投资成本主要由核心组件、其他设备及管理融资等组成， 发电效率则主要通过年平均发电小时数体现。 设立低等、 中等、 高等 3 种情景模式。 其中， 低等情景的主要影响因素为建设成本， 中等情景的主要影响因素为年平均发电小时数， 高等情景则是在中等情景的基础上增加政府干预因素。 最后，基于 LCOE 模型， 分别计算 3 种情景模式下湖北省未来的新能源度电成本， 并量化分析新能源度电成本下降过程中各影响因素的绝对贡献率。 2025 年与 2030 年湖北省光伏电站建设与度电成本在低等情景模式下的预测值与 2019 年对比情况如表 3 所示。

　　光伏电站建设的审批流程复杂， 建设周期长， 建设成本的变化对光伏度电成本的下降至关重要。 由表 3 可知， 在低等情景模式下， 光伏电站建设成本 (包括融资成本， 下同) 的逐年降低有效驱动了光伏度电成本的持续下降。 根据测算结果， 在假设建设成本由 2019 年的 4.45 元/W 分别降至 2025 年的 3.83 元/W 与 2030 年的 3.60 元/W 时， 光伏度电成本将由 2019 年的 0.48 元/(kW·h)分别降至 2025 年的 0.42 元/(kW·h)与 2030 年的 0.39 元/(kW·h)， 降幅分别为 7.60%和12.59%，即建设成本每下降 1.00 元 /W， 度电成本将同步降低约 0.10 元/(kW·h)。 其中， 综合表 1 数据可知， 组件费用占建设成本的比例在 40%以上， 其他成本虽亦有下降趋势但空间不大， 因此组件成本降低将直接带动建设成本下降从而推动度电成本降低。

　　除降低成本以外， 效率提升是促进光伏平价上网早日实现的另一关键因素。 因此， 在中等情景模式下，将年发电小时数作为第二影响因素， 考察其对光伏度电成本下降的作用效果。 由表 4 可知， 在建设成本逐渐下降的基础上， 假设年发电小时数由 2019 年的 1 200 h 分别提升至 2025 年的 1 350 h 与 2030 年的 1 500 h， 光伏度电成本将由 2019 年的 0.48 元/(kW·h)分别降至 2025 年的 0.37 元/(kW·h)和 2030 年的 0.32 元/(kW·h)，降幅分别为 17.87%， 30.07%。 与低等情景相比， 在 2025 年， 当年发电小时数提升 150 h 时， 度电成本随之下降了 0.05 元/(kW·h)， 降幅为 11.11%， 降本效果显著; 在 2030 年， 当年发电小时数提升 300 h 的情况下，度电成本仅降低了 0.07 元/(kW·h)， 降幅为20.00%， 并未随着发电小时数的增加而增加， 可见虽然度电成本在技术不断发展的同时将会持续下降， 但由效率提升所带来的降本效果将会逐渐下降。

　　核心组件的成本下降及能效提升势必会推进新能源度电成本下降。 此外， 新能源电站还存在其他隐性成本，譬如接入成本、 土地费用与融资成本。 鉴于此， 在高等情景模式中， 将政策手段作为第三影响因素， 考察在政府干预的情况下， 通过大幅度降低电网接入成本， 土地费用与融资成本对光伏度电成本下降的影响效果。 由表 4 可知， 假设在建设成本不断下降与年发电小时数持续提升的基础上， 高等情景下 2025 年与 2030 年的电网接入费用与土地成本均为 0 元/W， 同时融资成本快速下降， 2025 年与 2030 年分别为 0.15 元/W与 0.05 元/W， 则光伏度电成本将由 2019 年的 0.48 元/(kW·h)分别降至 2025 年的 0.33 元/(kW·h)与 2030 年的 0.28 元/(kW·h)，降幅分别为 30.25%与 42.15%。 与中等情景相比较， 2025 年， 度电成本降低了 0.04 元/(kW·h)， 其中由于电网接入费用的下降， 带动了度电成本降低约 0.017 4 元/(kW·h)，贡献率为 46.51%， 土地成本和融资成本的下降分别带动了度电成本降低约 0.013 9 元/(kW·h)与 0.006 1 元/(kW·h)，贡献率分别为 37.21%和 16.28%; 2030 年， 度电成本同样降低了 0.04 元/(kW·h)， 其中由于电网接入费用、 土地成本以及融资成本的降低分别带动了度电成本下降约 0.014 9 元/(kW·h)， 0.011 7 元/(kW·h)， 0.012 5 元/(kW·h)，贡献率分别为 38.00%， 30.00%， 32.00%。 2025 年与 2030 年湖北省光伏电站建设及度电成本在中、 高等情景模式下的预测值与 2019 年对比情况如表 4 所示。

　　3 结语

　　研究基于 LCOE 模型， 结合湖北省实例样本数据，分析了近年来湖北省光伏发电的度电成本及其组成结构， 同时通过设立低等、 中等、 高等情景模式， 预测湖北省未来光伏度电成本的发展趋势及主要影响因素，得出以下结论：

　　a) 在无外力因素干预的条件下， 湖北省光伏度电成本下降较为缓慢。 研究结果显示， 在低等情景模式下， 湖北省光伏发电项目的运维成本及年发电小时数均保持不变， 仅有建设成本自然降低， 预计光伏度电成本将于“十四五” 末期甚至“十五五” 初期方能达到平价上网要求。

　　b) 降低核心组件成本并提高能效技术水平有利于推动光伏度电成本降低。 研究结果显示， 光伏电站建设成本每降低 1 元/W将带动度电成本下降约 0.1 元/(kW·h)，而作为影响光伏发电的关键因素， 光伏组件占建设成本的比例在 40%以上， 因此组件费用的下降对降低建设成本及度电成本具有决定性作用。 另外， 年发电小时数每提升 150 h， 将带来约 0.05 元/(kW·h)的度电成本下降幅度， 因此采用更优材料或技术提升利用效率将进一步促进度电成本降低。

　　c) 政策因素可通过干预隐性成本从而加速光伏度电成本的下降。 研究结果显示， 电网接入费用每降低 0.20 元/W 将会推动度电成本下降约 0.016 2 元/(kW·h);土地成本每降低 0.16 元 /W， 可帮助度电成本下降约 0.012 8 元/(kW·h); 融资成本每降低 0.115 元/W， 可带动度电成本下降约 0.009 3 元/(kW·h)。 因此， 政府可通过加大对光伏发电项目的干预力度， 促进湖北省光伏发电早日实现平价上网。