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摘要：光熱項目已不再享受財政補貼，但源網(wǎng)荷儲項目開發(fā)成本仍處于較高水平，項目整體經(jīng)濟性成為制約立項的重要因素。本文以西北地區(qū)某大型風(fēng)光基地“光熱+光伏”一體化項目為例，提出改進項目收益的三個優(yōu)化方案，采用“有無對比”的方法，計算各方案增量凈現(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?！笆奈濉蹦茉匆?guī)劃中提出推動光熱發(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，通過光熱與光伏等清潔能源配套建設(shè)源網(wǎng)荷儲一體化項目，利用光熱輸出穩(wěn)定的優(yōu)勢和儲能電站的調(diào)節(jié)能力，可以有效補償光伏發(fā)電的出力，彌補光伏“看天吃飯”的不足，提高光資源利用率，實現(xiàn)多種電源形式互補運行。
“光熱+新能源”模式中光熱通過合理利用光伏棄電，進行熔融鹽電加熱，將能量存儲在儲熱系統(tǒng)中，根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度調(diào)節(jié)機組出力，充分發(fā)揮光熱的儲能調(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。同時預(yù)留遠景設(shè)計空間，可采取市場化交易，購入其他電站棄電，進而提高地區(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)。
目前對于“光熱+光伏”項目的研究方向，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)及運維成本高，項目整體經(jīng)濟性成為制約源網(wǎng)荷儲項目中光熱配置的最大因素。此類項目可研階段主流設(shè)計思路主要為增大光伏配置比例，利用光伏的低建設(shè)成本、低運營成本的優(yōu)勢，彌補光熱經(jīng)濟性不足的劣勢，提高項目整體收益。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，而源網(wǎng)荷儲一體化項目的投資收益優(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)光大基地項目為例，以凈現(xiàn)值率為測算指標(biāo)，研究提高“光熱+光伏”項目收益的方法，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)荷儲項目優(yōu)化設(shè)計提供參考。
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)，是以項目全壽命周期現(xiàn)金流作為對象，根據(jù)已設(shè)定的折現(xiàn)率求得的項目計算期的凈現(xiàn)值與其投資現(xiàn)值的比率，是動態(tài)投資收益指標(biāo)。不同于凈現(xiàn)值這一絕對指標(biāo)只能衡量項目為企業(yè)帶來超額盈利的數(shù)額，凈現(xiàn)值率的經(jīng)濟學(xué)含義是指單位投資所能帶來的凈現(xiàn)值，可以反映項目單位投資盈利能力，即有限投資能產(chǎn)生的最大價值。反映了方案無風(fēng)險收益效率，可評價項目的盈利性，也可用于比較方案的投資效率。用于投資額不等的項目比較時，該項指標(biāo)彌補凈現(xiàn)值、收益率等指標(biāo)未考慮項目投資額大小的不足，可考察投資的利用效率，便于對標(biāo)同行業(yè)其他企業(yè)的投資收益，用于投資策略改進。將凈現(xiàn)值率作為評價指標(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)營發(fā)展目標(biāo)。故本項目應(yīng)用凈現(xiàn)值率進行項目投資收益優(yōu)化研究。
凈現(xiàn)值率NPVR的計算公式如下：
凈現(xiàn)值率的優(yōu)勢可用于評價運營期不同的對比方案：設(shè)方案的運營期為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)，運營期的凈現(xiàn)值率為NPVP(n)，則：
由以上公式可知，方案運營期內(nèi)的凈現(xiàn)值率始終等于分析期的凈現(xiàn)值率，即當(dāng)各方案的運營期不同時，仍可用凈現(xiàn)值率作為測算指標(biāo)評價方案的收益。
2 算例分析
2.1 項目概況
截至2022年，項目所在省份總裝機容量44 680 MW，其中風(fēng)電裝機9 720 MW，光伏及光熱裝機18 420 MW，新能源項目裝機占比62.98%。項目所在地區(qū)由于風(fēng)光資源優(yōu)質(zhì)，新能源項目裝機占比高達98%?！笆奈濉逼陂g除已建在建項目外，光電可開發(fā)容量為1.57億kW(含光熱150萬kW)。本項目屬于該地區(qū)風(fēng)光大基地項目，基地年太陽輻射量為1 790.11 kWh/m2，附近已建成多個光儲、光熱電站，項目光資源條件及交通運輸條件較好。
本項目總裝機容量1 000 MW，其中光熱裝機容量為100 MW，光伏交流側(cè)裝機容量為900 MW，符合光熱與光伏容量1∶9的最優(yōu)配置。通過合理調(diào)節(jié)日間熔融鹽吸收功率，在春、秋、冬三季，可進一步減少光伏棄電率。本項目建設(shè)范圍為光熱及光伏電站，配套升壓站及外送線路由國網(wǎng)出資建設(shè)?；窘?jīng)濟參數(shù)見表1所列。
表1 項目財務(wù)評價邊界條件數(shù)據(jù)表
由以上邊界條件，根據(jù)《建設(shè)項目經(jīng)濟評價方法與參數(shù)(第三版)》的計算原則，可得項目資本金內(nèi)部收益率為5.56%，資本金財務(wù)凈現(xiàn)值為1 270.84萬元。
2.2 提升項目收益策略研究
提升項目收益可從以下三個方面展開：
1)優(yōu)化光熱設(shè)計方案，提高光熱發(fā)電量，利用光熱高電價優(yōu)勢，提升項目整體發(fā)電效益；
2)從項目整體運維角度出發(fā)，考慮項目自身能源供給模式，充分利用源網(wǎng)荷儲項目中棄光等未利用能源，降低運營期外購電成本；
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，利用光伏低運維成本優(yōu)勢，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)荷儲項目整體收益率。
基于以上提升項目投資收益方法，設(shè)計如下優(yōu)化方案：
1)增加鏡場面積，增加光熱集熱和儲熱容量，建立鏡場面積、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，延長儲熱時長，提高光熱發(fā)電量，同時拉高綜合電價，減少運營期外購電費。
通過增加較少的投資，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貼光熱較高的運維費用支出。
2.3 方案比選
本文采用“有無對比”的方法，計算方案改進所需投資，分析改進后項目全壽命周期內(nèi)的現(xiàn)金流量。
1)方案一
本項目現(xiàn)有方案為45萬m2鏡場，可將鏡場擴大至80萬m2，新增定日鏡設(shè)備及安裝費25 600萬元，新增鏡場電纜400萬元，新增建設(shè)場地征用及清理費350萬元。每年新增運維費用180萬元，光熱年上網(wǎng)電量新增9 600萬kWh，年發(fā)電收入增加3 117萬元。
2)方案二
本項目光熱部分現(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3 800萬元；增加熔融鹽量，由此增加設(shè)備費1 420萬元；增加廠內(nèi)35 kV電纜及35 kV開關(guān)柜，由此增加電纜安裝及材料費720萬元，增加開關(guān)柜設(shè)備費135萬元；光熱年上網(wǎng)電量新增1 700萬kWh，年發(fā)電收入增加552萬元，利用光伏棄電補充光熱廠用電，年外購電量由6.18 GWh下降至1.37 GWh，年外購電費下降172萬元。
3)方案三
本項目現(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)場地征用及清理費1 800萬元。光伏年上網(wǎng)電量新增18 200萬kWh，年發(fā)電收入增加4 144萬元。
通過對以上方案進行全壽命周期現(xiàn)金流量分析，各方案財務(wù)評價參數(shù)見表2所列。
表2 各方案財務(wù)評價參數(shù)表
根據(jù)投資方設(shè)定的開發(fā)建設(shè)項目可接受的最低標(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，可得三個方案的財務(wù)指標(biāo)見表3所列。
表3 各方案財務(wù)指標(biāo)匯總表
對以上三個方案進行財務(wù)分析，可知方案一收益率5.94%，增量凈現(xiàn)值為8 658萬元，凈現(xiàn)值率33.76%，方案二收益率5.68%，增量凈現(xiàn)值為2 647萬元，凈現(xiàn)值率44.77%，方案三收益率6.04%，增量凈現(xiàn)值為11 142萬元，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，考慮投資機會成本，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，增加光熱電站儲熱時長，增強光熱機組的調(diào)峰能力，減少光伏棄電率，提高光熱系統(tǒng)總發(fā)電量。由實測數(shù)據(jù)，本項目運營期內(nèi)每天儲熱時長增加1 h，新增投資為6 075萬元，增量凈現(xiàn)值為2 647萬元，凈現(xiàn)值率最高，為經(jīng)濟性最優(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》中提出推進長時儲熱型光熱發(fā)展，該省能源局《關(guān)于征求加快“十四五”光熱發(fā)電項目建設(shè)政策措施意見建議的函》中提到的鼓勵配置大功率電制熱設(shè)備加熱熔鹽。故本項目推薦選擇方案二作為提高項目投資收益的優(yōu)化方案。
3 結(jié)語
本文以西北地區(qū)某大型風(fēng)光基地“光熱+光伏”一體化項目為例，提出提高項目收益的三個優(yōu)化方案，采用“有無對比”的方法，計算各方案增量凈現(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)濟性最佳。
光熱項目相較其他類型發(fā)電項目，投資及運維費用較高，但由于其較好的調(diào)節(jié)能力，可以有效彌補其他新能源發(fā)電項目的不足，提高風(fēng)、光資源利用率，實現(xiàn)多種電源形式互補運行。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，源網(wǎng)荷儲一體化運行對項目建設(shè)單位及咨詢設(shè)計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。
本文研究內(nèi)容屬于融資后財務(wù)分析，其財務(wù)指標(biāo)受利率、還款年限、還款方式等多項因素影響，后續(xù)研究可以圍繞源網(wǎng)荷儲項目一體化運營模式，及全壽命周期的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益等方面，進一步研究多目標(biāo)決策問題。
