张蕾*，邢治河，魏昭

（中国石油天然气股份有限公司规划总院）

光伏发电是利用太阳能级半导体电子器件有效地吸收太阳光辐射能，并使之转变成电能的直接发电方式，是当今太阳光发电的主流。中国减碳路径设定了2030 年的目标，非化石能源占一次能源消费比重将达到25 %左右，意味着风、光装机目标达到12×109kW 以上。这是《巴黎协定》签订以来，中国提出的最远期减碳承诺。这也表明中国已经将“碳中和”与能源转型提升到了国家高度［1］，光伏行业业已成为大国竞赛的关键领域之一，也是化石能源企业实现“碳中和”目标的重要方式之一。根据中国石油流通协会编撰的《中国石油流通行业发展蓝皮书》采信的数据，截至2019 年底，中国已注册的合规加油站总量约10×104座。在符合条件的加油站罩棚和屋顶投资建设分布式光伏项目，可以同时实现站点降本增效和减少碳排放的目的。当前，中国石油天然气集团有限公司（简称中国石油）、中国石油化工集团有限公司（简称中国石化）、壳牌、BP（英国石油）等石油公司均已有站点开展加油站光伏项目。

1 中国光伏发电产业发展现状

中国“十三五”期间实现了240 GW 的光伏装机，成为全国第三大电源。同时，中国光伏行业基本实现了全产业链国产化。2020 年12 月10 日的光伏行业年度大会上，国家能源局表示，要在“十三五”基础上大力推动光伏发电成本下降，行业发展驱动力将由补贴驱动向创新驱动转变。“十四五”期间的乐观目标为国内年均新增光伏装机规模达到90 GW，即5 年内实现2～3 倍的增长。与此同时，各地政府在当前光伏已经实现“平价”的基础上，纷纷出台针对分布式光伏项目的补贴政策（见表1），鼓励光伏发电产业发展［2］。

表1 2020 年末出台的针对分布式光伏项目的补贴政策

在差异化竞争和政策补贴的驱动下，一方面光伏设备生产工艺水平不断进步，以晶科能源控股有限公司、西安隆基硅材料股份有限公司为代表的国产厂商持续打破单晶电池转换效率记录；另一方面投资成本持续降低，国内光伏组件价格自2009 年来已从约20 元/W 降至2 元/W 以内，系统成本从约40 元/W 降至4 元/W 左右，降幅约90%。国内光伏组件及系统价格变化情况详见图1。

图1 国内光伏组件及系统价格变化情况

2 加油站光伏系统模式选择

2.1 光伏发电的主要模式

光伏发电的主要模式可以按照不同的形式进行分类。按照装机容量可分为集中式光伏发电系统和分布式光伏发电系统：集中式光伏发电系统是利用大片场地建设的、发电直接并入公共电网的大型光伏发电系统；分布式光伏发电系统主要是自发自用或少量余电就近利用的小型光伏发电系统［3］。按照所发电量是否并入电网，也可分为独立式发电系统和并网式发电系统：独立光伏光伏发电系统是各种带有蓄电池的可以独立运行的光伏发电系统；并网光伏发电系统是与电网相连并向电网输送电力的光伏发电系统（如图2 所示）。

图2 光伏发电系统分类情况

2.2 加油站光伏建设模式

从加油站用电量和面积情况来看，应用光伏系统的方式主要是分布式，按照离网或并网、是否具有储能功能、是否进行售卖、售卖对象等情况进一步进行细分，加油站的光伏电站建设模式可以分为9 种类型（如图3 所示）。

图3 加油站光伏电站建设模式

通过调研中国石油、中国石化、壳牌以及BP等石油公司的多座应用光伏系统的加油站，综合考虑加油站的场地条件及安全要求、用电高峰期与光伏发电集中期匹配程度、不同地区不同模式加油站光伏项目实际运营情况等因素，关于加油站建设光伏项目得出4 点启示：

一是不宜采用储能系统（不考虑补贴情况下）。绝大多数加油站自用电量有限，无规模效益，且在目前技术条件下，储能系统投资较大，导致经济性差。二是宜采用并网模式，可满足夜间用电需要，也可实现余电售卖电网公司。三是规模宜适度做大。由于光伏发电行业收益整体高于油气行业且多地有政策性补贴，投资回收快，经济效益好，宜适度做大。四是注重延伸服务。所在站场电及周边电动车用户需求等满足条件的情况下，可建设充电桩，实现光伏运营增值效益［4］。基于上述分析，当前适用加油站的光伏建设模式主要有3 种：“离网-储能-自用”“并网-无储能-自用或售卖（电网公司）”和“并网-储能-售卖（充电桩）”。本文将其总结为“离网储能”模式、“自发自用、余电上网”模式和“光储充电”模式。

2.2.1 “离网储能”模式

该模式主要应用于特殊应用场景，如无法连接电网必须用柴油机发电、光伏自发自用不能余量上网、波峰电价较波平电价贵很多等。该模式的主要劣势在于：前期投资偏高，投资回收期偏长；储能系统的寿命较光伏组件低，在运行过程中需更换；若上网售卖的电量多，电网不一定能够全部接纳，存在浪费情况［5］。

2.2.2 “自发自用、余电上网”模式

该模式主要是指光伏发电系统所发电量可以由加油站自己使用，多余电量馈入国家电网获取电费的一种商业模式。所节约电费可通过自用电量、所在地一般工商业用电电价计算，所取得的直接收益可通过反送电网的电量、当地上网电价计费计算。该模式的主要优势在于：可获得余电上网收益（直接收益）和自用节约电费（间接收益）两部分收益；售卖电量少，电网可以全部接纳；不需要储能，成本低［6］。

2.2.3 “光储充电”模式

该模式主要是在加油站应用“光伏+储能+充电桩”形成一个多元互补能源发电微电网系统，实现光伏自发自用，余电存储，结合售卖，达到经济效益最大化，在稳定性和经济性上更为合适。从加油站的应用方面来看，其优势主要在于：加油站已有网络可以满足电动车充电的需求；光伏发电可降低电动汽车对传统化石燃料的依赖，真正实现零污染、零排放；通过充电桩售电收取服务费，可以成为加油站增加收入的有效途径；综合加油、加气、加氢、充电、储能及数据中心、5G 基站等，形成能源服务新业态和新模式［7-8］。

3 加油站光伏建设模式比选

影响光伏发电收入的因素有装机容量、年有效利用小时数、组件每年的衰减率（光伏发电项目生命周期是25 年，目前市场上的组件衰减率首年约为2.5%，其后逐年约衰减 0.7%，25 年累计衰减约20%）、自用电价（各省不同，按国家电网发布的各省电网售电电价进行计算，目前我国工业领域的电价一般选取1～10 kV 为一般工商业用电阶梯电价，时段选取早8 点至下午5 点进行平均计算）、脱硫燃煤电价（指煤电企业卖给电网公司的电价，一般不同省份的脱硫燃煤电价不同，同一省份除河北省外脱硫燃煤电价省内相同）、标杆电价（国家发改委指导价）、补贴电价（通常有国补、省补和市补，其中省补和市补属地方补贴，各省各市贴补不同，国补逐年下调，国内光伏平价上网进程明显提速，因此在测算经济效益时，保守计算情况下，应忽略此部分收入）［9］。为了对加油站应用光伏系统的主要模式进行对比，本研究从经济性角度分为以下5 个步骤进行了量化的比较：

（1）统计加油站用电情况。加油站用电情况分为两大类型：一是加油站用电设备，包括生产设备、电器设备、信息系统和安全技术防控设备；二是加油站照明设备，包括罩棚照明和便利店照明。通过两种方式对加油站日用电量进行了调研：一是实际设备的功率和使用情况，对加油站的日耗电量进行加总分析。主要是设备说明书中标定的额定功率，由于多数设备说明书中给出的额定功率为峰值功率，故在计算日耗电量时会大于实际使用电量，只有个别设备如冰箱等给出了实际日耗电量。二是直接调研不同区域加油站的年度电费，结合当地工商业电价平均值，计算出不同省份加油站的用电情况。本研究以10 000 余个加油站2019 年的用电费用作为样本，分布在全国31 个省（自治区、直辖市），每个省（自治区、直辖市）的加油站数量均超过30个，在统计上具有可行性。总体来看，80%以上加油站的日用电量均在200 kW·h 以下，因此本研究使用日用电200 kW·h 作为“标准加油站”的用电度数。

（2）计算光伏设备规模。光伏发电系统主要由太阳能电池、控制器、逆变器和蓄电池（如有）组成。其中太阳能电池是光伏发电系统的关键部分，太阳能电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本［10］。考虑到不同区域有效日照时间存在差异，因此，需要根据当地气象部门出具的报告或者资料作为测算标准。以北京市为例进行测算，早上7 时电站输出功率为微功率，8 时达到五分之一功率，9 时为五分之二功率，10 时为十分之七功率，11 时为十分之九功率，12 时到14 时为全功率输出，之后输出功率又逐步回落。一般日均用电在 200 kW·h 以下，50 kW 的光伏组件能够满足应用需求；与50 kW 光伏组件对应的储能系统按照50 kW/100 kW·h（功率50 kW，电池总计可充电100 kW·h）设计，可以保证基本储能和站内用电；对应的“充电售卖”模式下，储能系统按照500 kW/1 500 kW·h设计，可以保证售卖负载，充电桩（额定电功率为120 kW）按照3 台设计。

（3）调查投资市场价格。当前太阳能相关系统和组件的整体价格水平较为稳定，光伏设备购置费市场价格水平约3.1 元/W、充电桩10×104元/台、储能设备市场价格水平约2.7 元/W。工程前期费用目前市场水平约为0.05 元/W。安装和施工费用，包括安装工程费、建筑工程费等，当前市场价格平均水平约0.4 元/W。无形资产投资为零，基本预备费按照2%计算，不考虑涨价预备费、棚顶或屋顶加固等费用。

（4）测算投资、收入和成本。投资方面：计算期取20 年，其中第一年即可建设并投入运营。固定资产中残值率5%，储能系统和充电桩修理费按照固定资产原值的3%计算。储能系统按照寿命期10年计算，设计期限内需要更换一次，更换费用为投资费用的50%；其他制造费、其他管理费、销售费用均为零。收入方面：将光伏发电产生的自用电费计为收入，电价按照所在区域每天的峰谷平电价进行计算，考虑到余电上网量较小，本文在保守测算原则下不计上网卖电费用；光伏设备第一年衰减2.5%，以后每年衰减0.7%。充电桩按照每天有效充电时长3 h 计算，服务费按照0.6 元/kW·h 计算，销售价格为1.6 元/kW·h。“自发自用、余电上网”及“光储结合”模式没有实际增值收入，不涉及相关税费问题；“光储充电”模式考虑增值税和所得税。

（5）测算财务指标。综合考虑发电补贴、峰谷平电价、设备投资、发电收益、设备维护、功能衰减等情况，测算投资效益和静态投资回收期。“自发自用、余电上网”“离网储能”“光储售卖”三种模式总投资分别为23.21×104元、50.75×104元、466.91×104元，内部收益率分别为23.25%、4.93%、9.3%，静态投资回收期分别为4.2 年、12.2 年、8.8 年。考虑到北京市工商业电价偏高，使用宁夏地区的标准站（日耗电200 kW·h）“自发自用、余电上网”模式计算了相关财务指标，得到该区域投资的为13.48%，静态投资回收期为6.7 年，主要经济评价数据和指标见表2。

表2 主要经济评价数据和指标

总结来看，“并网-无储能-自用或售卖（电网公司）”也即“自发自用、余电上网”，应为当前加油站光伏建设的首选模式。一是经济性好，测算的内部收益率和投资回收期等指标均优于其他模式。二是技术成熟，设备配置简单。只需要配置光伏组件、逆电器、控制器等基本设备，不需要增加增压、输送等配电设备，设备生命周期长达25 年。三是应用场景灵活，便利店、宿舍楼、综合楼以及罩棚等面积均可以用于配置光伏组件，一般500 m2可以满足日发电200 kW·h（照明、机房、加油机用电需求）的光伏组件布置。四是投资规模较小，投资方式多样。50 kW（满足日发电量200 kW·h 左右）光伏组件的投资约为20×104～25×104元，而相应的储能设备约为 50×104元左右、充电桩市场价格约为10×104元/台。投资方式上，当前有“完全自主投资，收益和风险自担”“第三方投资，获取电费折扣”以及“合作合资投资，风险共担”等模式。五是当前各地政府对“自发自用、余电上网”支持较大，所发电量一般在当地电网配电额度范围内，相较储能、售电等模式，更容易实现并网。“自发自用、余电上网”模式可以利用工商业电价的“峰谷差”节省费用，余电上网可以利用光伏发电赚取收益。

4 结论与建议

分布式光伏系统与加油站结合的模式，在当前政策环境和技术水平下，具有较为成熟的条件。一方面，光伏行业的发展已经较为成熟，项目建设、管理流程已经较为规范，可以直接应用。另一方面，加油站在碳中和、屋顶面积利用、降低运营成本等方面有相应的需求。需要注意的是，加油站本身经营的油气产品，对于安全、防爆等有着较高的防护要求，这就需要两个行业的进一步结合，尽快规范投资和建设标准，为加油站应用光伏发电系统奠定基础。对于企业来说，“自发自用，余电上网”模式经济性最优，可结合各地的光照、气象条件，按照“光伏自用”“余电上网”“风光互补”“充电桩应用”等情景选择站点并确定具体方案，既要符合城市规划、安全消防要求，又要具有投资价值。