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核心评价指标将从内部收益率(IRR)向度电成本切换。补贴驱动时代,高 IRR 吸引各路民间资本进入,民企的电站份额占比一度达到 70%;高补贴下,由于光伏组件长期降价特点,以及“路条”和并网截止时间的限定,建设方倾向采用简单的电站形式(越晚采购组件、越快完成并网)和尽量大的规模即可满足收益率和利润要求,此时初始投资主导的回报周期(收益率 IRR 评价)是核心指标。平价时代,初始投资的快速回收已不现实,全生命周期的稳定收益更切实际,因此度电成本成为了核心指标,而长期作战能力更强(资金实力强)的国企成为了主要玩家。
长期来看,作为一种能源,度电成本是光伏和其他形式能源竞争的核心指标,也决定了光伏长期装机空间和天花板。考虑到光伏近十年超过 80%的发电成本降幅和持续不断的技术创新实现非硅成本进一步下降,而油、煤、气等传统能源的利用形式已非常成熟,我们有理由相信光伏将成为未来最有成本竞争力的一种能源形式之一。
LCOE 解析:组件成本占比降低,提升发电量更为可行
平准化度电成本(LCOE)是对项目生命周期内的成本和发电量进行平准化,再计算得到发电成本,即生命周期内的成本现值/生命周期内发电量现值,是不同形式能源之间成本比较的主要衡量方法。
降低系统造价和提升发电量是 LCOE 持续下降的主要来源。其中系统造价现值的主要影响因素包括初始投资和资金成本(包括贷款比例和贷款利率)等;发电量现值的主要影响因素包括理论利用小时数、系统效率和组件衰减率等。
系统造价降幅趋缓,提升发电量更为可行
我们搭建了一个 100MW,年利用小时数为 1200h,单位投资成本为 3.5 元/W,贴现率为 8%的电站财务模型,分析各个因素变化对 LCOE 的影响:1) 初始投资:初始投资下降 10%、20%、30%,度电成本分别下降 8.2%、16.3%、24.5%;
1) 初始投资:初始投资下降 10%、20%、30%,度电成本分别下降 8.2%、16.3%、24.5%;
2) 贷款比例和利率:贷款比例增加 10pct,度电成本约提高 2%;贷款利率增加 1pct,度电成本升高约 2.5%;两者对应资源差的地方更敏感;
3) 理论利用小时数:利用小时数增加 10%、20%、30%,度电成本分别下降 7.5%、13.7%、19.0%;
4) 系统效率(PR):降低 5%,度电成本增约 4%,资源差的地方更敏感;
5) 组件效率衰减:每年少衰减 0.1%,度电成本下降约 1%;资源差的地方更敏感。
通过上述 5 个因素的影响对比发现:初始投资和发电量的变化对度电成本影响最大,其次为系统效率和贷款利率,组件衰减效率影响最小。
根据 CPIA 统计,2019 年国内地面电站和分布式系统成本分别下降 7.5%和 8.1%,预计未来每年的降幅在 5%以内,即系统造价的未来降幅会趋缓。从发电量来看,高效组件、双面发电、跟踪支架等技术能够轻松实现 10%-30%的发电量增益,提升发电量未来更为可行。2019 年新建的光伏系统效率约为 82.7%,预计 2025 年提升至 84.6%,空间同样不大;贷款利率因投资方而异,组件衰减效率变化也同样较难。
组件占比显著下降,非技术成本矛盾凸显
组件成本占比已降至 40%以下,进一步下降边际贡献有限。2007 年,我国光伏系统价格约为 60元/W,此时光伏组件约为 36 元/W,占比高达 60%;经过十余年的发展,尤其是晶硅组件的降价以及增效对系统成本的摊薄作用,2019 年我国光伏系统价格已降至 4.5 元/W,其中组件均价为1.75 元/W,占比下降至 38%。长期看,组件成本降幅趋缓,进一步下降难度较高;同时占比也将进一步下降,导致对系统成本的下降贡献有限。
系统其他成本可以分为技术成本和非技术成本。其中,技术成本指的是逆变器、支架、汇流箱、线缆等各类支持光伏系统发电的配套设备;非技术成本指的是电网接入成本、土地费用、各项税费等与光伏技术发展无关的成本。根据 CPIA 统计,2016-2019 年我国地面非技术成本占比持续在 17%-20%,下降幅度较缓,阻碍了光伏平价时代的快速到来。相比国际,我国在土地成本、电网接入、融资成本等方面的非技术成本差距仍较大。
解决非技术成本可以分为两种思路:1)直接通过行政手段降低相关成本。但各项非技术成本涉及到宏观经济、电力制度、政府税收、利益和责任分配等各方面因素,属于长期积累问题,需要循序渐进,短期改善难度较大;2)提高单位发电量进行摊薄。如土地成本可通过提高组件效率进行摊薄装机成本和 LCOE,电网接入成本、融资成本等也可通过提高单位装机容量的发电量进行摊薄,相对容易。
LCOE 优化:降本遇瓶颈,提效正当时,精细化时代来临
建设模式:子方阵分块建设,集中升压并网
大型地面电站多采用分块发电、集中并网方案。系统阵列由若干个子方阵组成,每个子方阵均由太阳能电池组、汇流设备、逆变设备及升压设备构成;在子方阵中,太阳能通过组件转换成直流电,经过三相逆变器(DC-AC)转换成电压较低的三相交流电,再通过升压变压器转换成符合公共电网电压要求的交流电,接入公共电网。
通常,中小型光伏电站经一次升压即可接入电网,大型电站(>30 MW)需要二次升压,即电流经子方阵逆变升压后汇入主变压器升压至 110kV、220kV 或者 330kV,再接入主网。这种方案扩容方便,可以从几十兆瓦扩容到上百兆瓦,并且子方阵可选用大功率逆变器,降低成本。
子方阵的容量一般由逆变器容量决定。如每方阵电池板容量小于 1MWp,则会增加低压配电装置、低压变压器和低压配电室数量,引起投资增加。如每方阵电池板容量按 2MWp 考虑,则 2MWp 容量固定安装电池板布置面积将达到约 430×300 米,将配电室布置方阵中部,最长的低压直流电缆将达到 200-350 余米长,接近低压输电经济长度极限。
降低系统成本:组件降价边际贡献减弱,BOS 成本优化成关键
模型:组件、支架、逆变器构成系统成本核心三部件
我们搭建了一个主流的发电单元的投资成本模型。除了电网二次和升压变电设备(通常由电网掌控,且难以下降)和土地税费等非技术成本,组件、支架和逆变器构成了系统成本的三个核心部分。
从成本结构来看,组件占比约 40%;面积相关的 BOS 成本占比约 35%,这部分可通过提高单位面积的发电功率摊薄;容量相关 BOS 成本占比约为 25%,这部分受系统装机容量决定。
一方面,系统成本将从过去的主要依赖组件降价逐步过渡到组件和 BOS 成本同步下降的阶段,组件降价对成本的贡献弹性在减弱;另一方面,如二次设备、土建、税费等均较为刚性,下降难度较大。
系统:高电压+高容配渐成主流,有效降低损耗、提升收益率
传统的电站设计模式下,系统电压等级通常采用 1000V;但近年来,1500V 的设计理念逐步从海外向国内传递。2012 年,1500V 系统首次提出并使用;2014 年,FirstSolar 投资了第一个 1500V光伏电站。根据 IHS 统计,2018 年全球 1500V 系统占比超过 60%;而根据 CPIA 统计,2019 起国内大部分地面电站均采用 1500V 系统;而考虑运维安全等原因,分布式电站仍以 1000V 为主。
高容配比成为国内近年来系统端另一大趋势。在光伏电站系统设计过程中,直流端接入的光伏组件额定容量和逆变器输出额定功率比,称为容配比,早期通常为 1:1。欧美国家早期在对系统优化的时候提出了“超配”的概念,通过提高容配比优化系统整体的发电受益。而随着组件价格的持续走低,牺牲一部分组件成本而提高发电量和系统效率(PR)成为了可行的选择,全球“系统超配”的概念开始流行。
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