独立风光互补发电系统的经济性分析

独立风光互补发电系统的经济性分析

李冲1, 2 郑源2 王宗荣1 张艳丽1 任岩2, 3 黄金伟2

（1. 南京工程学院，江苏 南京 211100；

2. 河海大学，江苏 南京 210098；3. 华北水利水电学院，河南 郑州 450011）

摘要：提出了一种较全面的独立风光互补发电系统的结构，分析了独立风光互补发电系统经济性指标，提出了分析

该系统的经济性模型，并用该模型对一个具体的独立风光互补发电系统进行了分析，为独立风光互补发电系统的经济研究提供了参考。

关键词：风光互补发电系统；经济；寿命周期；年度平均成本；平准化能源成本

文献引用：李冲，郑源，王宗荣，等. 独立风光互补发电系统的经济性分析[J]. 生态经济，2012（7）：105～107，124.中图分类号：TM61 文献标识码：A

Economic Analysis of Autonomous Wind-Solar Power Generation System

LI Chong1, 2, ZHENG Yuan2, WANG Zongrong1, ZHANG Yanli1, REN Yan2, 3, HUANG Jinwei2

(1.Nanjing Institute of Technology, Nanjing Jiangsu 211100, China;

2. Hohai University, Nanjing Jiangsu 210098, China;

3. North China University of Water Resources and Electric Power, Zhengzhou Henan 450011, China)

Abstract: A more comprehensive structure of autonomous wind-solar power generation system is presented in this paper, its economic indicators are analyzed, then the economic model of the system is presented, and used to analyze this hybrid system, so it is a reference for the analysis of the autonomous wind-solar power generation system.

Key words: wind-solar power system; economic; life cycle cost; annualized cost of system; levelized cost of energy

煤、石油和天然气等化石燃料日渐枯竭及对环境造成污染。因此，有必要紧急寻找可替代的清洁能源来满足现在的能源需求。风能、太阳能等可替代能源由于其储量巨大、清洁、使用过程中污染少等特性越来越受到人们的关注。风力发电和太阳能发电通常用于电网延伸不可行及不经济的偏远地区或农村地区供电，采用独立风光互补发电系统可以很好地克服风能和太阳能提供能量的随机性和间歇性的缺点，实现连续供电。但是风力发电和太阳能发电的成本比较昂贵，在某种程度上限制了其发展。而独立风光互补发电系统的经济性比较复杂，因此有必要对独立风光互补发电系统经济性进行研究[1～5]。

图1 风光互补发电系统机构图

1 独立风光互补发电系统结构

一个典型的独立风光互补发电系统主要包括风力发电机、太阳能发电机、控制系统、储能装置、逆变器、整流器、直流或交流负载、电缆和其他辅助设备或柴油（汽油）发电机等。独立风光互补发电系统结构图如图1所示。

基金项目：南京工程学院科研基金（QKJB2011002）

风能和太阳能共同作用来满足负载的用电需求，当风能和太阳能能源充足并满足负载用电需求时，多余的能量给储能装置供电；当风能和太阳能不足时，储能装置协助混合系统给负载供电。为了保证变频器的正常工作，转储负荷（the dump load）用于系统所产生的剩余能源消耗。最

作者简介：李冲（1980～ ），男，江苏徐州人，博士生，研究方向为可再生能源发电、化工过程机械。

大功率跟踪器将使风力发电机和光伏发电机始终在最大功率点运行，以提高系统的效率。在短时间内，当风能和太阳能无法满足高峰负载用电需求时，这种混合风光互补发电系统通常配有柴油（汽油）发电机来供用负荷用电，但这增加了整个系统的成本及对环境污染。因此，为减少柴油发电机的使用，混合系统可以增加储能装置。图1中的不间断电源设备（UPS）用来稳定风力发电机的输出，用来保护敏感设备防止意外电源的波动

[6～10]

3 独立风光互补发电系统的经济模型

本文中我们所讨论的独立风光互补发电系统寿命周期成本主要包括其初始投资成本、更换成本、运行成本和维护成本[5]。

3.1 独立风光互补发电系统的初始投资成本

独立风光互补发电系统的初始投资成本主要包括各组件的购买价格、土建工程价格、安装价格等。如对于光伏发电机的土建和安装工程价格可以按光伏发电机购买价格的40%来计算，而如对于风力发电机的土建和安装工程价格可以按风力发电机购买价格的20%来计算。独立风光互补发电系统的初始投资成本计算公式为[13～17]：

。

2 独立风光互补发电系统经济性指标

独立风光互补发电系统用到的三个经济性指标分别为寿命周期成本、年度平均成本和平准化能源成本。

2.1 寿命周期成本[11～12]

寿命周期成本（life cycle cost，LCC）分析给出了系统的总体成本，包括系统生命周期中的所有消费及残余价值。

LCC=C+M+E+R-S

式中，LCC为寿命周期成本；C为用户发生的初始成本，即为设备、系统设计、工程实施和安装支付的资本现值；M为年运行维护的全部成本之和，即项目运行维护支出的现值。运行维护成本包括运行人员的薪酬、现场交通、担保、和维护费用等；E为能源成本，每年的全部燃料成本之和，对于有柴油发电机或汽油发电机的独立风光互补发电系统，这一支出是消费的柴油或汽油成本及其运输成本；R为系统寿命期间预期的可替代电量的成本现值；S为残值，即最后一年年底的净值。

式中，Cic为独立风光蓄互补发电系统的初始投资成本（$）；T为独立风光蓄互补发电系统的寿命周期（year）；Tw为风力发电机的寿命（year）；Cw为风力发电机的总容量（kW）；Cunit, w为风力发电机的单位容量成本（$/kW）；Tpv为光伏发电机的总容量（kW）；Cpv为光伏发电机的总容量（kW）；Cunit, pv为光伏发电机的单位容量成本（$/kW）；Tbat为蓄电池的寿命（year）；Cbat为蓄电池的容量（kWh）；Cunit, bat为蓄电池的单位容量成本（$/kWh）；Tinv为逆变器的寿命（year）；Cinv为逆变器的的总容量（kW）；Cunit, inv为逆变器的单位容量成本（$/kW）；Tcon为控制器的寿命（year）；Ccon为控制器的的总容量（kW）；Cunit, con为控制器的单位容量成本（$/kW）；Tother为发电系统其他组件的耦合在一起的寿命（year）；Cother为发电系统其他组件的耦合在一起的容量；Cunit, others为发电系统其他组件的耦合在一起的单位容α为光伏发电机的土建和安装工程价格系数；β量成本；

为风力发电机的土建和安装工程价格系数；C0为除发电系统组件购买、土建、安装价格外的其余价格（$）。

式中，i为年度实际利率；T为系统的寿命周期。

式中，i′为名义利率；d为年度通胀率。

2.2 年度平均成本[8]

系统的年度平均成本（annualized cost of system， ACS）是系统的某一项成本乘以资金回收系数。

Cacs=C×CRF

C为系统某一项成本，式中，Cacs为系统的年度平均成本；如系统初始成本；CRF为资金回收系数。

3.2 独立风光互补发电系统的更换成本

独立风光互补发电系统在整个寿命期内（如25年），太阳能光伏发电机寿命较长，可认为其寿命等于系统的寿命周期25年；而风力发电机、蓄电池、逆变器、控制器的寿命较短（如风力发电机的寿命大概为15年，蓄电池的寿命大概为4年等）。所以独立风光互补发电系统的更换成本是除光伏发电机外的组件的成本之和[13～17]。

2.3 平准化能源成本

[13～16]

平准化能源成本（levelized cost of energy，LCE）是发电系统的全部折算为现值的寿命周期成本（LCC）乘以资金回收系数再除以系统的年发电能量。

式中，LCC为发电系统的寿命周期成本（$）；Egen为发电系统一小时产生的总能量（kWh）；CRF为资金回收系数。

注：Xw、Ybat、Zinv、Mcon和Nothers都是四舍五入到最大的整数。

（$）；Xw式中，Crep为独立风光蓄互补发电系统的更换成本为风力发电机的数量；Ybat为蓄电池的数量；Zinv为逆变器Nothers为耦合成其他组件的的数量；Mcon为控制器的数量；数量。

3.3 独立风光互补发电系统的运行和维护成本

独立风光互补发电系统的运行和维护成本为[13～17]：

图2 阿雅克修平均每日太阳辐射值和每日的风能数据表1 阿雅克修独立风光蓄混合发电系统的一些基本参数[15～17]

第一年

运行维

组件单安装成

组件寿年实际护成本

组件功位容量年通胀本占的

命周期利率占初始

率(W)成本率(%)比例

(year)(%)成本

($/W)(%)

的比例(%)6001 3756 072

3.0004.840.19

25254

555

888

25500

131

种类

式中，为独立风光蓄互补发电系统第一年的运行维

γ为比例系数。护成本；

本文所提的独立风光互补发电系统不包括柴油发电机或汽油发电机，因此所计算出的成本中不考虑能源成本E，同时残值S也不考虑。所采用的独立风光互补发电系统经济性模型为：

风力发

电机太阳能发电机蓄电池

经计算得到的平准化能源成本LCE接近1.46，在1.0～2.0之间，说明本文所提出的经济计算模型是正确的[17]。

5 结语

本文提出了一种较全面的独立风光互补发电系统的结构，分析了独立风光互补发电系统经济性指标，提出了分析该系统的经济性模型，并用该模型对一个具体的独立风光互补发电系统进行了分析，说明了所用模型的正确性。

参考文献：

4 一个具体的独立风光互补发电系统经济性

分析

本文以法国科西嘉的首府阿雅克修的独立风光互补发电系统为例来说明经济模型的应用。阿雅克修具有良好的日照水平，年平均每日的太阳辐射值为4.5kWh/m2，年平均风速为3.5m/s，阿雅克修平均每日太阳能辐射和每日的风能数据如图2[15～17]。

本文中的阿雅克修独立风光混合发电系统经济性分析只考虑风力发电机、太阳能发电机及蓄电池的成本，其他组件的成本不考虑；风力发电机、太阳能发电机及蓄电池年通胀率和年实际利率认为是相同的，分别为5%和8%；独立风光蓄混合发电系统的寿命认为是25年，风力发电机、太阳能发电机的寿命也认为是25年，即系统中的风力发电机和太阳能电机在整个寿命期内不需要考虑更换成本，系统中蓄电池的寿命认为是4年。阿雅克修独立风光蓄混合发电系统的一些基本参数如表1。

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（下转124页）

在进化过程中的竞赛，一方成为另一方的选择压力，捕食者的任何改进都会引起猎物的相应改进，因而在进化过程中发生了相互适应的特性。而企业品牌的进化是通过市场环境选择而进行的，这个市场环境不仅包括竞争品牌，也包括与企业存在直接或间接关系的供应商、中间商等。当一个品牌在营销或管理方面提高时，相对于另一个品牌来说就增加了竞争力，也增加了竞争品牌被淘汰的机会，作为竞争品牌就必须做出相应的改进，维持原有的竞争地位。因此，在企业品牌与其环境构成的生态系统中，一个品牌的进化与其他品牌的进化是共同的。这也就是说，当企业发展品牌时，不能只着眼于品牌本身，还应从全局考虑整个品牌生态系统的健康状况以及本品牌在系统中扮演的角色，在制定品牌战略时，要把自己当做品牌生态链网中的成员，战略的重点单位不再是企业或产业，而是企业合作演化的生态系统。以英特尔和微软的Wintel为例，微软的软件是基于英特尔设计的，英特尔推出一种新的微型芯片时，微软就会相应地开发一种新的软件与之适应，而基于英特尔和微软的大多数客户也会做出相应调整，因此微型芯片已经成为驱动个人计算机发展的引擎，同时也促进了整个计算机市场不断进行技术创新[9]。

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认识品牌竞争的内涵，对于大多数企业来说将会是非常重要的。本文在吸收国内外关于品牌生态理论方面的研究基础上，结合品牌战略管理理论、系统论、生态学等理论，构建了基于生态学理论的系统运作模式，提出了基于生态理论的品牌竞争策略。得出：（1）在当今市场环境下，企业品牌应该以战略的柔性来增加战略的适应性；（2）为了保持自己的竞争优势，企业应采取生态位分化的错位竞争策略；（3）企业发展品牌时，不能只着眼于品牌本身，还应从全局考虑整个品牌生态系统，选择共同进化的策略。

4 结束语

从生态学的高度来研究品牌竞争战略问题，不仅丰富了生态应用学的研究内容，更为品牌竞争战略开创了新的视角和领域。从实践的角度来说，传统的品牌竞争战略理论与方法已经越来越不适应新的市场生态背景的要求，从系统论的观点来审视品牌竞争的策略及其生态系统，重新

（上接107页）

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/z1em.html