基于LCOE模型的光伏发电项目优化研究.pdf

总第2 3 1 期2023年第9 期技术创新摘要：针对基于LCOE模型（平准化度电成本）的光伏发电项目优化设计展开研究，探索各个方阵间距中发电量最大的方阵倾角，并在此基础上获取到相关的方阵间距和与其适配度最高的倾角组合,之后通过LCOE模型对其予以分析研究，得出最具经济性的方阵间距和倾角组合，进而有效实现光伏发电项目的优化设计目标。关键词：LCOE模型；光伏发电；优化设计；方阵间距；方阵倾角中图分类号：TM615文献标识码：A0引言拟为基础进行构建,在计算时考虑了贴现率对LCOE方阵倾角的提升会使光伏方阵的荷载随之增加，值的影响。需要对光伏发电的支架和基础予以强化处理，初始投2方阵间距和方阵倾角最佳组合的计算方法资会相应提升。因方阵倾角不断提升，光伏发电的发计算各个方阵间距中差异性方阵倾角的实际发电量也会呈现出先升后降的状态,并且在某一倾角时电量,以此确定差异性方阵间距中发电量最大的方阵的发电量为最高。方阵间距的提升会使光伏发电项目倾角，进而获得多个方阵间距和方阵倾角组合。然后，的占地面积、电缆长度随之增加，导致初始投资增加。根据众多组合的初始投资、运维成本和发电量等因因方阵间距的不断提升，其阴影覆盖损失便会随之降素，分别计算每个组合的经济性指标,再对经济性指低，故发电量呈上升趋势。方阵间距和方阵倾角的提标进行比较，找到最终可以实现光伏发电项目利益最升会对光伏发电站初始资金以及发电量产生影响，光大化的方阵间距和方阵倾角最佳组合。伏发电站的经济效益也会因此受到影响。准确找到方3实例分析阵倾角和方阵间距之间存在的最佳组合，便可以有效本文实例分析是在土地成本影响的基础上，以某实现光伏发电站利益最大化目标 1 。但是，由于光伏地面集中光伏发电项目为例,分别根据传统的计算方发电站之间存在差异性,因此,达到利益最大化效果法和上文阐述的计算方法，对该光伏发电项目的经济的方阵倾角和方阵间距最佳组合也可能不同。性指标予以计算和对比，找出最具经济价值的方阵间1基于LCOE的光伏发电成本模型距和方阵倾角最佳组合，同时验证该利益最大化方法光伏发电成本普遍会用LCOE（即平准化度电成的可行性，进而实现光伏发电项目优化设计目标。本,公式中记为 Ctoe)来指代,是用于评价各类发电系为简化分析，本文做出以下假设：统在某一运作期限内电力单位所需成本的净现值。在光伏发电项目的可使用场地面积不存在局限性、发电系统的运作期间，每度电所需要的成本值为总成各个方阵倾角支架以及基础均为原定、电缆长度不本投入贴现值与总发电量收益贴现值之比。针对光伏变、方阵倾角的变化只对发电量和占地面积产生影发电系统,LCOE数值的高低便可以明确地展示出光响、各个方案的初始投资均为一致、年度运维成本和伏发电项目的实际发电成本以及经济效益情况，是相单位土地成本在经营周期内维持原定。关人员进行投资计算、并网电价指导等工作的重要参本文通过LCOE模型对光伏发电项目单位的发考，极具指导价值。基于LCOE模型的光伏发电成本电量成本情况进行评价，LCOE数值越小，便证明优计算公式如下：化设计方案最佳。N3.1项目概况A(1+i)CLOE=n=1NM(1+i)n=1式中：Io为初始投资成本;A，为第t年的运营总支出（包含土地租金);M为当年发电量；i为投资收益率；n为财务分析过程中的系统年数；t为系统运行周期(t=1,2,3,n)。由式(1)可知,LCOE模型以动态模收稿日期:2 0 2 3-0 5-1 2作者简介：陈柯延(1 9 9 6 一）,男，江苏南通人，本科，毕业于南京工程学院，助理工程师，主要从事市场工作。现代工业经济和信息化Modern Industrial Economy and Informationization基于LCOE模型的光伏发电项目优化研究陈柯延（国网江苏省电力有限公司宝应县供电分公司，江苏扬州2 2 58 0 0）该光伏发电项目的地理坐标为北纬3 0.6 2，东(1)经1 1 4.1 3，且占地场所为平地，该项目的装机容量为1 0 0 4.4 kW，投人使用期限为2 5年，建设成本为4.2元/Wp，折现率为6.5%，年度运维成本为0.0 5元/Wp，光伏组件年度衰减率为0.5%，所得税税率为2 5%增值税税率为1 3%，折旧年限为2 0 年，残值率为5%。该光伏发电项目运用的组件规格为2 56 8 mmTotal 231No.9,2023D0I:10.16525/ki.14-1362/n.2023.09.039文章编号：2 0 9 5-0 7 4 8(2 0 2 3)0 9-0 1 2 8-0 32023年第9 期陈柯延：基于LCOE模型的光伏发电项目优化研究129.之间,步长为0.5m。对各个方阵间距下差异化方阵倾大时的方阵倾角组合。发电量最大时的方阵倾角和第1088mm（长宽）的4 50 Wp单晶硅组件，具体应用数量为2 4 0 0 块，在运用过程中，将每1 2 块组件进行串联,制成2 0 0 串组串。该项目方阵方位角的度数为0，且应用了固定支架的设计,并按照竖向两排的标准进行配置，同时，将每4 8 块组件予以组合排列,利用此方法建出50 个方阵。组件和组件之间务必预留出2 0 mm的缝隙,尽量降低方阵面上的风压。选择1 3 台6 5kW的组串式逆变器，且所有逆变器均需具备四路MPPT（最大功率点跟踪）。同时，在各路MPPT上接入3 4 串组串。3.2应应用传统方法予以优化设计分析3.2.1计计算倾斜面总辐射量最大时的方阵倾角计算可得该光伏发电项目所处位置的倾斜面接收总辐射量最大时的方阵倾角为2 2.7，总辐射量为1287kWh/m,如图1 所示。FieldparametersTilt23Plane it 2.7AamuthPo.0Optimizabionby respect toYearly iradaton yieldCSummer(Apr-Sep)CWnter(oct.Mar)3.2.21计算方阵前后排间距通过计算得到方阵倾角，对方阵前后排的间距进行计算，利用一般设计原则明确其数值为8.56 m，方阵东西走向的长度为2 5.6 7 m，单方阵的占地面积为219.78m光伏发电场地所占面积为1 0 9 8 8.9 4 m。3.2.3明确发电量最大时的方阵倾角通过计算得到方阵间距数值，在全部电量损失因素的基础上，对方阵倾角予以优化设计,如图2 所示，实现并网电量最大化 2-3 。1125.01124.81 124.61124.41 124.21124.01123.81123.61123.41123.21123.012图2 发电量仿真二次优化设计示意图3.2.4计算优化方案的经济性指标根据传统的计算方法，确定方阵间距，其数值为8.56 m,方阵倾角为1 3.5，第一年发电小时数为1041.48h，光伏发电场地所占面积是1 0 9 8 8.9 4 m。各个光伏发电站单位土地租金时的LCOE如表1 所示。表1 各个光伏发电站单位土地租金LCOE单位土地租金/元ma）LCOE/(元kW-Ih-)0.00.346 80.20.348 70.40.350 60.60.352.50.80.354.41.00.356 31.20.358 31.40.360 21.60.362 11.80.364 02.00.365 9Azimuth o3.3应用方阵间距和方阵倾角最佳组合计算方法WestEastSouth1.2Year1.00.8FTranspos.-1.05Loss/opt.=0.0%0.60图1 倾斜面总辐射量最大时的倾角1314方阵倾角/）分析3.3.1寻找不同方阵间距下发电量最大时的方阵倾角本案例分析应用的方阵间距参数在7.0 1 4.0 m1.21.00.80.63060方阵倾角儿%）角的发电量进行计算，得到全部方阵间距和发电量最909060-300306090平面取向角）1516一年发电小时数如图3 所示。1817一方阵最佳倾角首年发电小时数33432=107.03.3.2计算全部组合的经济性指标，得到最佳组合优化方案先依照方阵间距的东西、南北走向间距,计算各个南北走向的方阵间距单个光伏方阵的占地面积,将得到的结果和方阵数量相乘,可得到不同南北向间距光伏发电项目的整体占地面积 4-5。由于方阵南北向的间距会呈现出扩大趋势，单个方阵的占地面积和光伏发电项目的总占地面积也会因此扩大。各个方阵南北向间距单个方阵和光伏发电总占地面积参数如表2所示。依照每个方阵南北走向间距下的发电量最佳方阵倾角、光伏发电项目整体占地面积和土地单位租金，计算全部优化方案下的年土地租金，年土地租金的数额会因方阵南北走向间距和单位土地租金数额的提升而增加。对得到的全部方阵南北走向间距下的发电量最1140113511301125112011158.08.569.0方阵间距/m图3 发电量仿真二次优化10.011.012.013.014.0现代工业经济和信息化第1 3 卷表2 各个方阵南北向间距单个方阵和光伏发电总占地面积参数方阵南北向方阵东西向间距/m简距/m7.025.677.525.678.525.6710.525.6714.025.67表3 各个方阵间距与倾角组合、不同单位土地租金时的LCOE计算结果方阵间距与倾角组合7.0 m+10.100.34950.20.351 10.40.352.70.60.354 30.80.3558不同单位土地租金/元ma）1.01.21.41.61.82.0租金由0.0 元/（ma)增加至2.0 元/（m?a),LCOE的数值由0.3 4 9 5元/kWh)增加至0.3 6 52 元/(kWh）。单位土地租金呈逐渐上升趋势，LCOE最低优化方案的方阵间距和方阵倾角呈下降趋势。随着单位土地租金的增加,LCOE最低方案的方阵间距和方阵倾角组合由 1 4.0 m+17.9变成“7.5m+10.6”。传统方法计算得出的方阵间距和方阵倾角最佳组合为“8.56 m+13.5”，其LCOE的数值只在单位土地租金为0.8元/(ma)时才最低。各个单位土地租金时的方阵间距和方阵倾角最佳组合如图4 所示。18一一方阵最佳倾角17方阵最佳间距131211100.0 0.2 0.4 0.60.81.01.21.41.61.82.0单位土地租金/元ma）图4 各个单位土地租金时的方阵间距和方阵倾角最佳组合4结论1)利用传统方案设计并计算得出的方阵间距与方阵倾角组合,并非经济性指标的最佳组合。土地租金会对光伏发电项目的方阵间距和方阵倾角优化设计方案造成影响，且随着土地租金的不断变化,其经济性指标最佳优化设计方案的方阵间距和方阵倾角可能会存在差异性。大时最优倾角、第一年发电总时间(h）、光伏发电项目整体占地面积和土地租金数额等进行经济性指标计单个方阵光伏场区总占地面积/m占地面积/m179.698985192.539626218.210910269.5413 477359.3817 9690.357 40.359 00.360 50.362 10.363.70.365 2151413109876算，可得全部组合方案的LCOE,以此获得方阵间距和方阵倾角的最佳组合，实现光伏发电项目的优化目标。计算结果如表3 所示。对计算结果进行分析,在相同的方阵间距和方阵倾角条件下,LCOE的数值会因单位土地租金的增加而升高。以“7.0 m+10.1组合为例进行分析,单位土地元/(kWh)7.5 m+10.68.56 m+13.50.348 40.346 80.350 10.348 70.351 80.350 60.353 50.352.50.355 10.354 40.356 80.356 30.358 50.358 30.360 20.360 20.361 80.362 10.363 50.364 00.365 20.365 92)在相同的方阵间距和方阵倾角条件下,LCOE的数值会因单位土地租金的增加而升高。不仅如此，因单位土地租金呈逐渐上升的趋势，使得LCOE最低优化方案中的方阵间距和方阵倾角呈下降趋势。3)为简化计算，本研究对各个方阵间距和方阵倾角组合的项目初始投资予以相同假设。但事实上，光伏发电项目的方阵间距和方阵倾角的变化会对支架、基础和电缆等内容形成相应的影响,进而使得项目初始投资也随之产生变化,并且普遍会以相同的方向予以变化。因此,综合考虑以上因素,LCOE数值呈最佳状态时对应的方阵间距和方阵倾角组合将会比本研究的计算结果低。4)本研究的背景是光伏发电项目的场地可用面积不会受到限制、总装机容量固定、支架固定、平地以及正南朝向等。针对所占场地可用面积固定、总装机容量非固定、跟踪支架、地形、坡度和朝向均不固定的情景因素，也可以利用以上方法进行研究。1韩雪.基于太阳能热发电技术的复合系统性能研究 D.北京：华北电力大学（北京）,2 0 1 9.2 李云，章毅，黄阳.基于多目标混合整数规划模型的光伏发电系统优化设计 J.硅谷,2 0 1 3(1 6):1 9-2 2.3方勇，李光达，李绍震.光伏发电系统的LCOE及最优容配比分析J.太阳能,2 0 2 3(4):3 6-4 3.4吴迪，田密，廖心言.四川省某光伏发电项目的光伏支架选型设计J.太阳能,2 0 2 2(8):8 4-9 1.5农芒.双面光伏组件斜单轴跟踪系统的设计（下转第1 3 3 页）10.5 m+14.70.345 30.347 60.349 90.35220.354 60.35690.358 30.361 50.363 90.366 20.368 5参考文献14.0 m+17.90.343 70.346 80.349 90.353 00.356 10.35920.362 20.365 30.368 40.371 50.374 62023年第9 期5结论1)对起重机防摇摆机构方案进行总体设计,确定以4 个电机为防摇摆驱动力，同时搭载dSPACEMicroLabBox 系统。2)对防摇摆驱动机构进行详细设计,明确电机安装位置。同时,对倾角检测系统进行设计。3)在MATLAB/Simulink软件中进行防摇摆控制Research and Application of Anti-Sway Control Strategy for Crane(1.Shanxi Inspection and Testing Centre(Shanxi Institute of Standards and Metrology)Special EquipmentInspection Technology Research Institute,Taiyuan Shanxi 030006,China;2.Antaiyuan Special EquipmentAbstract:Taking a mobile slewing crane of an enterprise as an example,we analyse the swaying situation when lfting weights,put forward thedesign scheme of the crane anti-swaying control strategy,and carry out the design of components.Afterwards,simulation and analyses are carriedout in MATLAB/Simulink software,while the application effect and economy of the strategy are explored.Key words:mobile slewing;crane;anti-sway control(上接第1 2 7 页）备平稳运行。1郭研,王海兰，陶新良.工程机械液压系统可靠性设计分析 J起重运输机械,2 0 1 2(4):4 9-51.2】吴国山.工程机械液压系统可靠性的设计与分析 J.科技致富向Research on Energy-Saving Design of Mechanical Hydraulic System(Komatsu Machinery Manufacturing(Shandong)Co.,Ltd.,Jining Shandong 272023,China)Abstract:With the rapid development of social and economic development and the continuous progress of science and technology,themachinery industry has ushered in a new period of historical development.Explains the advantages and working principle of hydraulicmechanical transmission control system,through the use of variable pump control technology,electro-hydraulic proportional control technology,multi-valve control technology and hybrid energy saving technology,mechanical hydraulic system energy saving and optimisation design,toimprove the mechanical hydraulic system in the production and design of energy-saving results,to meet the needs of different applications.Key words:mechanical hydraulics;system design;energy-saving design;way analysis(上接第1 3 0 页）与优化 D.南宁广西大学,2 0 2 1.6施元庆.双面光伏组件性能实验及仿真研究 D.常州：常州大学，Optimisation Study of Photovoltaic Power Generation Project Based on LCOE Model(Baoying County Power Supply Branch,State Grid Power Co.,Ltd.,Yangzhou Jiangsu 225800,China)Abstract:The optimal design of photovoltaic power generation projects based on the LCOE model(Levelised Cost of Electricity)is investigated toexplore the maximum square tilt angle of the power generation capacity at each square array spacing,and to obtain the relevant square arrayspacing and the tilt angle combinations with the highest degree of compatibility on this basis,and then analyse and study them through the LCOEmodel,so as to arrive at the most economical combination ofthe square array spacing and tilt angle to effectively achieve the goal of optimal designof photovoltaic power generation projects.The LCOE model is then used to analyse and study the most economical square array spacing and tiltangle combinations,so as to effectively achieve the optimal design of photovoltaic power generation projects.Key words:LCOE model,photovoltaic power generation;optimal design;square array spacing;square array tilt angle温建平：起重机防摇摆控制策略的研究与应用1张晓静.桥式起重机防摇摆控制方案设计与实现 J矿业装备，2022(5):207-209.(编辑：郭萍茹）Wen Jianping.i2Inspection Group Co.,Ltd.,Taiyuan Shanxi 030009)参考文献Wang Guangzhen,Li ZhenghuChen Keyan133系统的模拟试验,验证模糊PID控制器的优势。4)将防摇摆控制措施应用于某企业当中,实践表明：该防摇摆控制措施具有良好的应用效果，应用后，全年总计可为企业降低6 6.6 8 万元。导,2 0 1 3(2 1):3 0 3.3郭雄华,韩慧仙,曹显利.工程机械液压系统可靠性分析 J.制造业自动化，2 0 1 0(5）：2 2 5-2 2 7.4闫利明，李让，王富宏.工程机械液压系统动力匹配与其控制技术探讨 J.科技风,2 0 2 0(5):1 6 9.(编辑:郭萍茹)2022.(编辑：郭萍茹）参考文献