基于WSR系统方法论的屋顶分布式光伏发电项目成本与收益分析

马旺

摘   要：屋顶分布式光伏发电项目在投资决策前需进行项目可行性分析。光伏发电项目投资企业要认真研究国家光伏发电产业政策，对项目现场光资源情况和光伏发电并网条件进行勘察，确定并网电压和并网点，对屋顶载荷能力进行勘测校验。预测光伏发电项目年发电量，计算寿命周期内的发电收益、建设成本。编制项目建议书和可行性研究报告，进行项目收益分析，论证项目的可行性。

关键词：WSR系统方法论；屋顶分布式光伏发电项目；成本；收益

中图分类号：F426       文献标志码：A      文章编号：1673-291X（2023）05-0109-03

随着我国经济社会发展步入新的历史阶段，推进实施“碳达峰”“碳中和”工作是破解资源环境约束、实现可持续发展的迫切需要，是推进技术进步、推动能源结构转型升级的迫切需要，也是满足人民群众日益增长的生态环境需求、促进人与自然和谐共生的迫切需要，更是积极担当大国责任、推动构建人类命运共同体的迫切需要。

光伏发电具有清洁、安全、资源充足、受地理分布影响小等特点。推进光伏发电项目建设是实现能源结构供给侧改革的重要举措，是推动节能减排、经济社会高质量发展的必然选择。本文从WSR系统方法论的角度审视屋顶分布式光伏发电项目成本与收益分析过程中的物理、事理、人理问题。对屋顶分布式光伏发电项目建设成本与经济收益进行系统分析，并构建系统模型。

一、WSR系统方法论概述

1994年，中国著名系统科学专家顾基发教授与当时正在赫尔大学攻读博士学位的中国学者朱志昌，提出了“物理（Wuli）—事理（Shili）—人理（Renli）方法论”，简称WSR系统方法论。WSR系统方法论认为懂物理、明事理、通人理对于分析处理复杂系统问题具有重要价值，能起到明晰条理、区分层次、化繁为简的作用，是一种综合了定性与定量分析的系统思想。它既是一种方法论，也是一种分析处理复杂系统问题的工具，体现了中国传统哲学的思辨智慧。

二、屋顶分布式光伏发电项目技术与经济分析的WSR系统三维模型

运用WSR系统方法论分析处理一个具体的复杂问题时，需要构建一个与之匹配的三维模型，即分析对象在物理、事理、人理三个维度的影响因素。

屋顶分布式光伏发电项目技术与经济分析过程是围绕人（参建主体）、工艺（技术条件）、环境（外部因素）来展开的。屋顶分布式光伏发电项目技术与经济分析是一个复杂的系统工程，需要综合分析屋顶分布式光伏发电项目的光资源情况、建设条件、建设成本、养护成本、综合收益等方面因素，从而实现屋顶分布式光伏发电项目经济收益与社会效益最大化。

根据WSR系统方法论的划分，屋顶分布式光伏发电项目技术与经济分析中的物理维度主要包括两个方面，一是技术因素：即电能产生及直—交流转换设备的选型、并网电压及并网形式的选择、厂区电能消纳能力、并网接入条件；二是环境因素：即项目所在地光资源情况、厂房屋顶的具体条件（如受阴影、灰尘、屋顶结构等影响因素）、交通运输便捷程度等。

事理维度主要划分屋顶分布式光伏发电项目技术与经济分析过程的流程，主要包括三个阶段：一是市场调研，二是项目建议书和可行性研究报告的编制，三是商务合作洽谈。

人理维度主要由参与者中的光伏发电项目投资企业、设计单位、厂房业主、设备厂家、供电企业构成，同时还要考虑政府相关部门。

三、基于WSR系统方法论的屋顶分布式光伏发电项目技术与经济分析系统模型

屋顶分布式光伏发电项目并网的技术形式主要有两种，一是用户侧“自发自用、余电上网”，二是全额上网。投资形式主要有：一是厂房业主主导投资建设；二是光伏发电项目投资企业与厂房业主合作，给予一定的电价折扣优惠或支付厂房屋顶占用费。本文以光伏

发电项目投资企业与厂房业主合作建设分布式光伏发电项目为例，运用WSR系统分析的方法，从物理、事理、人理三个维度出发，对屋顶分布式光伏发电项目技术与经济进行抽丝剥茧地分析。

（一）物理层面

为了提升屋顶分布式光伏发电项目的经济收益，应当尽可能降低光伏发电项目的建设成本。影响厂房屋顶分布式光伏发电项目建设成本的因素主要有两种：一是技术因素，二是环境因素。

1.技术因素。常规的屋顶分布式光伏发电项目电气设备主要包括：光伏組件、逆变器、高低压开关柜（箱）、变压器以及监测控制保护设备和相关电缆等。对于光伏组件来说，单晶硅与多晶硅组件相比具有更高的发电效率、更低的衰减速度等特点，但是价格也相对较高。因此，选用多晶硅光伏组件能减少建设成本，但不利于长期发电收益，具体的还需要进一步精确测算。采用10千伏甚至更高电压等级并网与0.4千伏相比，需要配置更多的电气设备，如变压器及高压开关柜及相关的监测、控制、保护设备等，这就意味着更高的建设成本，但有利于电能长距离输送，因此适用于建设大型光伏发电项目。采用0.4千伏电压多点并网有利于光伏发电电能就地消纳，减少了电能汇聚传输环节，减少电气设备的建设成本和电能损耗。但是单条0.4千伏回路的输电能力有限，需要厂区内有多个并网点。因此，0.4千伏多点并网虽然能降低建设成本，但是适用性上却有较多的限制。

2.环境因素。屋顶分布式光伏发电项目的土建工程量主要包括两部分：一是厂房屋顶分布式光伏发电项目本体建设的土建工作，如电缆井、电缆通道、开关柜及变压器基础等，这部分的土建工作不同的光伏发电项目区别不大，因此不做具体分析；二是为了建设屋顶分布式光伏发电项目的前置工作，如厂房屋顶结构加固、楼（爬）梯等便于施工及养护设施，这部分土建工作则对屋顶分布式光伏发电项目的土建成本具有较大影响。一般来说，在设计和建设厂房之初，并未预留后期建设光伏发电项目的条件，因此在进行光伏发电项目选址时进行厂房屋顶载荷能力校验就很有必要，以确保建设光伏发电项目不会对厂房结构造成破坏。此外，厂房屋顶的具体条件，如是否受阴影、灰尘影响，不仅会对光伏组件的布置以及发电效率具有较大影响，还会增加后期的管养和运维成本。对于从事高温生产作业的厂房屋顶，如轧钢厂则不太适合建设屋顶分布式光伏发电项目。

（二）事理层面

1.市场调研。近年来，国家大力扶持和引导光伏产业健康发展，给予光伏发电企业一定的经济补贴。随着我国光伏产业日趋成熟，国家逐步降低直至取消了光伏发电项目的补贴，实施平价上网的政策，光伏发电上网电价按燃煤发电基准价执行。因此对于光伏发电项目投资企业来说，要紧盯国家产业政策并认真研究；其次，闲置的厂房屋顶对于厂房业主来说是浪费的资源，但厂房业主对于厂房屋顶加装光伏发电项目也存在或多或少的担忧和顾虑，一是担心厂房屋顶安装光伏组件会对结构安全造成影响；二是担心施工和养护过程中，对厂房屋顶的踩踏会有漏水的隐患。此外，光伏发电项目额外建设的电力设备可能会对厂区的消防和电力系统安全带来负担。因此，光伏发电企业要调研项目所在地区厂房屋顶闲置的情况，对厂房屋顶的光资源利用条件、结构情况以及后期光伏发电项目建设规模有初步的判断。

2.项目建议书和可行性研究报告的编制。在与厂房业主明确合作意向之后，光伏发电项目投资企业需要借助电力设计单位的专业技术力量，进行项目建议书的编制工作。首先，电力设计单位要对厂房屋顶可利用面积及光资源条件进行勘测，根据工程造价和光资源利用效率明确光伏组件的最优安装方式，以此来确定采用平铺或是最佳倾角的安装方式；其次，校验厂房屋顶载荷能力，明确是否需要加固以及采用的加固方式。此外，电力设计单位还要实地勘探并网点，明确并网电压、并网形式和电力通道分布走，以及变压器等电力设备的布置位置等相关情况。通过厂房屋顶排布光伏组件，初步确定光伏发电项目规模，计算年发电量，确定相关的电力设备选型、光伏支架、设备基础、厂房屋顶结构加固等相关的电气和土建工程量清单，计算项目的建设成本和经济收益，进行项目的可行性分析，提交光伏发电项目投资企业研究决策。

3.商务合作洽谈。光伏发电项目投资企业研究根据项目的可行性分析可与厂房业主进一步进行合作意向沟通谈判。对厂区用电给予一定的电价折扣或一次性支付厂房屋顶占用费进行谈判，这两种合作方式，对屋顶分布式光伏发电项目经济收益计算分析有很大的区别。一次性支付厂房屋顶占用费增加了光伏发电项目投资企业前期的资金投入，给予一定的电价折扣不利于企业的长期发电收益，因此需要精确具体的计算分析。

（三）人理层面

1.光伏发电项目投资企业。光伏发电项目投资企业是光伏发电项目的发起者和组织者，一般也是光伏发电项目的投资者和受益者。因此，需要光伏发电项目投资企业熟悉光伏发电项目的相关政策和建设流程，以获得可观的经济收益。当前，光伏发电项目的上网电价政策趋于稳定，按燃煤发电基准价执行。因此，对于光伏发电项目投资企业来说，给予厂房业主厂区用电更少的电价折扣意味着能提高上网售电的经济收益，带来更大的投资回报率。

2.设计单位。电力设计单位能在经济和技术层面给予光伏发电项目投资企业专业权威的咨询意见。电力设计单位通过对厂房屋顶精确勘测及科学仿真模拟计算，能在技术层面确定光伏组件最佳的布置形式，从而实现光资源利用最大化。通过对光伏组串合理布置和分配，从而实现逆变器等相关电力设备电能传输效率最大化，减少电气设备和土建工程量浪费。此外，通过更加贴近市场的询价或由设备厂家和施工企业报价，使得技术和经济计算分析更加贴近市场，更具有可行性和实操性。

3.厂房业主。闲置的厂房屋顶本身就是一种资源的浪费，在确保光伏发电项目建设对厂区安全带来的风险可控，并通过安全评估的前提下，力争实现1+1＞2的共赢局面。一方面，厂房屋顶加装光伏组件能减少热量向厂房内部传导，极大降低厂房内部温度，提升厂区的绿色低碳水平；另一方面，使用光伏发电项目的电能能享受一定的折扣或获得一次性支付厂房屋顶占用补偿，降低企业的用电成本，获得经济收益。

4.设备厂家。通过主动与光伏发电项目投资企业或电力设计单位接洽，与电力设计单位企业交流分享企业研发的前沿成果。此外，通过提供相关设备参数和价格信息，有利于提高电力设计单位在进行技术经济计算分析的精确度，有利于光伏发电项目投资企业更加科学地决策。在提高企业设备销售机会的同时，也能及时了解市场需求及本公司产品性能、价格方面的意见反馈，从而通过技术更新提升企业的竞争力。

5.供电企业。对于供电企业来说，光伏发电项目进一步优化了电能结构，减少了对煤炭等传统能源发电的依赖，有利于助力提升国家“碳达峰”“碳中和”政策的实施效果，提高供电企业清洁绿色的良好形象。同时，建设光伏发电项目还能有效缓解本地区电能短缺的状况，减少了跨地区电能输送对电力主干网的压力，提高了供电的可靠性，从而助力经济社会的健康发展。但是，光伏发电项目多点分布的特性，以及受光照和昼夜影响发电出力存在一定的波动性，会对配电网的电能调度带来冲击，需要供电企业进一步提高负荷预测能力和电力调度水平。

6.政府政策执行部门。大力发展可再生能源，尤其是建设风电光伏发电项目，有利于引导能源领域绿色技术创新，加快节能降碳步伐，有利于实现产业结构和能源结构调整，兼顾经济发展和绿色转型同步进行，进一步提高我国产业和经济的全球竞争力，实现绿色、环保、低碳的生活方式。

结语

进行屋顶分布式光伏发电项目技术与经济分析，一方面要尽可能地降低建设成本，另一方面要实现光伏并网发电最大化，从而兼顾屋顶分布式光伏发电项目经济收益和社会效益。学会运用WSR的系统分析方法进行屋顶分布式光伏发电项目成本与收益分析，不仅能传承我国传统的哲学智慧，更能对屋顶分布式光伏发电项目选址进行合理分析。从而促进光伏发电产业的良性发展，助力我国的“双碳”战略不断取得新的成效。

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[责任编辑   文   欣]