创建时间:2021-07-28 11:46
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破解发展面临的难题 推动实现分布式光伏高质量发展

文/孙李平

 

引言

面临“碳达峰、碳中和”战略目标的驱动,必须通过大力发展光伏发电等可再生能源促进能源低碳转型,作为光伏发电的重要类型分布式光伏被寄予厚望,成为当下非常热门的话题。我国西部地区太阳能、土地资源丰富,非常适合开发大规模的光伏发电站;但是,该区域远离我国的电力负荷中心,电力外送所需的电网和电源匹配条件尚不具备,远距离输电成本高,上述原因导致当前在西部地区建设光伏电站规模受限。因此,大力发展分布式光伏已经成为继续扩大我国光伏发电的应用规模的重要抓手。面对碳达峰碳中和的历史使命,以构建新型电力系统的发展理念为引领,推动能源电力系统低碳转型,剖析当前分布式光伏发展面临的问题并加以解决,从而实现分布式光伏发电从高速增长向高质量发展转变,最终显著提高光伏发电在全社会发电量中的比重。

一、发展分布式光伏的重要意义

 

随着全球和我国应对气候变化行动的进一步深入,能源转型加速,光伏产业进入了新的发展阶段,光伏发电的应用的方向将由大型地面电站主导转向分布式与地面电站相结合的模式。《2050中国光伏发展展望报告(2019)》认为,分布式光伏将是非常重要的发展模式(见图1)。按照《关于分布式光伏发电项目管理暂行办法的通知》(国能新能[2013]433号)给出的定义,分布式光伏发电是指在用户所在场地或附近建设运行,以用户侧自发自用为主、多余电量上网且在配电网系统平衡调节为特征的光伏发电设施。

 

图1各类型电源新增装机容量(万千瓦)

(数据来源:国家发改委能源研究所)

 

随着“碳达峰、碳中和”目标的逐步推进,从目前到2030年实现碳达峰,全社会新增电力需求需要通过光伏等新能源电力来满足;从实现碳达峰到碳中和这一阶段,发电端大量的煤电和终端以煤炭为主的用能形式将需要大量以光伏发电来替代,电力在我国能源结构中的占比将大幅提升,电力将成为未来能源消费的主要形式。据国家发改委能源所原研究员王斯成预测,分布式光伏市场潜力巨大,全国2035年至少有5亿千瓦发展空间,平均每年新增3000万千瓦。

 

分布式光伏发展有助于实现建筑领域的绿色低碳发展。从目前来看,除了少量的建筑安装了太阳能热水系统和地源热泵,可为建筑提供一定供热、供冷和热水的能源供应,但主要能耗主体电力主要依靠城市电网供电。分布式光伏促使建筑由高能耗建筑向近零能耗发展,并成为全球建筑领域的大趋势,欧美等发达国家相继提出了2020、2030年近/净零能耗建筑发展目标(见图2),并开展了技术集成专项研究与示范。其中,光电建筑一体化系统是促使建筑实现近零能耗必不可少的选择。据中国建筑科学研究院何涛研究员估算,在既有建筑应用BIPV潜力方面,我国既有建筑面积600亿平米,可安装太阳能光伏近30亿平米,约4亿千瓦;新建建筑应用BIPV潜力方面,我国每年新建建筑面积20亿平米,可安装太阳能光伏近1.5亿平米,约2000万千瓦。

 

图2  国际上的零碳、节能建筑政策

(数据来源:何涛,中国建筑设计研究院)

 

分布式光伏规模化发展将促使“光伏+储能”应用而生,从而将拉动储能产业规模化发展,扩大就业机会,为我国经济、社会健康发展带来新的增长点。利用智能微电网供电和分布式储能技术,可以从根本上解决建筑电力负荷与光伏发电出力时间和空间上不吻合的问题,彻底扭转目前建筑用电完全依赖电网的局面。

 

以光伏扶贫为起点,逐步实现支撑乡村振兴,助力农村地区能源变革。根据我国居民建筑的条件来看,户用光伏系统更适合在农村地区建设。光伏扶贫在脱贫攻坚战中发挥了重要的作用。户用分布式光伏产权明晰,系统归贫困户所有。在建档立卡贫困户的屋顶或院落空闲位置安装一套3kW~5kW的光伏发电系统,原则是“自发自用,余电上网”,即所发电量自己使用,用不完的剩余电量卖给国家电网领取财政补贴,所得收益均归农户自己。每户一年大概可获益3000元,连续收益20年,可有效缓解家庭经济困难,帮助他们摆脱贫困。

 

户用正成为分布式光伏的重要组成部分,并且可助力实现乡村振兴。据粗略估计,我国至少还有5000万个可安装户用光伏的屋顶,如全部安装可以实现装机总量达1000GW。2016至2020年,全国户用光伏累计装机已超过20GW,安装户数超过150万户,其中,这几年累计分别安装户用光伏的户数为15万户、50万户、78万户,107万户,150万户。2016-2020年新增安装户用光伏的户数分别为13万户、35万户、22万户、29万户、50万户。2020年,纳入补贴规模的户用项目达10.1GW,创下了历史新高,与此同时,户用光伏装机在全年分布式装机中的占比达到67%,在全部新增装机中占比达到21%,已成为举足轻重的项目类型。从全国范围看,山东、河北、河南、山西、安徽、浙江、江苏等省表现突出,装机规模排名前列。

 

二、分布式光伏发展现状

 

从长周期来看,分布式光伏尚处于发展的起步阶段,有必要充分思考发展初期需要解决发展面临的问题。2017年以来, 分布式光伏新增装机开始显著增加,2020年新增容量15.5GW(见下图3)。

 

图3 我国分布式和光伏电站新增装机容量(万千瓦)

(数据来源:中国光伏行业协会) 

 

与光伏电站相比,目前分布式光伏电站的内部收益率相对更高(见图4),而且投资门槛相对更低,消纳更为容易,吸引了大量的投资者。“三北”地区的青海、内蒙古、河北、辽宁、吉林、黑龙江、山东等地,由于资源条件优良、建设成本和非技术性成本较低,2020 年光伏电站新建项目的内部收益率为 8.1%~10.4%,可以实现平价上网。结合考虑当地的太阳能资源情况,核算分布式光伏在各地的满发小时数,以燃煤标杆上网电价×30%+一般工商业电价×70%作为收益电价,测算全国各地区新建分布式光伏平价上网的经济性,2020年分布式光伏新建项目内部收益率均大于 8%。其中,吉林、蒙东、天津等“三北”地区,以及浙江、江苏、湖北等中东部地区的经济性较高,其新增项目内部收益率达到 12% 以上。

 

 

图4 各省市区分布式光伏与光伏电站内部收益率对比

(数据来源:娄奇鹤,《中国电力》,第 52 卷 第 12 期,2019年12月)

 

中东部地区分布式光伏发展速度较快,在光伏总装机容量中的比例显著提升,可以看出其未来具有较大的增长潜力。以浙江为例,首先,以企业屋顶分布式光伏为主,商业模式成熟,项目盈利能力强;其次,采用第三方合同能源管理的项目较多,资本驱动特征明显;同时,浙江良好的产业支撑,电网结构和负荷消纳条件为分布式光伏发展提供了基础。

 

支撑分布式光伏发展的政策、法规和标准逐步完善,户用分布式的政策倾斜力度更大。作为分布式光伏的重要应用形式,光伏在建筑方面开始进入规范化、标准化发展阶段。住建部在2020年11月发布了《太阳能发电工程项目规范(征求意见稿)》。交通运输部门提出了打造融合高效的智慧交通基础设施,鼓励在服务区、边坡等公路沿线合理布局光伏发电设施,与市电等并网供电,并在积极推动制定高速公路路侧光伏工程技术规范。工信部在推动重点行业制定实施碳达峰行动方案和路线图,鼓励工业企业、园区建设绿色微电网,优先利用可再生能源,在各行业各地区建设绿色工厂和绿色工业园区。户用光伏领域的税收优惠力度很大,目前户用光伏项目的上网电费和补贴电费免收增值税 。

 

三、分布式光伏发展面临的问题

分布式光伏单体体量比较小,项目数量多,投资主体以中小企业和个人为主,地理分布分散,开发难度大,运维难度大。针对分布式光伏独特的特点和面临的问题需要有针对性的解决方案促进行业高质量发展。

 

一是电力市场机制不完善,支持分布式光伏发展的商业模式尚未形成。

 

“隔墙售电”是当前抑制分布式光伏的最大因素之一。所谓“隔墙售电”,就是允许分布式能源项目通过配电网将电力直接销售给周边的能源消费者,而不是必须先低价卖给电网,再由用户从电网购电。如果这一模式可以突破,可以极大的释放分布式光伏发电的巨大发展潜力,让电力消费者成为“生产投资型消费者”,真正实现电网作为电力高速公路平台的转型,实现电网真正意义的服务新能源的发展。

 

二是高比例分布式光伏发展所需的配电网接入能力不足。从电力系统安全稳定运行的角度来看,分布式光伏大量地接入也会影响配电网的安全运行。

 

目前,配电网规划无法掌握地区分布式电源的总体情况,缺少评估配电网消纳新能源的成熟方法与工具,造成分布式电源并网凌乱无序,给电网安全稳定运行造成了冲击。同时,缺乏分布式电源接入方案的适应性评价方法,难以追踪反馈其应用情况。此外,当前对分布式电源消纳能力计算方面的研究以单一对象为主,容易造成“维度灾”导致求解困难。为促进分布式电源与配电网的协调发展,指导配电网和分布式电源规划,提高配电网对分布式电源的接纳能力,亟需在分布式电源消纳能力计算方面进行探究,为分布式电源科学、有序接入提供支撑。

三是分布式光伏项目面临融资难的问题。

 

 

分布式光伏融资难是中小企业融资难的具体类型之一,原因包括中小企业没有足够的资产作为抵押以及未来的现金流较难作为贷款的增信工具。但是,分布式光伏发电项目通过一定的技术手段可以较好的解决该问题。

 

四是分布式光伏项目的服务能力有待改善。

 

 

缺乏从居民用户的角度去考察整个光伏项目安装运维全过程的要求与服务体验。虽然近几年中国光伏发电的发展势头非常迅猛,相关的法律体系、管理规范和标准近几年逐步完善。但居民分布式光伏是2015年兴起的特殊市场,面对的消费群体和安装服务要求都与传统光伏安装应用不同。其对应的标准规范相对不够完善,还没有相关的标准去统一、全面地规范。

 

五是分布式光伏系统电能质量亟待提高。

 

在能源保供的形势和电力系统技术导则的要求下,光伏系统需提高自身稳定性,在大规模新增装机、替代化石能源的同时,应提升电能质量、提高调节能力,保障电力供应体系安全、稳定运行。

 

六是分布式光伏发电面临较多的施工、运行等安全风险。

 

 

保障分布式光伏发电系统建设安装和运行以及退役后的人身和设备财产安全。分布式光伏法发电相关企业的安全管理规范不完善,从业人员的专业素质难以满足安全运行管理的要求,安全事故时有发生。2015年7月,广东省中山某在建的屋顶光伏发电项目发生安全事故,一名施工人员在连接组件阵列时触电导致不治身亡,原因是施工时组串的端子进水,施工人员同时触碰正负极端子后发生了该事故。2017年9月,浙江一座屋顶分布式光伏系统进行清洗,一名运维人员违反安全规定,未按要求通过爬梯下楼再上楼,从遮雨棚坠落受伤,经现场抢救无效死亡。

 
四、促进分布式光伏发电高质量发展的建议

以高校等公共建筑为牵引推动分布式光伏规模化发展。相比较工商业和户用光伏系统,高校是典型的公共建筑,屋顶面积比较大,电力消耗较多,非常适合建设分布式光伏发电项目。中国教育后勤协会能源管理专委会副秘书长黄兆林指出,目前我国普通高校有2600所左右,在校学生3100万,学校的能耗占全国公共机构总能耗的三分之一,高校人均能耗也远高于全国能耗。建设分布式光伏可以推动高校绿色校园建设除了节能外,还可以加大对可再生能源的利用和绿色观念的培养。

 

打造配电网分层次接纳分布式光伏发电的评价能力。从更加宏观的层面挖掘配电网接纳分布式光伏发电的能力。电网企业通过构建不同层次的分布式评价能力,为分布式光伏发电并网提供指导建议,可充分利用电网接纳分布式光伏的能力,同时确保新时期的电力系统运行安全。

 

加强分布式并网管理的能力,提高配电网接纳分布式光伏的容量,有序管理分布式管理项目建设。随着以新能源为主的新型电力系统建设进入“爬坡过坎”关键期,“十四五”期间,分布式光伏为主体的有源配电网调度运行管理将步入“无人区”,亟需依托典型地区有源配电网开展综合试点,化解风险、破解难题。部分分布式发展比较快的区域已经暴露出一定的配电网安全风险,局部区域渗透率过高,电网运行风险增大。分布式光伏与区域用电负荷发展不完全匹配,地区间分布式光伏发展不均衡,都给电网的安全稳定运行带来了一定的风险。甚至,还出现了光伏项目私增容量的苗头,有些企业出现骗取国家财政补贴的状况。

 

促进分布式光伏与建筑等其他产业协同推动。对于光伏建筑一体化的项目,涉及到光伏与建筑的深度融合,对光伏项目开发人员和建筑设计人员均提出了跨界的要求,双方均需要提高跨领域知识的积累。目前遇到的比较多的问题是,组件材料需要通过各个部门的检测,同时还必须要取得各项证书,也是需要完善的一个地方;建筑人员对于一些新材料新技术的应用比较抗拒。如果作为建筑我们的图纸是需要通过审图以及一些验收的,由于审图人员和验收人员对于新材料的不了解,使得项目推进不太顺利。建筑人员往往只是懂得建筑,不具备光伏发电的知识,所以也需要电气人员配合完成组件的配置。

 

高度关注分布式光伏发电风险的动态变化。为了保证发出的电可以稳定的向客户销售,一般投资工商业分布式光伏发电项目的选址阶段会考虑企业的经营情况,若企业的经营状况不好,未来企业可能会破产;因此,分布式光伏投资尽可能找大企业合作。然而,近两年根据项目开发商的经验发现,企业的风险更多在于地区整体经济转型带来的风险。由于东部地区制造业企业劳动力成本在不断上升,企业搬迁带来了电力负荷下降,光伏消纳水平下降的风险,消纳比例甚至低于80%,分布式光伏预想的投资回收期难以实现,这是做工商业分布式光伏投资最大的风险之一。

 

提升分布式光伏的智能化和运维水平,保障项目的稳定收益,实现平价上网。逆变器是光伏发电系统实现智慧运行的关键,下一代的逆变器应该可以通过云端分析,实时监控逆变器运行情况,提供可靠运行服务等,助力分布式光伏在平价上网下实现盈利。

 

促进分布式发电项目信息公开,降低投资风险。提高识别影响电站项目收益评估的能力,尽可能正确配置收益模型的参数,准确评估项目所在地的太阳能资源和准确预测发电量。准确测算自发自用率,包括开展详细的负荷预测和用户用电特征,从而确定最佳的分布式光伏电站装机容量。管控分布式光伏电站建设期和运营期的风险。建设期的风险管控措施包括关注供应链选择考虑质量和履约能力,选择可靠的总承包商,聘请第三方开展高质量的第三方设备、安装验收。运营期间的风险管控包括依据月度和年度数据修正初始模型假设参数,使用数据监控系统及时发现电站发电量异常,购买绿色保险转移风险。充分利用国家和企业的光伏电站第三方数据运维平台,提升电站数据的信用水平,挖掘电站运维的潜力,从而提高分布式光伏的融资能力,活跃分布式光伏项目的交易市场。

 

推动光伏研发方向瞄准分布式光伏的具体应用场景。建筑光伏一体化是分式的重要领域,但是,当前的光伏组件更多的是适用于大型电站,技术研发方向主要倾向于发电效率的提升及可靠性的改善。未来光伏组件成为人们生活中常见的产品,光伏组件的设计需要考虑建筑的美观、节能以及人对建筑的种要求。因此,光伏发电的创新研发要针对如何其融入人们的日常生活环境中,实现能源和环境的和谐统一。

 

 

参考文献:

1. 王勃华,中国光伏产业2020年回顾与 2021年展望.

2. 郭重阳,户用光伏发电标准概述.

3. 王斯成,如何判定分布式光伏系统的好坏?光伏嘉年华之分布式光伏发展论坛(C),2017.

4. 特变电工,平价时代下的光伏发电创新解决方案,2020.

5. SOLARMAN,数据驱动的光伏资产管理.

6. 邱腾飞,国家光伏发电公共数据监测平台,2020.

 

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