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淺析分布式光伏發電在新型城鎮化中的應用

文章來源:[ 原创 ] 添加時間:2017年5月22日 浏覽次數:7180

韓學志,大盛微電科技股份有限公司

摘要:經過改革開放以來的快速發展,我國城鎮化建設開始向集約、智能、綠色、低碳的新型城鎮化道路轉變,需要在綠色能源生産和消費方式上實現突破,分布式光伏發電技術契合了新型城鎮化對綠色能源的需求,國內光伏産業也亟待調整升級。本文論述了分布式光伏發電在我國新型城鎮化中的應用以及推進的基本思路。

 

關鍵詞:分布式光伏發電;城鎮化;綠色能源

 

1、引言

自改革開放以來,我國城鎮化水平快速提升,2013年我國城鎮化率爲53.73%,但與發達國家相比還處于較低水平。2013年中央城鎮化工作會議指出,城鎮化與工業化一道,是現代化的兩大引擎。但近年來我國經濟社會發展面臨著越來越嚴峻的資源環境約束,圖1是根據國家統計局數據繪制的我國全社會電力消費量和損耗變化情況,隨著城鎮化的推進,未來人們對電力的需求將持續增加。

 

图1 全社会电力消费情况

今年3月,國務院近日正式印發了《國家新型城鎮化規劃(2014-2020年)》,指明未來城鎮化建設必須優化發展模式,走集約、智能、綠色、低碳的新型城鎮化道路,其中提到“推動分布式太陽能、風能、生物質能、地熱能多元化、規模化應用,提高新能源和可再生能源利用比例”。所謂分布式太陽能主要是指分布式光伏發電,是一種利于太陽光産生綠色電力的低碳環保發電方式,能有效減少化石能源消耗。光伏産業是我國戰略性新興産業之一,在城鎮化發展中,分布式光伏發電以其特有的優點,對實現生態文明具有重要意義。

2、光伏發電概述

太陽能是一種清潔、安全、穩定的可再生能源,光伏發電是利用太陽光在半導體界面的光生伏特效應將光能直接轉變爲電能的一種技術。在光伏效應的作用下,太陽能電池兩端産生電動勢,太陽能電池經過串聯、封裝可制成太陽能電池組件。太陽能電池組件與逆變、配電等設備配合就構成了光伏發電系統。光伏發電與傳統發電方式相比具有獨特優點:發電過程不消耗化石能源,清潔零排放;運行維護成本低,使用壽命長;靜態發電,無噪聲汙染。而且隨著技術進步,相關設備的標准化、模塊化、智能化程度較高,具有廣泛的適應性。

根據與電網的關系,光伏發電設備可分爲並網型和離網型。離網型系統不需與電網進行能量交換,適用于無電缺電地區及市電應用不便的場合;並網型系統可以與電網進行能量交換,並可與其他發電方式互補,供電可靠性高。總之,光伏發電技術已經是一種大規模産業化的成熟技術,可以以多種方式爲人類提供綠色電力。

按項目規模,光伏發電設備可分爲地面光伏電站和分布式光伏發電。地面光伏電站需要專門的土地,適宜建設在太能能資源豐富且土地資源充足地區,如荒地、灘塗、鹽堿地等工農業利用價值低的土地,所發電能通過並網升壓輸送到遠方負荷中心。在土地資源較爲緊張的城鎮地區,更適宜采用分布式光伏發電系統,這是一種建設在用戶場所或附近,以10千伏及以下電壓等級接入電網,所發電能以自發自用爲主,多余電量由配電網進行平衡調節,且單個並網點(380V)總裝機容量不超過6兆瓦,220V用戶側單個並網點總裝機容量不超過8千瓦的光伏發電設施。通常城鎮用戶可利閑置屋頂或附屬空間安裝光伏並網系統,這種方式已在歐美國家廣泛應用。另外,離網型分布式光伏發電設備因其特有的靈活性,也具有廣闊的應用空間。

分布式光伏發電與光伏電站相比,在不額外占用土地的前提下實現了電能就地消納,不需遠距離輸送,降低了傳輸損耗,幾乎不增加現有電網建設成本,具有更高的綜合效益。

 

图2 分布式光伏发电示意图

光伏産業是全球能源科技的重要方向,也是我國初具國際競爭力的戰略性新興産業。雖然現階段光伏發電成本離平價上網還有距離,初期投入比較高,但在其生命周期內,系統的總體優勢與後期收益穩定可觀。隨著光伏發電系統的成本逐漸降低以及傳統發電成本的上漲,光伏發電的優勢將會越來越明顯。

3、分布式光伏發電在新型城鎮化中的應用

近年來,我國光伏産業産能急劇增長,已占到全球産能的一半以上,但原材料依賴進口、産品依賴外需的“兩頭在外”模式積累了極大風險,最終在2012年爆發危機,産能過剩加上歐美“雙反”使國內光伏産業遭到嚴重打擊。但國內光伏應用市場尚處于起步階段,新型城鎮化對綠色能源的需求爲光伏産業調整升級提供了難得的機遇。在這方面,發達國家如德國、日本和美國的經驗值得我們學習借鑒,德國和日本的“10萬屋頂計劃”以及美國的“百萬屋頂計劃”主要都是低壓配網並網的分布式光伏發電項目。據中國光伏産業聯盟(CPIA)的《2013中國光伏發展報告》顯示,至2010年底,德國、日本、美國的分布式光伏系統裝機占光伏總裝機容量的比例分別是87%、97%和82%。而我國2012年底分布式發電比例還不到50%。這三個國家2011年的城鎮化水平分別是德國73.94%,日本91.14%,美國82.38%,這在一定程度上說明,分布式光伏發電應用水平與城鎮化程度具有較高的相關性。以日本爲例,日本分布式光伏發電系統廣泛應用在住宅、公寓樓、公共設施、工商業設施等建築物上,其中3~5kW的家庭並網系統又是這部分市場的主流,約占並網系統的81.4%;安裝在大型工業、商業及公共設施上的10kW~1MW系統也是這部分市場的重要部分。

分布式光伏發電是一種標准化程度高,可就近接入就地消納,運維簡單,能提高土地和建築資源利用率的綠色發電技術,可安裝在任何有陽光照射的空置土地、建築物屋頂、向陽立面等能夠滿足荷載要求的場合,完全契合我國新型城鎮化對綠色能源和生態文明的要求。在新型城鎮化進程中,結合具體的光伏應用條件,應該從可行性和經濟性的角度考慮,按照有重點、分階段、逐步梯級推廣的思路。優先支持在用電價格較高、技術經濟性較好的工商企業、開發區屋頂建設規模化的分布式並網光伏發電系統,發揮規模投資效益;在黨政機關、事業單位等的建築物和構築物屋頂推廣應用小型分布式光伏發電系統,發揮政府采購活躍市場的作用;對于大型社區以及核心村鎮的規模農業項目,由于負荷集中,電力需求穩定,也非常適合分布式光伏發電的應用。在新農村建設中支持光伏發電應用,鼓勵光伏屋頂、光伏大棚項目和光伏農機設施應用,這樣既有利于緩解農村電網升級改造壓力,改善農村居民生産生活用電條件,又有利于推進生態農業和循環經濟。

在技术手段上,光伏发电与建筑的结合主要有两种方式,一是BIPV(Building Integrated Photovoltaic),即光伏建筑一体化技术,通过新型光伏建材取代传统屋顶、窗户、外墙及遮阳(雨)棚等,实现光伏发电与建筑本体的融合;另一种是BAPV(Building Attached Photovoltaic),即附着在建筑物上的光伏发电系统,适用于对建筑的改造优化。这两种应用方式为绿色节能建筑提供了解决方案。除建筑应用外,负荷集中稳定、光照条件好的城镇路灯、景观照明、公共车棚、高速公路、收费岗亭等,也是分布式光伏发电规模应用的良好场合。

分布式光伏發電設施安裝周期短,對基礎設施要求低,與大型電站相比總投資較少,而且在配網負荷側可與其他分布式能源如風力發電、天然氣發電等實現互補,結合具體需要配置電池儲能、抽水蓄能、壓縮空氣儲能、儲熱等儲能方式,就構成了微電網系統,從而有效提高分布式能源可靠性和智能化程度,再通過信息化手段組成可由電網統一控制和調度的“虛擬電站”,成爲智能電網“最後一公裏”綜合解決方案,提高整個社會的綠色能源利用率及電力系統的穩定性、可靠性。

我國各地氣候條件和發展差異大,在具體實踐中,需要根據當地城鎮化現狀、發展規劃、電力價格、負荷情況、日照條件等綜合因素,因地制宜開展分布式光伏發電項目建設。現行的分布式發電補貼政策沒有考慮行業差異,未來如果能針對工業、商業、農業等行業制定針對性的補貼電價,將更有利于商業模式、服務管理模式和産業格局的形成。政府應進一步發揮政府采購活躍市場的作用,在基礎設施和公共設施等政府投資項目中明確分布式光伏發電設備采購份額。鼓勵專業企業包括建築企業、電力設備制造企業、光伏組件企業、能源服務企業、金融機構等參與規劃、設計、投資、開發運營和服務,逐步建立適合我國分布式光伏發展特性和城鎮化需求的商業模式,從而形成良性循環,實現經濟、社會和環境的同步可持續發展。

4、結語

去年以來,政府出台了一系列政策扶持光伏發電應用推廣,新型城鎮化規劃也已出台,業界普遍認爲2014年是規模建設分布式光伏電站的元年,分布式光伏發電將迎來快速增長,未來要吸引更多的資源投入進來,就要堅持政策引導、市場主導的思路。著力發展分布式光伏發電,對于促進光伏産業健康發展、推動能源供應和消費方式變革具有重要意義,是新型城鎮化、工業化、信息化、農業現代化的重要組成部分,需要持續不斷地努力推進。

 

 

參考文獻

[1] 中央政府门户网站.国家新型城镇化规划(2014-2020年)[EB/OL]. 2014-03-16[2014-03-20]. http://www.gov.cn/xinwen/2014-03/16/content_2639841.htm.

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[4]徐青山编著.分布式發電與微電網技术[M].北京:人民邮电出版社,2011.11.

[5] 孟杰.中国新型城镇化绿色能源消费的路径选择[J]. 经济导刊,2013(Z2):46-47.

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