2013-14期：发展光伏发电是可持续发展之根本

太阳能 SOLAR ENERGY SOLAR ENERGY 14/2013 23 一 中国发展光伏发电的迫切性和必要性 改革开放以来， 随着中国经济的高速发展， 中 国也面临着能源和环境的双重压力。 根据国际能 源署 IEA 的统计数据， 从 2007 年开始中国已经成 为世界二氧化碳第一排放国， 且还将持续走高， 直 到 2030 年才能达到排放顶点， 世界第一排放国的 帽子还要戴几十年 ； 中国的环境近年来持续恶化， 北京等十几个城市的雾霾有目共睹， 空气、 河流、 水系、 土壤的污染都已到了无法承受的地步 ； 中国 是当前世界煤炭第一大进口国， 是电力消费和电 力装机世界第一大国， 石油的对外依存度高达 56 ， 能源需求的压力与日俱增。 然而中国的常规 发展光伏发电是可持续发展之根本 启动国内市场需科学可操作之政策 国家发改委能源研究所 ■ 王斯成 图 1 IEA 公布的世界各国 2007 年温室气体排放量 图 2 化石燃料带来严重污染和北京的雾霾 塞班岛起飞蓝天白云 北京市降落不见天日 图 3 一位乘客拍摄的触目惊心的照片 能源资源 煤 石油 天然气 铀资源 世界平均 112 54.2 63.6 100 中国 33 9.9 29.8 50 “ 29.46 18.27 46.86 50.00 图 4 中国常规能源储采比与世界平均水平的对比 资料来源 BP 世界能源统计， 2012 2007 年温室气体排放量 十亿吨 CO 2 e 中国 美国 印度尼西亚 巴西 俄罗斯 印度 日本 德国 加拿大 墨西哥 7.6 7.2 3.5 2.6 2.1 2.1 1.3 0.9 0.8 0.8 4.7 1.0 12.7 3.1 -2.4 3.6 1.3 -1.3 1.9 2.1 1990 ～ 2007 年均增长率 / 120 100 80 60 40 20 0 储采比 /年 煤 石油 天然气 铀资源 能源资源 世界平均 中国 资料来源 国际能源署 ； 美国环境保护署 ； 世界资源研究所 ； 联合国气候 变化框架公约 ； 麦肯锡分析 产业论坛 太阳能 SOLAR ENERGY SOLAR ENERGY 14/2013 24 能源却十分匮乏， 储采比远远低于世界平均水 平 煤炭只有 33 年、 石油 9.9 年、 天然气 29 年 BP 世界能源统计 2012 ， 也就是说， 再过 30 年， 中 国将会走到 “无煤可挖 、 无油可采 、 无气可开” 的 境地。 如果再不下决心彻底去改变现在的经济发展 方式、 能源结构和消费模式， 不在今后的二、 三 十年内实现能源转型， 能源短缺和环境的持续恶 化就不能得到根本改善 ； 那种 “吃光造尽， 不顾 环境” 的发展方式是对中华民族的不负责任， 也 是对子孙后代的犯罪长此以往， 不但生态环境 遭到破坏， 常规资源消耗殆尽， 经济发展也不可 持续。 我们 应当清醒地认识到， 大力发展光伏发电 等可再生能源是中国的百年大计， 是中国能源和 环境可持续发展的唯一出路， 国家应在不受任何 利益集团干扰的情况下制定科学的能源发展战略 和目标， 应采取更加有效的政策措施来发展光伏 发电等可再生能源。 二 光伏发电的应用分类 商业运营模式与光伏发电的应用类型有关， 光伏发电的市场分类如图 5 所示。 近来大家讨论最多的是 “分布式光伏发电系 统”， 广义的分布式光伏发电系统不但包括分布式 并网光伏系统， 也包括离网光伏系统， 如图 6 所示。 图 5 光伏发电系统的分类 图 6 广义分布式光伏发电系统 分布式 光伏发 电系统 离网光伏 发电系统 并网光伏 发电系统 离网独立光伏发电系统 无独立配电网的发电系统 离网光伏电站 有独立配电网的发电系统 与电网联网运行的微电网 独立 微电网 多能互补微电网 发电系统 低压配电网并网的 发电系统 中压配电网并网的 发电系统 较为严格的定义为 分布式发电 Distributed Generation ， 简称 DG 通常是指发电功率在几千瓦 至数十兆瓦的小型模块化、 分散式、 布置在用户附 近的， 就地消纳、 非外送型的发电单元。 主要包 括 以液体或气体为燃料的内燃机、 微型燃气轮 机、 热电联产机组、 燃料电池发电系统、 太阳能光 伏发电、 风力发电、 生物质能发电等。 狭义的， 目前国内外普遍采用的 “分布式光 伏发电” 的定义则是单指并网运行的分布式发电 系统， 离网光伏系统不包括在内。 IEEE1547 技术 标准中给出的分布式电源的定义为 通过公共连 接点与区域电网并网的发电系统 （公共连接点一 般指电力系统与电力负荷的分界点）。 德国通过 “技术标准” 划分分布式发电和公 共电站 BDEW 发布的 “发电站接入中压电网技 术导则” 和 VDE 发布的 “发电站接入低压电网技 术导则”。 接入 1kV 以下低压配电网的属于分布式 发电， 对于所有接入中压电网的发电单元， 都作为 公共电站进行管理， 要求纳入电网调度， 且必须在 异常情况下对电网作支撑 （低电压穿越）。 其实， 真正与负荷有交界面的只有低压配电 网 （ 220V 、 380V ）， 但是很多大单位的内网是中压 电网 （ 10kV 、 35kV ）， 电网公司对于并入单位内网 的发电单元看作是 “自备电厂”， 所发电力也属于 “自发自用”， 因此发电单元并入单位内部中压电 网的， 也应列入分布式电源。 凡是在中、 低压配电网接入， 电量就地消纳 光伏发 电系统 独立光伏 发电系统 并网光伏 发电系统 农村电气化和微电网 村落电站、 微电网、 户用电源、 光伏水泵等 通信和工业应用 通信、 铁路、 气象、 阴极保护、 航标等 光伏产品和分散利用 太阳能计算器、 草坪灯、 交通信 号、 充电器、 太阳能游船等 分布式建筑 光伏发电系统 大型光伏电站 产业论坛 太阳能 SOLAR ENERGY SOLAR ENERGY 14/2013 25 的发电系统都属于分布式电源， 与是否 “自发自 用” 的商业模式无关。 并网运行的分布式发电系统在电网中的形式 如图 7 所示 （ IEEE1547 ）。 形式 A 光伏系统直接通过变压器并入中压 公共配电网 （一般指 10kV 、 20kV 、 35kV ）， 并通 过公共配网为该区域内的负荷供电， 其商业模式 只能是 “上网电价”， 即全部发电量按照光伏上网 电价全部出售给电网企业。 形式 B 光伏系统在低压或中压用户侧并网， 不带储能系统， 不能脱网运行， 目前中国 90 以 上的建筑光伏系统属于此种类型。 采用的商业模 式包括 “上网电价” （ Feed-in Tariff ， FIT ） 模式、 “净电量结算” （ Net Metering ） 模式和 “自消费” （ Self-Consumption ） 模式 （即 “自发自用， 余电上 网” 模式）。 形式 C 光伏系统在低压用户侧并网， 带储能 系统， 可以脱网运行， 这种形式就是 “联网微电 网”， 采用 “自发自用， 余电上网” 的商业模式。 这 种类型目前国内几乎没有。 形式 A 虽然在技术定义上属于 “分布式光伏 系统”， 但其商业模式与大型地面电站相同 ； 直接 在用户侧并网的形式 B 可以有多种商业运营模式， 本文将重点讨论。 谈到分布式发电， 应当澄清 2 点 （ 1 ） 只要是在电网与用户的关口计费电表内 侧并网， 属于 “自发自用” 的光伏系统， 都属于分 布式光伏发电， 而与电网电压等级无关， 可以是 220V 、 0.4kV 、 10kV 、 35kV ， 甚至是 110kV ； （ 2 ） 分布式光伏发电不一定非要采用 “自发 自用， 余电上网” 的商业模式， 也可以采用同 大型光伏电站一样的 “上网电价” 政策， 统购 统销。 简言之， “自发自用” 的光伏系统必然属于分 布式光伏发电， 而分布式光伏发电却不一定非要 采用 “自发自用， 余电上网” 的商业模式。 三 大型地面光伏发电的商业模式 大型地面光伏电站一般都是通过升压站并 入高压输电网络 110kV 及以上 ， 不直接为负载 供电， 所采取的商业模式只能是 “上网电价”， 即 全部发电量按照光伏上网电价全部出售给电网 企业。 四 分布式并网光伏发电的商业模式 重点讨论第一部分所述形式 B 。 这是世界上 最多的光伏应用形式， 我国 “金太阳” 示范工程和 “光电建筑” 项目都属于此类， 我国即将出台的分 布式光伏补贴政策也针对此类形式。 1 商业模式的国际经验 国际上对于分布式光伏发电系统所采用的激 励政策或商业模式目前有 3 种 “上网电价” 政策、 “净电量结算” 政策和 “自消费” 政策。 （ 1 ） “上网电价” 政策 “上网电价” 政策是 2011 年以前欧洲各国普遍 图 7 分布式光伏发电在配电网中的存在形式 公共连接点 公共连接点 分布式光伏 不带储能 A B 负荷 分布式光伏 不带储能 分布式 光伏 储能 负荷 C 公共连接点 公共配电网 图 8 用户侧并网的分布式光伏系统 110kV/10kV 10kV/0.4kV 10kV/0.4kV 10kV/0.4kV 产业论坛 太阳能 SOLAR ENERGY SOLAR ENERGY 14/2013 26 采用的政策。 2000 年， 德国率先实施 “上网电价” 法， 大大拉动了德国国内光伏市场， 连续多年光伏 发电的安装量居世界第一。 继德国之后， 欧洲其他 国家也都前后开始实施 “上网电价” 法， 使得整个 欧洲的光伏市场迅速上升， 2007 、 2008 年两年欧 洲光伏市场占世界光伏市场的 80 。 “上网电价” 政策的技术特点包括 ①光伏系 统的并网点和发电电量计量电表 （图 9 中⑤） 安装 在用户电表的外侧， 即并网点在电网 侧 ； ②光伏 电量全部溃入低压公共配电网 ； ③电力公司根据 光伏电量 （图 9 中⑤） 以 “上网电价” 全额收购光 伏电量， 按月结算 ； ④用户用电和电费同没有装光 图 9 “上网电价” 法的光伏系统并网连接图 伏系统时一样， 根据用户电表缴费。 （ 2 ） “净电量结算” 政策 这种政策最初主要在美国执行， 美国 50 个州 中， 有 42 个州有 “净电量结算法”， 以鼓励分布式 光伏发电和分布式风力发电。 2010 年以后， 欧洲 各国的光伏电价已经低于电网的零售电价， 很多 国家也开始采用 “净电量结算” 政策。 “净电量结算” 政策的设计原则是全年的用电 量要大于光伏发电量。 光伏并网点设在用户电表 优点 缺点 ①发电 / 用电分开， 保证了光伏电量的全额收购 ②不存在发电时段与负荷不匹配的问题 ④用户用电全部缴费， 不影响电网企业的营业额 ⑥所有电量都经过正常交易， 国家税收不受损失 表 1 “上网电价” 政策的优缺点 ①同大型光伏电站的商业模式一样， 国家补贴脱硫标杆 电价之上的差价， 需要支付更多的资金 ②无论大小客户， 都要与电网企业签订 PPA ， 增加了交 易成本 ③很多中小用户无法为电网企业开发票， 操作上需要解 决工商和税务等问题 ③无论自己建设还是开发商建设， 都是同电网企业签订售 购电合同 （ PPA ）， 收益透明， 有保障， 开发商容易介入 ⑤电网企业仅承担脱硫标杆电价部分， 差价由国家补， 电 网企业不受损失 图 10 美国 42 个洲执行 “净电量结算” 政策 “净电量结算” 政策由一个或多个私人事业 提供的州 “净电量结算” 政策在全州范围内部分公共事业 比如投资者所有的公 共事业 中执行的州 “净电量结算” 政策在全州范围内所有公共事业中执行的州 （注 数字表示个别系统的大小限制千瓦， 一些州限制不同客户类型或技术） 新罕布什尔州 100 马萨诸塞州 60 * 罗德岛州 1000/1650 康涅狄格州 2000 * 纽约 10/25/125/400 宾法尼亚州 50/3000/5000 * 新泽西 2000 * 特拉华州 25/500/2000 * 马里兰州 2000 * 华盛顿 100 费吉尼亚 10/500 * 佛罗里达 2000 * 图 11 “净电量结算政策” 的原则和接线图 到负载 逆变器 汇流葙 电表 1 电表 2 净电量计量 电表 1 光伏发电量 电表 2 电网用电量 和光伏反送电量 产业论坛 佛蒙特州 250 太阳能 SOLAR ENERGY SOLAR ENERGY 14/2013 27 的负载侧， 自消费的光伏电量不做计量， 以省电方 式直接享受电网的零售电价 ； 光伏反送电量推着 电表倒转或双向计量， 净电量结算， 即用电电量和 反送到电网的电量按照差值结算， 结算周期为一 年。 优点是所有的光伏电量均享受电网的零售电 价， 而不需要增加储能装置， 并且一年中只要用电 量大于光伏发电量， 就不存在向电网卖电， 没有交 易成本。 这也许就是国家电网坚决反对 “净电量结算” 政策的原因。 该政策仅适合于 “自建自用”， 不适 合开发商介入。 （ 3 ） “自消费” 政策 2010 年以后， 光伏成本大幅度下降， 欧洲光 伏电价普遍降到了 20 欧分 /kWh 以下， 而欧洲各 国的电网零售电价普遍在 20 ～ 25 欧分 /kWh ， 光伏 进入 “平价上网” 时代。 于是， 2011 年德国推出 了 “自消费” 政策， 鼓励光伏用户自发自用。 2012 年， 德国的光伏电价 （ 13 ～ 19 欧分 /kWh ） 已经大 优点 缺点 表 2 “净电量结算” 政策的优缺点 ①光伏每发一度电， 电网就少卖一度电， 直接减少了电 网企业的营业额 ②所有光伏电量都不经过交易， 国家税收受损失 ③所有光伏电量的价值等同于电网的零售电价， 不存在发 电时段与负荷不匹配的问题 ④由于不存在交易， 也就不存在中、 小用户开不出发票的 问题 ①如果光伏已经达到与电网零售电价平价， 或已经低于电 网电价， 则国家不再给予补贴， 节省了国家的资金 ②只要全年的用电量大于光伏发电量， 就没有电量交易， 电力公司同原来一样照表收费， 没有增加额外的服务， 也 没有交易成本 ③电网计费电表必须设计成双向计量或允许倒转， 失去 了防偷电功能 （绝对值计量和防倒转可以防止偷电）， 在 中国可能会出现偷电现象 大低于电网的零售电价 （ 25 欧分 /kWh ）， 光伏用户 通过 “自发自用” 光伏电量效益明显， 自消费市场 迅速扩大。 据统计， 2012 年德国光伏市场的 1/3 是 “自消费” 市场。 “自消费” 政策的原则是 “自发自用， 余电上 网”。 光伏并网点设在用户电表的负载侧， 需要增 加一块光伏反送电量的计量电表 图 12 电表 2 ， 或 者将电网用电电表 图 12 电表 3 设置成双向计量。 优点 缺点 表 3 “自消费” 政策的优缺点 ① “自发自用” 光伏电量减少了电网企业的营业额 ②自用光伏电量不经过交易， 国家税收受损失 ③反送电量 （余电上网） 需要交易， 增加了交易成本 ④很多中小用户无法为电网企业开发票， 反送电量在交易操作上需要解决工商和税务等问题 ⑤反送电量同样需要将电网计费电表设计成双向计量或允许倒转， 失去了防偷电的功能 （绝 对值计量和防倒转可以防止偷电）， 在中国也可能会出现偷电现象 “自发自用” 光伏电 量抵消电网电量， 不做交易， 国家也 不用支付电价补贴， 节省了国家资金 图 12 “自消费” 政策原理和接线图 到负载 Inverter Combiner Box 电表 1 电表 2 电表 3 产权分界线 电表 1 光伏发电量 电表 2 富余上网电量 电表 3 用电网电量 产业论坛 太阳能 SOLAR ENERGY SOLAR ENERGY 14/2013 28 电， 在用电电价基础上给 0.35 元 /kWh 的补贴 ； ③ 分布式光伏的反送电量按照当地脱硫电价收购 （大 约 0.3 ～ 0.4 元 /kWh ＋ 0.35 元 /kWh ； ④合同期 20 年。 对于光伏 “上网电价” 在这里不做评论， 仅对 分布式光伏的补贴政策进行分析 这种补贴方式 和商业模式与德国目前执行的 “自消费” 模式类 似， 也是 “自发自用， 余电上网”。 由于德国光伏 已经进入 “平价上网”， 自发自用部分不需要国家 补贴， 而中国还没有达到 “平价上网”， 自用光伏 电量部分仍然需要补贴， 这就使得这个政策执行 起来比德国复杂得多。 （ 1 ） 这种补贴办法的优点 ① 比光伏上网电价补贴办法节省国家补贴资 金 （实际上是电网公司承担了脱硫电价和销售电 价的差额）。 光伏上网电价补贴办法是在脱硫燃 煤电价 （约 0.40 元 /kWh ） 基础上补 ； 如果光伏 合理电价是 1.2 元 /kWh ， 上网电价办法国家补贴 0.8 元 / kWh ， 而自消费电价办法按照公布的补贴 额仅为 0.35 元 /kWh 。 ②固定度电补贴方式补贴标准透明， 操作简 单， 国家补贴资金仅与光伏发电量有关， 不受不同 用户的用电电价和电网峰谷电价差别的影响。 （ 2 ） 该办法可能带来的问题 ①由于是在用户用电电价之上固定额度补 贴， 因此光伏度电收益直接受用户用电电价水平 的影响， 工商业用电电价在 0.8 ～ 1.4 元 /kWh ， 大 工业用电电价在 0.6 ～ 0.8 元 /kWh ， 公共事业单位 用电电价在 0.5 ～ 0.6 元 /kWh ， 政府建筑、 学校、 医院等公共事业单位、 农业用电和居民用电则只 有 0.3 ～ 0.5 元 /kWh 。 因此， 存在收益不公平的问 题， 且对用户和建筑的选择变得很复杂， 因为只 有电价高的工商业建筑 ＞ 0.8 元 /kWh 才能够 赢利。 ② 随着用户用电电价的逐年提高， 光伏项目 业主的收益会水涨船高。 如果目前电价 1.0 元， 加 上 0.35 元为 1.35 元 ； 每年电价涨幅为 5 ， 10 年后 国家 净电量结算 自消费 上网电价 德国 不采用 ＜ 500kW ≥ 500kW 意大利 户用并网系统 讨论中 商业和地面电站 比利时 ＜ 10kW 不采用 ≥ 10kW 丹麦 ＜ 6kW 不采用 ≥ 6kW 西班牙 ＜ 100kW ＞ 100kW 地面电站 荷兰 ＜ 50kW 不采用 ≥ 50kW 英国 不采用 ＜ 5MW ≥ 5MW 表 4 欧洲不同政策执行情况 自消费的光伏电量不做计量， 以省电方式直接享 受电网的零售电价 ； 反送电量单独计量， 并以公布 的光伏上网电价进行结算。 在这种情况下， 光伏用 户应尽可能全部将光伏电量用掉， 否则反送到电 网的电量价值要小于自用光伏的电量价值。 由于有 “自发自用” 部分， “自建自用” 很容 易实施， 而开发商不易介入。 （ 4 ） 部分欧洲国家所采取的政策 欧洲各国执行 “上网电价”、 “净电量计量” 和 “自消费” 政策的情况归纳如表 4 所示。 光伏电站 分布式光伏 FIT 自用电度电补贴 元 /kWh 元 /kWh 元 /kWh I 0.75 II 0.85 III 0.95 VI 1 表 5 发改委价格司公布的光伏电价征求意见稿 太阳能 资源 分区 富余上网电量 度电补贴 用电电价 0.35 脱硫标杆电价 0.35 虽然中国目前还没有达到光伏平价消费的阶 段， 但在今后 2 ～ 3 年内有可能在工商业用户建筑 上实现光伏的平价消费， 因此研究制订中国光伏 平价消费政策是很有必要的。 2 中国现行激励政策和商业模式 2013 年 3 月， 发改委价格司对外公布了 “关 于完善光伏发电价格政策” 的征求意见稿， 方案要 点如下 ① 4 个分区标杆电价 （统购统销模式） 0.75 、 0.85 、 0.95 、 1.0 元 /kWh ； ②对于分布式光伏自用 产业论坛 太阳能 SOLAR ENERGY SOLAR ENERGY 14/2013 29 用户电价达到 1.5 元， 度电收益达到 1.85 元 / kWh ； 20 年后将更高， 达到 2.4 元 /kWh 。 光伏发电的收 益逐年提高， 可是国家一直在补贴， 这个政策使得 光伏项目业主随电网电价的涨价而获得不当收益， 显然不合理。 ③由于这种政策的自用光伏电量的收益高于 反送的富余电量， 因此光伏发电与负载日分布的 匹配特性至关重要， 如果特性不匹配， 经济效益会 大打折扣。 ④由于是自发自用， 20 年都要有稳定的负荷 才能保证收益， 如果发生经营不善、 倒闭或搬迁， 都会对光伏项目的收益带来致命打击。 ⑤有实力的电力开发商很难介入， 市场推动 缓慢。 因为大的电力开发商肯定会在别人的屋顶 上开发项目， 由于是自发自用， 开发商必须同建筑 业主签订节省下来的电费转交给开发商的节能管 理合同， 这会带来非常大的后遗症， 对项目开发商 是极大的风险。 如果大的电力开发商不介入， 全靠 用电户自建自用， 则分布式光伏市场很难在短期 扩大。 3 中国分布式光伏商业模式建议 （ 1 ） “上网电价” 法的优点是明显的， 建议分 布式光伏项目的开发商可以自由选择商业模式， 可以选择风险高、 收益高的 “自消费” 模式， “自 发自用， 余电上网” ； 也可以选择无风险、 长期、 低 收益的 “上网电价” 政策。 （ 2 ） 对于 “自发自用， 余电上网” 的自发自用 部分， 不建议采用 “一刀切” 的度电补贴方式， 建 议采用 “固定收益分区电价”， 即根据太阳能资源 条件确定分布式光伏固定收益电价， 这个电价要 明显高于光伏分区上网电价， 如表 6 所示。 所谓固定收益电价为 自消费抵消的电网电 价 国家补贴， 即国家只补贴电网零售电价与固定 收益电价的差额。 这样的话， 无论电网零售电价的 差异有多大， 在相同的太阳能资源区， 大家的收益 都是一样的， 这样就做到了公平收益， 而且随着电 网电价的上涨， 国家补贴逐年降低， 不存在不当收 益的问题。 采用固定收益电价还有一个更大的好 处， 所有建筑都对分布式光伏项目开放， 没有选择 建筑难的问题， 低电价建筑国家补得多， 高电价建 筑国家补得少， 公平收益， 有利于光伏市场的迅速 扩大。 （ 3 ） 由于 “净电量结算” 操作简单， 不存在光 伏发电与负荷不匹配的问题， 随着电网电价的上 涨， 光伏对于很多建筑和用电户都将达到平价， 不 再需要国家补贴， 建议从 2013 年起， 对于 “自建 自用” 的分布式光伏项目， 允许采用 “净电量结 算” 政策。 这一市场将会迅速扩大。 至于 “偷电” 问题， 完全可以采用技术和法律手段杜绝， 不能 “因噎废食”。 （ 4 ） 为了便于开发商介入， 一是分布式光伏 项目的商业模式可以自由选择， 开发商既可以选 择 “上网电价， 统购统销” 政策， 也可以选择 “自 发自用， 余电上网” 政策 ； 二是对于 “自发自用， 余电上网” 政策的项目， 也应通过电网企业进行结 算 （具体操作程序略）， 千万不要让开发商通过 “合 同能源管理” 的方式同建筑业主进行交易， 有诸多 弊端， 以前已经有过惨痛的教训。 四 结论 分布式光伏市场能否真正启动， 关键在于 激励政策和商业模式， 如果政策科学、 合理， 各 方受益， 而且程序透明、 可操作， 开发商便于介 入， 相信中国的分布式光伏市场必将迎来高速 发展期。 I 0.75 1.00 II 0.85 1.15 III 0.95 1.25 VI 1.00 1.35 表 6 建议的分布式光伏固定收益电价 分区光伏上 网标杆电价 分布式光伏自用电 分区固定收益电价 富余上网光伏 电量度电补贴资源分区 脱硫电价 0.35 元 /kWh 元 / kWh 元 / kWh 产业论坛