分布式光伏发电

分布式光伏发电1、分布式光伏发电概述1.1、引言人类社会诞生以来， 能源一直是人类生存和发展的重要物质基础。 随着社会的发展， 能源在社会发展中的重要性越来越突出， 尤其是近年来各国日益呈现出来的能源危机问题，更加明显地把能源置于社会发展的首要地位。根据《 BP 世界能源统 2005》的统计数据，以目前的开采速度计算，全球石油储量可供生产40 多年，天然气和煤炭则分别可以供应 67 年和 164 年。而我国的能源资源储量情况更是危机逼人，按 2000 年底的统计，探明可开发能源总储量约占世界总量的 10.1%。我国能源剩余可开采总储量的结构为 :原煤占 58.8%，原油占 3.4%，天然气占 1.3%，水资源占 36.5%。我国能源可开发剩余可采储量的资源保证程度为 129.7 年。自从工业革命以来，约 80%温室气体造成的附加气候强迫是由人类社会活动引起的， 其中 CO2 的作用约占 60%， 而化石能源的燃烧是 CO2 的主要排放源。随着化石能源的逐步消耗以及化石能源的开发和利用所造成的环境污染和生态破坏问题， 开发和利用能够支撑人类社会可持续发展的新能源和可再生能源成为人类急切需要解决的问题。 新能源与可再生能源是指除常规化石能源和大中型水力发电、核裂变发电之外的生物质能、太阳能、风能、小水电、地热能以及海洋能等一次能源。 研究和实践表明， 新能源和可再生能源资源丰富、 分布广泛、可以再生且不污染环境， 是国际社会公认的理想替代能源。 新能源和可再生能源的开发利用不仅可以解决目前世界能源紧张的问题， 还可以解决与能源利用相关的环境污染问题， 促进社会和经济可持续性发展。 根据国际权威机构的预测， 到21 世纪 60 年代，全球新能源与可再生能源的比例，将会发展到世界能源构成的50%以上，成为人类社会未来能源的基石和化石能源的替代能源。目前世界大部分国家能源供应不足， 不能满足经济发展的需要， 各国纷纷出台各种法规支持开发利用新能源和可再生能源， 使得新能源和可再生能源在全球升温。 20 世纪 90 年代以来，以欧盟为代表的地区集团，大力开发利用可再生能源，连续 10 年可再生能源发电的年增长速度都在 15%以上。以德国、西班牙为代表的一些国家通过立法方式，促进可再生能源的发展， 1999 年以来可再生能源年均增长速度均达到 30%以上。西班牙 2003 年风力发电装机占到全机总量的4%，德国在过去 11 年间，风力发电增长 21 倍， 2003 年占全的 3.1%。瑞典和奥地利的生物质能源在其能源消费结构中高达 15%以上。我国拥有丰富的新能源与可再生能源可供开发利用， 近十年来的高长使我国迫切需要加大对新能源和可再生能源的开发利用， 以解决能源题， 保障能源供应安全。 近年来， 由于各级政府和社会各界的高度重视可再生能源的开发和利用方面取得了较快发展，并于 2005 年 2 月 28 日通过了《再生能源法》，该法已于2006 年 1 月 1 日起实施，这对于我国可再生能具有十分重要的意义。可再生能源主要有水能、太阳能、风能、地热能、生物质能等能源形式，其最大的特点是具有自我恢复能力， 人们在使用过程中， 可再生能源可以从自然界中源源不断地得到补充， 它是取之不尽， 用之不竭的能源。 水能是目前应用最广泛的可再生能源，但是它受地理条件、天气气候的影响很大，利用范围有限。根据目前的实际进展和未来的发展速度，专家们预测，到 2050 年，可再生能源占总一次能源的比例约为 54%， 其中太阳能在一次能源中的比例约为 13%～15%， 到 2100 年， 可再生能源将占 86%， 太阳能占 67%， 其中太阳能发电占 64%。经过学者的研究与论证， 人们普遍认为太阳能和风能是解决能源危机和环境污染的最有效和可行的能源类型， 是新世纪最重要的能源类型。 尤其是太阳能及其光伏发电的应用，以其独特的优点越来越受到人们的关注：(1) 太阳能取之不尽，用之不竭，可再生；(2)太阳能应用地域广泛；(3)太阳能清洁，无污染；(4)太阳能发电没有运动部件，不易损坏，维护简单。1.2、分布光伏发电概述分布式发电 (Distributed Generation， DG)，又称分散式发电或分布式供能，至今对分布式发电没有统一的定义。一般指将相对小型的发电装置 (一般 50MW以下 )分散布置在用户负荷现场或用户附近的发电 /供能方式。现代分布式发电系统除分散与小型化的特征以外，还具有实施热 (冷 )电联供、环境友好、燃料多元化以及网络化、智能化控制和信息化管理等特点。不同的专家对分布式发电有不同的描述， 但有两点是一致的， 即小型与就地布置。按此“定义”，显然我国的“小机组”、“小火电”、“小热电”也可以属于分布式发电的范畴， 但与现代分布式发电技术不在同一层面上， 由于技术经济性能与环境性能不好， 将被逐渐淘汰。 由此可见， 如果分布式光伏并网发电系统能够普遍地应用到用户家中， 不但充分利用了太阳能资源分布广泛的特点， 还可以达到改善电网质量、加强电网的调峰能力、抗灾害能力和延伸能力等目的。目前， 对于分布式光伏并网发电系统的研究一方面是太阳能电池的研究， 使电池每发出一瓦电的造价降低至可以实用的阶段； 另一方面就是针对并网发电的逆变系统的研究， 如提高系统的效率和稳定性， 太阳能电池最大功率点的控制， 系统对电网调峰作用等等，最后组成分布式电站系统。通过分布式发电和集中供电系统的配合应用有以下优点：(1) 分布式发电系统中各电站相互独立，用户由于可以自行控制，不会发生大规模停电事故，所以安全可靠性比较高；(2) 分布式发电可以弥补大电网安全稳定性的不足，在意外灾害发生时继续供电，已成为集中供电方式不可缺少的重要补充；(3) 可对区域电力的质量和性能进行实时监控，非常适合向农村、牧区、山区，发展中的中、小城市或商业区的居民供电，可大大减小环保压力；(4) 分布式发电的输配电损耗很低，甚至没有，无需建配电站，可降低或避免附加的输配电成本，同时土建和安装成本低；(5) 可以满足特殊场合的需求， 如用于重要集会或庆典的 (处于热备用状态的 )移动分散式发电车；(6) 调峰性能好，操作简单，由于参与运行的系统少，启停快速，便于实现全自动。太阳能光伏发电技术是基于可再生能源的分布式发电技术， 它是利用半导体材料的光电效应直接将太阳能转换为电能。 光伏发电具有不消耗燃料、 不受地域限制、规模灵活、无污染、安全可靠、维护简单等优点。但是此种分布式发电技术的成本非常高， 所以现阶段太阳能发电技术还需要进行技术改进， 以降低成本而适合于用户的广泛应用。1.3、国外分布式光伏发电的研究现状及发展化石能源资源的有限性和环境保护压力的增加， 使世界上许多国家加强了对绿色能源和可再生能源技术发展的大力支持。 技术方面， 当前国际上最新的研发热点主要集中在低成本、 高效率、 高稳定性的光伏逆变器件和光伏建筑集成应用系统等方面， 专用逆变设备和相关系统的最佳配置涉及到多项技术。 美国、 德国、荷兰、 日本、 澳大利亚等国家在光伏屋顶计划的激励下， 许多企业和研究机构成功的推出了多种不同的高性能逆变器。产业化方面， 分布式光伏发电发展的初期主要是依靠各国政府在政策及资金方面的大力支持， 现在已逐步商业化， 进入了一个新的发展阶段。 许多大公司的介入，使产业化进程大大加快。预计今后 10 年光伏组件的生产将以每年增长20%~30%甚至更高的递增速度发展，到 2010 年可能达到 4600MW 年的生产量，总装机容量将可能达到 18GW。预计到 2050 年左右，太阳能光伏发电将达到世界总发电量 10%~20%， 成为人类的基本能源之一。 目前， 世界光伏产业正以 31.2%的平均年增长率高速发展， 已成为当今世界最受关注、 增长幅度最快的能源产业之一。自上个世纪 90 年代以来，国外发达国家掀起了发展“屋顶光伏发电系统”的研发高潮，屋顶光伏发电系统不单独占地，将太阳电池安装在现成的屋顶上，非常适应太阳能能量密度较低的特点， 而且其灵活性和经济性都大大优于大型光伏并网发电，有利于普及，有利于战备和能源安全，所以受到了各国的重视。日本在光伏发电与建筑相结合的市场方面己经做出了十几年的努力，预计到 2010年光伏屋顶发电系统总容量达到 7600MW。 日本光伏屋顶发电系统的特点是： 太阳电池组件和房屋建筑材料形成一体， 如 “太阳电池瓦” 和 “太阳电池玻璃幕墙”等， 这样太阳电池就可以很容易地被安装在建筑物上， 也很容易被建筑公司所接受。 1997 年 6 月，美国前总统克林顿宣布实施“百万个太阳能屋顶计划”，计划到 2010 年安装 100 万套太阳能屋顶。许多其他发达国家也都有类似的光伏屋项发电项目或计划，如荷兰、瑞士、芬兰、奥地利、英国、加拿大等。属于发展中国家的印度也在 1997 年 12 月宣布到 2020年将建成 50 万套太阳能屋顶发电系统。2、我国分布式光伏发电发展现状2.1、我国发展分布式光伏发电的必要性我国是一个能源生产和消费的大国。 2006 年标准煤的消费总量约为 2 4.6 亿吨， 比 2005 年同比增长了 9.3%。 2006 年各种一次能源的构成比例分别为 ：煤炭约占 69.7%、石油约占 20.3%、天然气约占 3.0%、水电等约占 6.0%、核电约占 0.8%。 2006 年 ，我国的原油总进口量已达到 1.5 亿吨 ，大约是我国原油总需求量的 50％左右。 但由于我国能源开采技术落后、 能源有效利用率低、传统高能耗产业比重大、 单位 GDP 能耗远远落后于发达国家、 甚至比世界平均水平落后并且我国又是世界上最大发展中国家 ， 经济高速发展 ， 能源消耗增长速度居世界首位等客观因素 ，更加剧了我国能源替代形势继续转变的严重性和紧迫性。据电力科学院的研究表明 ，在考虑到充分开发煤电、水电和核电的情况下 ， 2010 年 ~2020 年之间 ，我国的电力供需缺口仍然为 6.4%~10.7%，这个缺口正是需要用可再生能源发电进行补充的。 而太阳能光伏发电又可能在未来我国的新能源供应中占据主要位置。2.2、 我国太阳能光伏发电的现状我国的太阳能资源非常丰富，据统计，太阳能年辐照总量大于 502 万千焦 /平方米，年日照时数在 2200 小时以上的地区约占国土面积的 2/3 以上，具体分布见表 1-1。因此，我国具备开发利用太阳能资源的天然有利条件。地区分类 全年日照时数太阳年辐射总量amMJ 2/地区? 3200~3300 6700~8400 宁夏北部、甘肃北部、新疆东南部、 青海西部和西藏西部Ⅱ 3000~3200 5900~6700 河北北部、山西北部、内蒙古和宁夏南部、甘肃中部、青海东部、西藏东南部和新疆南部Ⅲ 2800~3000 5000~5900 山东、河南、河北东南部、山西南部、新疆北部、吉林、辽宁、云南、陕西北部、甘肃东南部、广东和福建南部、北京Ⅳ 1400~2200 4200~5000 江苏、安徽、湖北、湖南、江西、浙江、广西及广东北部、陕西南部、黑龙江Ⅴ 1000~1400 3400~4200 四川、贵州我国太阳能光伏发电产业起始与于 20 世纪 70 年代 ，到 90 年代中期已进入稳步发展阶段。 太阳能电池及其组件产量都已逐年稳步增加。 经过了 30 多年的努力 ，已迎来快速发展的新阶段。而且我国的太阳能光伏发电在“光明工程”先导项目和“送电到乡”工程等国家项目及世界光伏市场的有力拉动下 ，已经建立起稳固的新生产业链迅猛发展。到 2007 年年底 ，全国光伏系统的累计装机容量已经达到 10 万千瓦 （ 100m W） ， 从事太阳能电池生产的企业多达 50 余家 ，太阳能电池的年生产能力达到 290 万千瓦（ 2 900m W），太阳能电池年产量达到 1 188m W，超过了日本和欧洲 ，并使从原材料生产到光伏系统建设等多个环节组成的产业链更趋于稳定成熟 ，特别是多晶硅材料生产取得了重大进展 ， 突破了年产千吨的大关 ， 冲破了太阳能电池原材料生产的瓶颈制约 ，为我国光伏发电的规模化发展奠定了基础。 2007 年是我国太阳能光伏产业发展最快的一年。 这些主要受益于太阳能产业的长期利好和整个光伏产业出现的前所未有投资热潮。技术方面， 经过十多年的努力， 我国光伏发电技术有了很大的发展， 与发达国家相比有差距，但差距在不断缩小。产业化方面， 2000 年以后，我国光伏产业进入快速发展期，但整体发展水平仍然落后于国际先进水平，参与国际竞争有一定的难度。 2003 年国内光伏组件的封装能力约 50MW 。近期内我国光伏发电市场仍将是为无电地区供电为主，有一定的市场潜力。 2002 年，光明工程项目使市场年销售量猛增到 20MW ，光伏系统保有量达到 40MW 左右。中国在分布式电源应用方面当前主要以小水电、 风电等能源为主， 其资源条件较丰富，政策体系较完备，尤其是小水电，规模居世界第一。分布式光伏发电应用相比欧美国家有所欠缺， 目前中国的光伏发电市场主要还集中在大规模集地面光伏电站。而随着政策、技术及标准等方面问题的逐步解决，经济性、规模化应用条件不断成熟，分布式光伏发电也将逐渐成为中国光伏应用的主流。综上所述， 我国的光伏市场和光伏企业面临严峻的挑战， 如果把我国光伏产业的发展放到国际发展的大环境中考虑，世界光伏产业每年以 31%的速度发展，而我国的光伏产业每年只有 15%的增长率， 光伏企业的发展靠市场， 光伏市场的发展靠政策。 光伏发电成本高， 无法与常规能源竞争， 更需要政府制定强有力的法规和政策支持以驱动我国光伏产业的商业化发展。 然而， 我国的光伏企业虽然弱小， 但经过努力已经有了一定的基础， 当前， 对光伏企业的发展来说机遇和挑战并存。我国《 1996-2010年新能源和可再生能源发展纲要》中明确指出，要按社会主义市场经济的要求， 加快新能源和可再生能源的发展和产业化的建设， 并且将可再生能源的发展计划纳入了我国的 “十五” 能源规划， 要求采取措施调整能源结构， 提高清洁能源在能源消费中所占的比重； 要求通过技术进步来推动可再生能源事业的发展。 鼓励发展利用太阳能： 鼓励改造传统能源利用技术， 提高能源利用效率，降低污染排放，并给予税收优惠等支持政策。2.3、我国分布式光伏发电系统现状分析近几年， 中国光伏产业迅速崛起， 并成为全球最大的太阳能电池生产国。 而受欧债危机、美国“双反”终裁落地、欧盟“双反”立案、国内光伏产能严重过剩等因素影响， 中国光伏产业发展正经历着内忧外患的双重压力。 国内光伏产业过度依赖出口， 在国外市场持续低迷及贸易摩擦不断的情况下， 快速并大力发展国内光伏市场是保证中国光伏产业健康可持续发展的关键所在， 这其中， 分布式光伏发电有着广阔的市场前景，并将成为破解当前光伏应用困局的有效途径。为启动国内光伏市场，国家财政部、工信部、商务部、国家能源局、国家电网等多部门出台了一系列扶持产业发展的利好政策。 尤其是 “金太阳示范工程” 、光伏建筑一体化、 分布式光伏发电等光伏应用扶持政策的持续实施和出台， 以及电网环境的不断改善， 国内光伏市场即将迎来由外需为主向内外需并重的格局转换。国家能源局最新公布的《太阳能发电发展“十二五”规划》将 2015 年太阳能发电发展目标从 10GW 大幅提高到 21GW； 并在 《关于申报分布式光伏发电规模化应用示范区的通知》 文件中， 启动迄今为止国内最大的光伏项目， 即在每个省建设 500MW 的分布式光伏规模化应用示范区；同时，能源局、科技部、财政部等 2012 年再次启动了共约 4.54GW 装机容量的“金太阳示范工程”。这些不仅极大增强了国内光伏企业发展的信心， 而且将为我国分布式光伏电站开发迎来崭新的历史机遇期。并网环节一直是制约国内分布式光伏发电应用发展的主要问题， 2012 年 7月，国家电网提出要“欢迎、支持、服务”分布式光伏发电并网，并在 10 月 26日发布了 《关于促进分布式光伏发电并网管理工作的意见》 ， 通过优化并网流程、简化并网程序、 提高服务效率， 积极支持分布式光伏发电快速发展。 上述 《意见》明确落实了以下工作：（ 1）支持分布式光伏发电并网，不强制升压，单个并网点装机容量不超过6MW ， 380V 接入时免签调度协议；（ 2）承诺全额收购富余电力，上、下网电量分开结算，电价执行国家相关政策；（ 3）分布式光伏发电项目免收系统备用容量费，免收接入方案设计、并网调试检测、项目评审验收及其他咨询费用；（ 4）并网权限下放到地市公司，办理周期约 45 个工作日；（ 5）分布式光伏接入引起的公共电网改造，以及接入公共电网的接网工程全部由电网承担。统一电价和补贴不到位也是企业和投资者缺乏电站开发积极性的重要原因。由于国内各地光照资源条件存在差异导致光伏发电成本不同， 一直以来的 “一刀切”上网电价本身不具合理性，且使得企业无法对收益和风险进行预估。另外，光伏补贴主要是来自于可再生能源附加补助资金， 现如今高达 300 亿的资金缺口导致很多项目无法拿到补贴。随着环境和能源问题的日益突出，国家在光伏发电的支持力度也不断加大。自 2013 年 8 月国家发改委将全国范围内分布式光伏补贴标准定为 0.42 元 /度后，全国各省份在此基础上又陆续推出了当地补贴政策。本表汇总了自 2013 年至今全国 11 个省份的分布式光伏发电补贴政策。我国分布式光伏发电处于起步阶段， 虽然国家出台了一系列利好政策， 但发展初期在政策落实、 管理体制、 技术标准、 商业模式等方面的问题也使得其规模化应用存在诸多困难。发改委发文明确将对企业债券发行审核分三种情况进行分类 管理 ， 其中国家重点支持范围和信用好的发债申请将列入加快和简化审核， 太阳能光伏和风电应用作为调结构类项目将被列入重点支持。3、分布式光伏发电的未来趋势太阳能光伏发电在不久的将来将会占据世界能源消费的重要席位 ，它的发展不但要替代部分常规能源 ， 而且还将成为世界能源供应的主体。 预计到 2030 年 ，可再生能源的消耗将占总能源消耗比例的 30% 以上 ，而太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占有比也将达到 10% 以上 ；到 2040 年 ，可再生能源消耗将占总能耗的 50% 以上 ，太阳能光伏发电将占总电力的 20% 以上 ；到21 世纪末 ， 可再生能源消耗将占总能耗的 80% 以上 ， 太阳能发电将占到 60% 以上。 以上这些数字足以显示出太阳能光伏产业的发展前景及其在能源领域所占有的重要地位。根据《可再生能源中长期发展规划》报道 ，到 2020 年 ，我国将力争使太阳能发电装机容量达到 1.8GW（百万千瓦），到 2050 年将达到600GW（百万千瓦）。预计 ，到 2050 年 ，我国可再生能源的电力装机将占全国总电力装机容量的 25%，其中光伏发电装机将占到 5%。未来十几年 ，将是我国太阳能光伏产业发展继续迅猛的一个阶段。