分布式光伏發(fā)電與能源可持續(xù)利用

孫康杰，王 經，2，

（1.上海交通大學機械與動力工程學院，上海 200240；2.上海市能源研究會，上海 200020）

0 引言

進入21世紀以來，世界各國的能源政策都在力求發(fā)展可再生能源，以解決化石燃料日益匱乏帶來的能源危機。據(jù)英國石油公司（BP）2013年6月發(fā)布的《BP世界能源統(tǒng)計年鑒》的數(shù)據(jù)，北美洲（美國、加拿大和墨西哥等國）2012可再生能源消費量占總量的比例達24%；歐洲及歐亞大陸國家（奧地利、比利時、瑞士等國）則達到41.7%。以德國為例，新能源發(fā)電（主要為光伏發(fā)電和風力發(fā)電）日發(fā)電量高達3 000萬W，約占總負荷50%。中國的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2012年，可再生能源包括風能、太陽能、地熱、生物和垃圾發(fā)電等的消費總量達到31.9 Mt油當量，占能量消耗總量的13.4%［1］。因此，我國在制定能源可持續(xù)利用和發(fā)展戰(zhàn)略時，必須大力發(fā)展可再生能源，走綠色能源之路，而分布式光伏發(fā)電已成為當今世界最有希望的可再生能源資源之一。

1 歐美等發(fā)達國家分布式光伏發(fā)電站的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 應用現(xiàn)狀

20世紀60年代，美國率先開發(fā)分布式光伏發(fā)電裝置，在人造地球衛(wèi)星上使用太陽能作為能源之一。20世紀70年代，美國、以色列等國大量使用分布式光伏發(fā)電裝置，并使之商業(yè)化，大力推廣民用屋頂光伏發(fā)電站。1983年，美國在加州建成當時世界最大分布式光伏發(fā)電站，裝機容量達1 600萬W。日本于1964年實施補助獎勵辦法，推廣每戶3 000 W的“市電并聯(lián)型太陽能光電系統(tǒng)”，政策規(guī)定：第一年政府補助49%經費；以后逐年減少補助。日照充足時，自家發(fā)電系統(tǒng)供應負載，若有節(jié)余另行儲存。當由于日照不足造成發(fā)電量不足或不發(fā)電時，所需電力由電力公司提供。這在當時對許多市民具有較大吸引，1996年日本有2 600戶安裝分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，1997年達9 400戶，總裝機容量達3 200萬W［2］。

德國關閉核電站的能源轉型工程大大加快了分布式光伏發(fā)電裝置的應用。截止到2011年底，德國光伏裝機容量達到24.8 GW，到2012年8月底，光伏發(fā)電裝機容量達30 GW，其中80%的容量是從低壓電網接入的；意大利的光伏發(fā)電裝置裝機容量達12 GW，奧地利太陽能光伏發(fā)電裝置裝機容量達170 MW。正是由于大量分布式電源的涌入，2013年6月德國與其鄰國波蘭發(fā)生了關于可再生能源電力注入電網、干擾電網正常運行的矛盾和爭議。

1.2 接入技術標準與規(guī)范

由于現(xiàn)有配電網并沒有考慮分布式電源的接入，而光伏發(fā)電的接入將會給其運行管理與電能質量帶來一系列問題。為此，歐盟以及歐洲各國制定了一系列技術標準與規(guī)范，明確分布式電源并網的技術要求，為光伏發(fā)電系統(tǒng)并網提供了法律和技術上的保障。在20世紀90年代初，國際上對分布式電源并網采取了“即接即忘（Fit and forget）”的做法，即將分布式電源看作“負功率”負荷而忽略其影響，或者說不用對現(xiàn)有配電網網架、保護控制手段以及運行管理方式進行調整和改造?！凹唇蛹赐钡那疤崾菄栏窨刂品植际诫娫吹慕尤肴萘浚蛊洳粚ΜF(xiàn)有配電網產生實質性的影響，例如，美國電網企業(yè)曾要求一條饋線上接入的分布式電源的容量不大于其最小負荷功率的10%［3］。

進入21世紀，分布式電源迅速發(fā)展，大量的分布式電源需要并網，“即接即忘”的原則已不能適應這種情況，因而一些先進國家轉而制定了更為積極的技術標準。德國電力協(xié)會（VDEW）分別于1998年與2001年頒布了分布式電源接入中壓與低壓配電網的技術導則，對分布式電源對電能質量的影響及其保護措施提出了要求，但沒有對分布式電源的容量做出硬性限制。這就意味著在保證配電網安全（不超載、短路容量不超標）與電能質量合格的前提下，可最大程度地接納分布式電源。德國低壓配電線路實際接入的分布式電源總容量有的已接近其設計的額定容量。一些電網企業(yè)采取了更換一次設備、安裝短路電流限制器與應用電能質量控制裝置等技術措施，來提高配電網接納分布式電源電力的能力。

德國配電網在中午光伏發(fā)電的高峰時段，出現(xiàn)了阻塞現(xiàn)象；當電網頻率與電壓發(fā)生變化時，反孤島保護動作，大量的光伏系統(tǒng)脫網，也給電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行帶來嚴重影響。為此，歐盟及歐洲各國紛紛開展了有源配電網技術的研究，應用通信與智能控制技術，采取更加積極主動的控制與保護措施，確保配電網安全穩(wěn)定運行，進一步提高其接納分布式電源電力的能力。

2 國內分布光伏發(fā)電的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀

2.1 發(fā)展歷程

20世紀80年代，我國開始引進太陽能光伏電池板生產線，由于太陽能光伏電池板可以出口賺取外匯的利益驅動，在2002年無錫尚德的迅速崛起帶動下，2006年全國光伏電池板產量達到438 MW，2007年達到1 188 MW。太陽能光伏電池板產能超過歐洲、日本成為世界第一，所占全球總產量百分比從2002年的1.07%達到2008年的15%［4］。但光伏電池板的大規(guī)模生產并未帶動我國太陽能光伏發(fā)電事業(yè)的發(fā)展，其原因是成本太高。

2.2 政策支持

2011年以來，國家發(fā)改委、國家能源局、國家財政部相繼出臺一系列支持、鼓勵太陽能光伏發(fā)電的政策。

2012年10月國家電網公司組織編制了《關于做好分布式光伏發(fā)電并網服務工作的意見（暫行）》、《關于促進分布式光伏發(fā)電并網管理工作的意見（暫行）》以及《分布式光伏發(fā)電接入配電網相關技術規(guī)定（暫行）》。2012年10月26日，國家電網公司公布的《分布式光伏發(fā)電的服務意見》解決了分布式發(fā)電并網難這一難題。國家電網公司為光伏發(fā)電提供優(yōu)質服務，即并網無需到國家發(fā)改委審批，改由電網公司備案，6 MW以下的分布式電站還免收接入費。2013年7月，國家發(fā)改委下達正式文件，印發(fā)了《分布式發(fā)電管理暫行辦法》的通知；國務院（2013）24號文件《關于促進光伏產業(yè)健康發(fā)展的若干意見》；國家能源局（2013）267號文件國家能源局綜合司關于征求《分布式光伏發(fā)電項目管理暫行辦法》意見的函及附件；國家財政部（2013）390號《關于分布式光伏發(fā)電實行按電量補貼政策有關問題的通知》，明確了對太陽能光伏發(fā)電、其他分布式發(fā)電項目的管理、財政補貼政策。

2.3 應用現(xiàn)狀

這些優(yōu)惠政策不僅對太陽能光伏發(fā)電企業(yè)補貼力度大，而且非常科學合理。例如，家庭屋頂太陽能光伏發(fā)電站每生產一度電就可以獲得國家0.42元的補貼，使得普通家庭建設太陽能光伏發(fā)電站的投資在短期內得到回收。但相對于歐洲尤其是德國，我國的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)尚處于起步狀態(tài)。

2012年底，中國首個居民用戶分布式光伏電源在青島實現(xiàn)并網發(fā)電，從申請安裝到并網發(fā)電，整個過程用了18天就全部完成。2013年7月2日，攀枝花學院2.1 MW太陽能屋頂光伏發(fā)電項目建成投運，裝機容量為2.1 MW，總投資達3 738萬元，年發(fā)電量達261.01萬k Wh，每年可節(jié)約標煤886 t，減少二氧化碳排放量1 933.12 t，減少二氧化硫排放量13.10 t。這些范例表明，公共服務領域建設分布式光伏電站具有很強的節(jié)能減排效應［5］。

在政府大力鼓勵發(fā)展分布式光伏發(fā)電的政策推動下，生態(tài)農業(yè)與光伏的結合正在建成一些成功的項目。如：江西省首家現(xiàn)代化養(yǎng)殖場光伏屋頂發(fā)電站在東鄉(xiāng)縣江西東華種畜禽有限公司竣工并正式投入運營，項目總投資為550萬元，總容量為282.72 k W。項目采用光伏發(fā)電，自發(fā)自用，余量上網，能量循環(huán)，既能滿足現(xiàn)代化養(yǎng)殖場的生產和生活用電，又可實現(xiàn)節(jié)能減排，還能余電并網帶來可觀利潤。2013年9月1日國內首個分布式光伏發(fā)電設備超市在浙江省臺州市建成。該超市面向潛力巨大的家用和商用屋頂光伏發(fā)電市場，為顧客提供產品體驗、設備選型和方案設計等一站式購物服務，方便了分布式光伏發(fā)電站的普及建設。

3 關于發(fā)展分布式光伏發(fā)電的建議

1）必須大力推進近期國家對分布式太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)相關補貼政策與標準的執(zhí)行，同時簡化不必要的審批程序和相關費用，從根本上促進光伏發(fā)電產業(yè)化的發(fā)展。建議上海市政府應制定相關政策，對污染嚴重區(qū)強制執(zhí)行光伏發(fā)電份額。借鑒國外經驗，立法要求如果某地區(qū)PM2.5數(shù)值超標，則必須保證一定比例的新能源發(fā)電量，這是因為光伏發(fā)電的高成本與煤炭發(fā)電相比還是難有市場競爭力。

2）建議采取經濟杠桿保證光伏發(fā)電裝機容量持續(xù)穩(wěn)定增長。德國可再生能源法規(guī)定了光伏發(fā)電的補貼辦法，對于屋頂光伏和地面光伏等各類光伏發(fā)電的應用模式，其規(guī)模不同，補貼力度不同。德國2012年最新修改的法律規(guī)定，光伏發(fā)電的每千瓦時上網電價從17.94歐分到24.43歐分；未來12個月內如果安裝容量超過350萬k W，上網電價下降3%；如果超過750萬k W，上網電價下降15%。在挽救國內的光伏企業(yè)的同時，需要采取合理的策略保證其穩(wěn)步發(fā)展［6，7］。

3）建議制定合理的分布式光伏發(fā)電管理方式，保證電網的安全運行。例如西班牙政府要求某一區(qū)域安裝的分布式電源的容量應保持為該區(qū)域的峰值負荷的50%以下，盡量避免分布式電源反送電。德國要求100 k W以上的分布式電源必須安裝遠程通信和控制裝置，以便調度實時了解其出力，并且可以進行調度。

4）要加速研發(fā)與應用人才培養(yǎng)。組織科研力量解決太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)關鍵技術問題，包括高效轉換率、電池板多晶硅加工工藝、高質量國產逆變器、控制儀表，并網技術等。同時，在有相關研究背景和技術力量的大學、科研院所開設可再生能源技術課程，制定中短期專業(yè)技能培訓計劃，既培養(yǎng)有高素質的科技領軍人物，又培養(yǎng)經驗豐富的工程技術人員。

［1］ 張伯泉.風力和太陽能光伏等發(fā)電現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢［J］.中國電力，2006，39（6）：65-69.

［2］ 趙玉文.太陽能利用的發(fā)展狀況和未來趨勢［J］.中國電力，2003，36（9）：63-69.

［3］ 日本太陽能協(xié)會.太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的設計與施工［M］.北京：科學出版社，2006.

［4］ 劉宏，吳達成，楊志剛，等.家用太陽能光伏電源系統(tǒng)［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2007.

［5］ 王經.能源可持續(xù)利用與能源經濟學［M］.上海：上海交通大學教材出版社，1998.

［6］ 雷一，趙爭鳴.大容量光伏發(fā)電關鍵技術與并網影響綜述［J］.電力電子，2010（3）：16-23.

［7］ 劉楊華，吳政球，涂有慶，等.分布式發(fā)電及其并網技術綜述［J］.電網技術，2008，32（15）：58-63.