棄光現(xiàn)象成因及光伏產(chǎn)能轉(zhuǎn)化路徑研究

蔣莉　代翠玲　黃偉文

摘要：西北地區(qū)憑借豐富的太陽能資源大力發(fā)展光伏發(fā)電項目，政府出臺相應(yīng)政策鼓勵其發(fā)展，光伏裝機量在短時間內(nèi)劇增，而西北地區(qū)消納能力有限，棄光問題日益嚴(yán)重。文章從供給側(cè)改革與需求側(cè)引導(dǎo)的綜合視角分析棄光現(xiàn)象成因，通過上述原因的分析，并結(jié)合相關(guān)案例，探尋光伏過剩產(chǎn)能轉(zhuǎn)化路徑，為提升西北地區(qū)光伏發(fā)電消納能力提供理論基礎(chǔ)和實證支撐。

關(guān)鍵詞：棄光；消納；供給側(cè)；需求側(cè)；轉(zhuǎn)化路徑

一、引言

隨著傳統(tǒng)能源的供給緊張和人們環(huán)保訴求日益增多，我國將目光轉(zhuǎn)向太陽能等清潔能源，西北地區(qū)是我國能源資源聚集地，其擁有豐富太陽能資源，是發(fā)展光伏等新能源的良好地帶。近年來，國家先后發(fā)布《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》、《“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》、《光伏發(fā)電項目價格政策的通知》等一系列促進(jìn)新能源發(fā)展的政策法規(guī)，在政府政策的大力扶持下，西北地區(qū)的光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛。2017年，西北五?。▍^(qū)）新增光伏發(fā)電并網(wǎng)容量463.4萬千瓦，累計并網(wǎng)容量3502.9萬千瓦，占全網(wǎng)總裝機的14.7%；全年光伏發(fā)電量407.3億千瓦時，占全網(wǎng)總發(fā)電量的5.6%。然而由于西北地區(qū)用電需求增長緩慢和電網(wǎng)設(shè)施建設(shè)不完全等因素的影響，太陽能電力消納困難，“棄光”問題日益突出，2017年，西北棄光總量高達(dá)66.7億千瓦時，西北各?。▍^(qū)）存在不同程度的棄光現(xiàn)象。棄光限電問題成為制約西北地區(qū)新能源發(fā)展的瓶頸，解決棄光問題刻不容緩。本文從供給側(cè)改革與需求側(cè)引導(dǎo)的綜合視角分析棄光現(xiàn)象成因，通過案例分析研究，探尋光伏過剩產(chǎn)能轉(zhuǎn)化產(chǎn)業(yè)路徑，分析在西北大規(guī)模發(fā)展光伏農(nóng)業(yè)的經(jīng)濟技術(shù)可行性，并提出相應(yīng)的建議，為提升西北光伏發(fā)電消納能力提供理論基礎(chǔ)和實證支撐。

二、西北地區(qū)太陽能運行消納基本情況

（一）光伏裝機情況

西北區(qū)域是我國能源資源聚集地，太陽能資源尤為豐富，很多投資商瞄準(zhǔn)這一優(yōu)勢，在西北集中地大規(guī)模開發(fā)太陽能，致使西北地區(qū)光伏裝機量爆發(fā)性增加，2013年至2017年，西北地區(qū)累計光伏裝機量逐年遞增（如圖 1）。2013年至2107年，西北地區(qū)新增光伏裝機量有增有減，2013年和2016年這兩年，西北地區(qū)的新增光伏裝機量高達(dá)900萬千瓦；2014年和2017年，新增光伏裝機量相對較少。

（二）光伏發(fā)電情況及棄光情況

由圖2可知，2015～2017年，西北棄光總電量基本呈上升趨勢，棄光率先上升后下降。在這三年中2016年棄光量最多，為70.42億千瓦時。2015～2017年，西北地區(qū)總光伏發(fā)電量為950.95億千瓦時，總棄光電量高達(dá)186.12億千瓦時，平均棄光率19.57%。西北五省（區(qū)）中，新疆、甘肅和陜西平均棄光率排名前三。新疆、甘肅光伏發(fā)電運行較為困難，平均棄光率高達(dá)32.48%和32.91%，陜西、青海和寧夏這三個省平均棄光率分別為9.59%、7.38%、7.14%（見圖 2）。

三、西北地區(qū)棄光原因分析

結(jié)合光伏多年實際運行數(shù)據(jù)分析可知，造成棄光現(xiàn)象主要有以下三個原因： 光伏發(fā)電裝機增速與當(dāng)?shù)赜秒娯?fù)荷增速不匹配、配套電網(wǎng)建設(shè)滯后及政策機制不健全等。

（一）光伏發(fā)電裝機增速與當(dāng)?shù)赜秒娯?fù)荷增速不匹配

出于西北地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展和扶貧攻堅的需要，在經(jīng)濟增速逐漸放緩的大形勢下，光伏裝機依舊保持較快增長速度，從市場供需角度來看，西北區(qū)域新能源裝機增速過快，社會用電需求增速放緩，全社會用電最大負(fù)荷為1152萬千瓦，新能源裝機卻高達(dá)1337.5萬千瓦，用電負(fù)荷增速與電源裝機增速的不相匹配影響了太陽能電力消納。

（二）配套電網(wǎng)建設(shè)滯后

我國光伏發(fā)電項目大部分集中在西北低負(fù)荷地區(qū)，當(dāng)?shù)叵{的同時，剩余電力需要通過外送進(jìn)行消納。太陽能電力外送需要建設(shè)電網(wǎng)線路以及其配套設(shè)施，從建設(shè)周期來看，光伏電站建成僅需半年左右，而一條330千伏的電網(wǎng)線路建設(shè)就得1年半，在目前的電力電網(wǎng)規(guī)劃、建設(shè)和運行方式下，電力輸送通道難以滿足光電外送在建設(shè)進(jìn)度、輸送容量、輸送對象等方面的需求。

（三）政策和機制不健全

我國當(dāng)前施行政策主要是光伏發(fā)電度電補貼政策和光伏發(fā)電上網(wǎng)標(biāo)桿電價政策，通過刺激供給側(cè)，達(dá)到發(fā)展光伏等新能源的目的，在這種刺激下，光伏裝機量、發(fā)電量持續(xù)上升?，F(xiàn)行政策的激勵重點在于供給側(cè)，卻忽視了需求側(cè)的激勵。在無需求側(cè)刺激的情況下，作為理性人的用戶傾向于更為價格低廉供應(yīng)穩(wěn)定的火電，太陽能電力消納就更為困難。就電力機制方面而言，太陽能電力的調(diào)度受到原有電力運行機制和剛性價格機制的限制，難以落實節(jié)能優(yōu)先調(diào)度等行政性規(guī)定，現(xiàn)有的電力機制不利于光伏發(fā)電項目的可持續(xù)發(fā)展。

四、光伏過剩產(chǎn)能轉(zhuǎn)化路徑探究及案例研究

有限的消納能力限制了西北地區(qū)光伏發(fā)電項目發(fā)展，如何擴大消納空間、提升消納能力，這些都是需要政府需盡快解決的問題。在探究光伏過剩產(chǎn)能轉(zhuǎn)化路徑時，部分學(xué)者主張實施西電東送戰(zhàn)略，建設(shè)遠(yuǎn)距離送電通道，從建設(shè)周期角度來說，配套電網(wǎng)的建設(shè)速度根本趕不上新能源項目建設(shè)的速度；從建設(shè)成本角度來說，建設(shè)遠(yuǎn)距離輸電通道耗資巨大。通過建設(shè)遠(yuǎn)距離送電通道消納電力并不是轉(zhuǎn)化光伏過剩產(chǎn)能的最佳路徑。緩解光伏產(chǎn)能過剩應(yīng)以自主消納為主，拉動地方用電需求，提升消納能力，擴大消納空間，從目前來說，光伏農(nóng)業(yè)為解決光伏發(fā)電消納能力不足提供新途徑。光伏與農(nóng)業(yè)一體化是光伏應(yīng)用的一種新的模式，其既具有發(fā)電能力，又能為農(nóng)作物及畜牧養(yǎng)殖等提供適宜的生長環(huán)境。與建設(shè)集中式大型光伏地面電站相比，發(fā)展光伏農(nóng)業(yè)項目利于有效緩解人地矛盾，促進(jìn)社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展，靈活地創(chuàng)造適宜不同農(nóng)作物生長的環(huán)境，滿足農(nóng)業(yè)用電需求的同時，產(chǎn)生發(fā)電效益。 十三五規(guī)劃重點指出西部大開發(fā)戰(zhàn)略和扶助農(nóng)民脫貧脫困的構(gòu)想，在西北地區(qū)發(fā)展光伏農(nóng)業(yè)不但可以改善光伏發(fā)電產(chǎn)能過剩的現(xiàn)狀，且可以發(fā)展低碳綠色產(chǎn)業(yè)，實現(xiàn)西北經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展。筆者通過案例研究分析在西北大規(guī)模發(fā)展光伏農(nóng)業(yè)的經(jīng)濟可行性，下文以徐州豐縣暉澤新型23.8MW農(nóng)業(yè)廠房屋頂光伏電站為例進(jìn)行案例分析。

（一）案例研究

1. 項目介紹

徐州豐縣光伏農(nóng)業(yè)項目裝機容量為 23.8MW，該項目占地面積60萬平方米，共建設(shè)農(nóng)業(yè)大棚200多座，5822個單元，主要種植食用菌。大棚屋頂面積31萬平方米，采用18.8MW多晶硅光伏組件和5MW薄膜光伏組件的組合方案，共計安裝38個逆變器，經(jīng)升壓接到110千伏，總?cè)萘?萬千瓦。該項目的主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)由計算得出，如表 1所示：

假設(shè)該項目的生命周期為25年，理論發(fā)電量的計算公式為：理論發(fā)電量=裝機容量（KW）*水平面年累計輻照*系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率，計算得到豐縣光伏大棚理論發(fā)電量為2592.49萬 Kwh/年。年均發(fā)電量以第一年系統(tǒng)衰減 3%，之后 24 年依次衰減 0.7%為標(biāo)準(zhǔn)，基于整個 25 年的生命周期計算得到，豐縣光伏大棚項目 25 年的總發(fā)電量為 58327.71 萬千瓦時，年均發(fā)電量為2333.11 萬千瓦時.該項目的初始總投資分為光伏設(shè)備初始投資和大棚建設(shè)投資。項目初始投資為 15870萬元。年均發(fā)電凈收益=年均發(fā)電量*標(biāo)桿電價-增值稅-所得稅，標(biāo)桿上網(wǎng)電價江蘇屬于第三類資源區(qū)，故標(biāo)桿上網(wǎng)電價為 0.75 元/Kwh，年均運營維護成本=初始總投資*年運營維護費率年運營維護費率按 2%計算。本項目以種植食用菌為主，棚內(nèi)作物利潤按每畝2.5萬元計算，設(shè)施農(nóng)業(yè)每年收入大于等于2000萬元。

2. 結(jié)合案列分析在西北發(fā)展光伏農(nóng)業(yè)的可行性

就資源稟賦而言，西北地域均屬于我國第一二類光資源區(qū)，江蘇徐州豐縣屬于第三類資源區(qū)，假設(shè)建設(shè)相同裝機容量的光伏電站，西北的發(fā)電量遠(yuǎn)高于徐州。就土地面積而言，西北地區(qū)地域遼闊，適合大規(guī)模發(fā)展光伏農(nóng)業(yè)。就氣溫而言，西北大部分區(qū)域?qū)儆跍貛Ъ撅L(fēng)和溫帶大陸性氣候，全年平均氣溫偏低，晝夜溫差大，在西北發(fā)展光伏農(nóng)業(yè)，利用先進(jìn)的溫室大棚技術(shù)創(chuàng)造作物的生長環(huán)境，滿足作物生長需求，進(jìn)而產(chǎn)生作物經(jīng)濟收益；就收益而言，西北人民既可通過種植作物獲得收益，又可通過剩余光伏電力并網(wǎng)獲取光伏售電收益。除此之外，光伏電站的發(fā)展可帶來關(guān)聯(lián)效應(yīng)，吸引其他產(chǎn)業(yè)進(jìn)入西北，創(chuàng)造更多就業(yè)機會，助力西北脫貧脫困，一舉多得。

3. 關(guān)于西北發(fā)展光伏農(nóng)業(yè)的建議

政府應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)赜秒娯?fù)荷增速設(shè)計光伏裝機量指標(biāo)；與此同時，加快配套電網(wǎng)建設(shè)，滿足光伏發(fā)電剩余電量并網(wǎng)在建設(shè)進(jìn)度、輸送容量、輸送對象等方面的需求；在政策方面，西北地區(qū)各級政府應(yīng)加大對光伏農(nóng)業(yè)的財政資助，并建立和完善監(jiān)管體系；加強人才培養(yǎng)和科學(xué)技術(shù)投入，鼓勵相關(guān)科研院所與相關(guān)企業(yè)合作，創(chuàng)新性開展關(guān)于光伏農(nóng)業(yè)的方面研究，促進(jìn)西北地區(qū)光伏農(nóng)業(yè)項目持續(xù)健康發(fā)展。

五、結(jié)語

在國家大力推進(jìn)新能源戰(zhàn)略的背景下，中國新能源發(fā)展取得了巨大成就，太陽能等新能源的快速發(fā)展 有效緩解了火電等傳統(tǒng)能源對環(huán)境的污染，但由于規(guī)劃、配套電網(wǎng)建設(shè)、政策等方面問題導(dǎo)致西北地區(qū)出現(xiàn)嚴(yán)重的棄光問題。對于西北地區(qū)來說，“農(nóng)業(yè)與光伏一體化”是光伏過剩產(chǎn)能轉(zhuǎn)化最佳路徑，在西北發(fā)展光伏農(nóng)業(yè)，可加快太陽能多元化應(yīng)用的速度，推動構(gòu)建清潔低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系的進(jìn)程，與此同時，助力西北人民脫貧脫困，做到真正精準(zhǔn)扶貧。

參考文獻(xiàn)：

[1]林伯強.解決“棄風(fēng)棄光”問題刻不容緩[N].中國證券報，2017-02-15.

[2]國家能源局.2013年光伏發(fā)電相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)[R].2013.

[3]國家能源局.2014年光伏發(fā)電相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)[R].2014.

[4]國家能源局.2015年光伏發(fā)電相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)[R].2015

[5]國家能源局.2016年光伏發(fā)電相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)[R].2016

[6]國家能源局西北分局.2017年西北區(qū)域并網(wǎng)運行情況[R].2017.

[7]韓秀云.對我國新能源產(chǎn)能過剩問題的分析及政策建議——以風(fēng)能和太陽能行業(yè)為例[J].管理世界，2012（08）.

[8]范高鋒，張楠，梁志鋒，王靖然.我國“三北”地區(qū)棄風(fēng)棄光原因分析[J].華北電力技術(shù)，2016（12）.

[9]周強，汪寧渤，冉亮，沈薈云，呂清泉，王明松.中國新能源棄風(fēng)棄光原因分析及前景探究[J].中國電力，2016（09）.

[10]舒印彪，張智剛，郭劍波，張正陵.新能源消納關(guān)鍵因素分析及解決措施研究[J].中國電機工程學(xué)報，2017（01）.

[11]李璨. 基于生命周期的光伏發(fā)電項目綜合效益評價研究[D].青島科技大學(xué)，2017.

[12]房裕東，黃紹華，秦樹香，沈文杰，魏端，楊美嫻，鄭博，李育軍.光伏農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與前景分析[J].長江蔬菜，2015（18）.

（作者單位：江蘇大學(xué)財經(jīng)學(xué)院）