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关键词:太阳能;光伏发电;优势;现状;发展趋势
中图分类号:TK511文献标识码: A
前言:目前我国正在进入工业化快速发展和城镇化稳步推进的阶段,能源需求快速增长,其中尤其是电力能源需求最为紧迫。我国大部分地区依靠火力发电,但是火力发电会对对环境造成污染严重且在电力调度中损坏大,电荒现象也时有出现。因此,绿色能源的到了人们的光伏关注,其中尤其以太阳能光伏发电最为引人瞩目。阳能光伏发电作为一种清洁又环保的绿色能源,在新时期的得到了广泛的应用和发展。
一、我国发展光伏发电的资源优势
我国太阳能资源非常丰富,资料显示我国日辐射量达每平方米 4 千瓦时以上,地区更是辐射量每平方米高达 7 千瓦时以上,如果全部对其太阳能资源进行开发,其能量相当于每年 17000 亿吨煤所产能量。目前太阳能发电已在我国内蒙古、新疆、甘肃、青海、、河北张家口等地的到了广泛的应用,这将有效地改善西部地区电能结构,拉动西部地区经济稳步增长。
二、太阳能光伏发电的发展现状
1、世界范围内太阳能广泛产业的发展现状
在各国政府对再生资源的重视和大力支持下,太阳能光伏产业得到了快速的发展。有数据显示,2013年,全球光伏新增装机容量约为27.5GW,较上年的18.1GW相比,涨幅高达52%,全球累计安装量超过67GW。全球近28GW的总装机量中,有将近20GW的系统安装于欧洲,但增速相对放缓,其中意大利和德国市场占全球装机增长量的55%,分别为7.6GW和7.5GW。2013年以中日印为代表的亚太地区光伏产业市场需求同比增长129%,其装机量分别为2.2GW,1.1GW和350MW。此外,在日趋成熟的北美市场,去年新增安装量约2.1GW,增幅高达84%。
2、我国太阳能广泛产业发展的现状
2011年7月24日,发改委颁布了《关于完善太阳能光伏发电上网电价政策的通知》,出台了太阳能光伏发电的标杆电价,在2011年7月前核准建设的、在当年年底前建成投产的项目,执行1.15元/千瓦时电价,7月1日以后核准,以及在年底前未投产项目,则按照1.00元/千瓦时电价执行。此外,发改委将可根据投资成本变化、技术进步等因素适时调整上网电价。近10年全球太阳能光伏产业年均增长41.3%,近5年为49.5%。中国已经为世界上最大的光伏电池组件生产国,2008年产量达到了2540.7MW,2009年产量约4000MW,约占世界产量的40%。
三、太阳能光伏发电的优缺点
1、太阳能光伏发电的优点
与火力发电系统相比,太阳能光伏发电的优点主要是
(1)从环境效益上说,太阳能光伏发电污染排放少,不会有资源枯竭的危险,使用者心理上更容易接受,符合现代人绿色环保的能源理念。
(2)从经济效益上说,太阳能光伏发电能源质量,不需要消耗燃料、不受地域限制,设施一旦投放,即可就地发电,经济效益显著。
(3)从技术角度而言,太阳能光伏发电技术已经日趋成熟,无机械传动部件,操作、维护简单,运行稳定可靠,一套光伏发电系统只要有太阳能电池组件就能发电,加之自动控制技术的广泛采用,维护成本低。
2、太阳能光伏发电的缺点
(1)从环境效益上来说,光伏生产最重要的一个环节就是多晶硅的生产。多晶硅行业是个重污染的行业, 国内尾气回收工艺不尽完善,晶硅副产品是四化硅是高毒物质,倾倒或掩埋四氯化硅将造成寸草不生土地几百年都无法使用等巨大的环境风险。
(2)从经济效益上来说,虽然太阳能光伏一点投入使用后便会产生巨大的经济效益,但是在前期投入上,投入成本仍然是巨大的。他能量密度低、需要占用大量的土地资源,且受气候因素和地理位置的影响较大。再者,太阳能电池组件成本高昂,目前仍然达不到将其进行民用普及的水平。
(3)从技术角度来说,目前太阳能光伏技术已经日趋成熟,但是目前太阳能电池生产成本迟迟不能降下来也可以说是一个技术难度。为了降低成本,现在普遍采用多晶硅代替电池中的单晶硅。多晶硅材料制备的新技术、快速掺杂表面处理技术、提高硅片质量等是当前的主要技术问题。
四、太阳能光伏发电产业存在的一些问题
(1)太阳能光伏发电并网问题
未来太阳能能源肯定是重要的能源供应来源,当光伏发电在电网电源中的比例达到一定规模时,必须考虑其对电网电压频率控制的影响,必须对光伏电站进行科学合理的调度运行控制。光伏发电的大规模接入增加了电网的安全稳定控制难度,如何利用光伏发电并网智能化技术提高电网安全稳定水平是突破的重点之一。
(二)光伏产业盲目扩张,产业和市场不对等,不利于行业健康发展
过去几年内,我国光伏产业界抓住欧美国家光伏市场的快速增长的机遇,利用国内人力和资源成本较低的比较优势,实现了迅速起步与发展壮大。但受全球光伏产业的产能迅速扩张以及金融危机影响,未来世界光伏市场将呈现供过于求的趋势,使光伏产业面临大规模洗牌。 最近我国光伏企业已普遍停止扩产、削减产量。在这个洗牌过程中,利润率最高的环节也将逐渐转向下游的光伏发电运营业,使得出售光伏电力比出售光伏组件和系统具有更长远稳定的回报,这也是传统光伏产业界(光伏设备制造业)日益重视、极力呼吁启动国内光伏市场的根本原因。
(3)光伏产业没有形成一个权威机构管制,缺少长远发展规划实践,相关技术人才匮乏,研究力量薄弱,高端实验设施落后。
五、太阳能光伏发电产业未来发展方向
(1)未来太阳能光伏发电产业一定会成本,使之普及开来。
太阳作为一种高效环保的绿色能在未来一定会得到光伏的应用。通过加大资金投入和政策扶持力度和企业的创新研发力度,一定能够降低光伏发电系统成本。现阶段光伏技术最关键的问题,就是要提高电池效率和降低成本。通过采用更先进的电子器件及高效模块降低特定系统平衡成本;通过高效的生产方案、通用型材料的增用以及新蓄电池的观念等手段降低电池成本;通过引进先进封装技术及提高电池工作效率来降低特定模块的生产成本。最后,通过降低电池成本一定会降低太阳能光伏发电的整体成本。
(2)未来民用太阳能光伏发电将大行其道
当太阳能光伏生产的整体成本降低之后,未来的民用太阳能产业一定会大行其道,将在通信和工业应用、农村和偏远地区得到广泛应用。太阳能光伏建筑一体化亦是未来的一个发展趋势,对于城市而言可以有效节约土地资源,提升高层建筑利用率。西部地区太阳能资源丰富地区农村光伏发电站的建设可以与风能发电系统互补满足农村基本用电要求。另外太阳能庭院灯,太阳能路灯等都将为家庭和市政建设节约能源。
太阳能光伏发电是一种清洁能源,零排放、无污染,且其技术日趋成熟、成本不断下降,已经适合规模应用,今后,太阳能光伏发电必将在公共建筑或民用建筑中广泛应用,光伏发电也将成为我国的一种常规能源。
结束语:太阳能光伏发电固然有其独特的优势所在,但是在经济利益复杂和多重能源并存的局面下,我国的太阳能光伏产业机遇和挑战是共存的。在现有技术的基础上,生产企业必须深入的加快研发节奏,降低生产成本,提高产品质量。政府方面更加需要推进绿色能源普及使用的进程,制定强有力的产业政策和法规条文,保障光伏产业的发展。伴随着人民环保意识的增强,我们相信在市场改革和政府政策的联动作用下,我国的光伏发产业必定能稳步健康发展。
参考文献:
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[2] 吴福保;王湘艳. 太阳能光伏发电技术的特点及其发展 [J]. 电力与能源 . 2013(07)
中国可再生能源学会副理事长孟宪淦在接受《中国经济和信息化》记者专访时表示,新能源发展到当前阶段,遇到一些问题,但是不必过分悲观,要看到战略方向的前景,要抱有信心。在他看来,应当充分肯定当前新能源所取得的成绩,理顺管理体制,顺应市场规律,在“十二五”末将迎来拐点。
市场持续扩大
从全球来看,因德国和意大利的部分企业赶在上网电价补贴下调政策生效前安装,上半年光伏需求增长超过预期。2012年上半年全球光伏设备需求13.1GW,同比增长了46%。中国国内需求也大幅增加,“十二五”期间,我国光伏发电装机规划大大超过之前的估计,达到20GW。2012年上半年每公斤多晶硅的价格从30.5美元下降到23.6美元,降幅为22.6%。电池组件价格从年初的每瓦0.951美元降到当前的0.6美元。价格是发展可再生能源的重要制约因素,价格下降,就意味着市场扩大。“金太阳”工程就是一个典型的案例,因成本下降,原来计划1GW的装机规模,上调到1.7GW。按照当前的发展趋势来看,到“十二五”末,光伏每千瓦时的发电成本能够降到0.8元以下,用户侧平价上网成为可能。
截至上半年,我国并网风电达到5258万千瓦。2011年风电并网发电量732亿千瓦时。我国已取代美国成为世界第一风电大国。风电发展逐渐走向健康可持续,风电与电网的关系在逐渐融洽,电网对风电的消纳能力进一步增强,风电每千瓦时价格已经降到0.6元左右,并且还有进一步下降的空间。风电场建设趋于理性,从过去单纯“三北”风电基地逐渐向南发展,今年“三北”地区几乎没立项。
问题凸出
新能源发展到当前阶段,遇到的一些问题主要表现在企业管理体制和新能源行业自身情况两个层面。《可再生能源法》作为可再生能源行业的基本大法,对行业所涉及的问题都进行了规范。在管理体制层面,最为突出两个问题,一个是电网的问题,另一个是价格问题。这两个问题,都需要协调、统筹、指导、调控。现在缺乏一个权威的部门统筹协调包括产业和市场发展、布局、市场准入,及政府各个部门之间对开发利用可再生能源的管理协调问题。
新能源自身与常规电力相比,在技术经济性和电力系统适应性方面,还存在许多亟待解决的问题,突出表现在以下几方面。一是商品化仍是制约太阳能发电发展的主要因素。太阳能发电成本虽然已显著降低,但与常规能源发电相比,光伏发电的商品化程度仍然较低。目前光伏发电的成本是常规能源发电成本的3倍左右,截至2011年底,光伏发电累计装机只有350万千瓦,有统计的上网发电量9.14亿千瓦时,没有形成规模效应。商品化程度低是制约太阳能发电规模化发展的主要因素。二是并网运行管理成为制约新能源发展的关键因素。在电网接入和并网运行管理上,仍未建立与新能源发电相适应的电网接入和并网运行机制,制约了新能源的发展。三是新能源制造业亟待转型升级。我国新能源制造业产能扩张过快,国内应用市场培育不足,严重依赖国外市场,在国际市场需求增速下降和主要市场国家实行贸易保护主义后,产能过剩矛盾突出,企业经营压力普遍加大。光伏制造关键技术研发滞后,主要生产设备依赖进口,缺乏核心竞争力,许多企业生产规模小、技术水平不高,低劣产品扰乱市场和无序竞争现象时有发生,产业亟待整合和转型升级,行业管理需要加强。
解决途径
新兴产业在发展的初期急剧上升,到了峰顶,遇到一些问题,然后急剧下降。新能源大起大落,我们对此该有个正确的认识。虽然目前新能源面临一些困难,但是不必过分悲观,要看到战略方向的前景,要抱有信心。在新能源恢复到正常状况的时候,是逐渐稳步前进的开始。
当前风能和光伏相关制造企业都面临产能过剩的问题,按照市场规律,过剩只能收缩和调整,淘汰落后产能,没有淘汰就没有进步。在市场竞争中,一个不变的法则就是,优胜劣汰,市场中的优胜劣汰规律是任何人改变不了的。企业只有适应市场环境,增强核心竞争力,否则不惜残酷无情地被淘汰。目前国内多晶硅制造业企业80%已经停产,因为国内企业生产成本比国际市场高十几美元,甚至三四十美元。这个过程并不是新能源行业独有的问题,家电、汽车、计算机都经历了这个过程。只是新能源在短时间内大起大落,才受到广泛的关注。
我们要不断总结新能源当前出现的问题并分析原因。解决新能源当前存在的问题,应该从以下几方面着手。首先,完善促进新能源发展的市场机制。逐渐转变对国际市场的过度依赖,建立一个国内国际兼顾的市场环境,继续扩大国内市场需求。促进发电成本持续下降,建立并完善以市场竞争为基础的新能源发电国家补贴机制。其次,建立适应新能源发展的电力运行机制。调动地方政府、电网企业和电力用户的积极性,形成全方位推进新能源发展的格局。第三,从国家层面严格准入标准,规范市场准入机制。顺应市场发展趋势,遏制盲目扩张,对现有产能进行调整整合,使其发展适应市场需求。进一步加强投资管理,控制产能扩张,优化产业布局。加大投入,支持重点企业掌握核心技术,提升核心竞争力。加强光伏产品质量评定和检测认证管理,阻止低劣光伏产品进入市场。加强光伏产业市场监管,防止无序竞争等扰乱市场秩序的行为。
下半年,受制于德、意等国对光伏补贴的削减及欧美国家的“双反”调查,去年弃风严重挫伤风电投资积极性等消极因素影响,新能源企业下半年经营压力有进一步加剧的趋势。
分布式光伏发电受热捧
光伏电站安装在屋顶,不占用宝贵的土地资源,就地发电就地并网消耗,是目前国家积极倡导的分布式能源应用的典型方式。同时,隔热效果好,减少夏天空调的使用,可达到节能减排效果。光伏发电可以减少碳排放、改善生活环境,更是一项能够让用户形成稳定投资、稳定收益的绿色项目。随着分布式光伏发电在全国的逐渐普及,分布式光伏发电已经成为了人们眼中的“香饽饽”。在工厂的楼顶或是在自家屋顶装上安装光伏电站越来越多,通过光伏发电自用和余电卖给国家电网,享受国家的光伏发电带来的收益。
由深圳市首航新能源有限公司举办的“光伏沙龙2017全国行”近日在河南省郑州市启动,旨在对光伏上下游新技术、新产品进行交流,对分布式光伏系统问题进行研究与解答。该公司中国区销售总监孙郑晨表示,“就全国用电而言,光伏能很好地补充电力缺口。同时光伏发电是在白天进行,而社会经营活动的用电主要发生在白天,光伏发电与用电时间及需求刚好匹配。”
分布式光伏发电特指采用光伏组件,将太阳能直接D换为电能的分布式发电系统,是一种新型的、具有广阔发展前景的发电和能源综合利用方式。它倡导就近发电、就近并网、就近转换、就近使用的原则,不仅能够有效提高同等规模光伏电站的发电量,同时还能有效地解决电力在升压及长途运输中的损耗问题。可以充分利用当地太阳能资源,替代和减少化石能源消费。目前应用最为广泛的分布式光伏发电系统,是建在城市建筑物屋顶的光伏发电项目。
市场的推动离不开政策的支持
《太阳能发展“十三五”规划》中明确提出,大力推进屋顶分布式光伏发电,继续开展分布式光伏发电应用示范区建设,到2020年建成100个分布式光伏应用示范区,园区内80%的新建建筑屋顶、50%的已有建筑屋顶安装光伏发电。从2016年底光伏累计装机容量来看,分布式光伏仅占13.3%,今后还有较大的发展空间。因此,分布式光伏在“十三五”期间将会成为推动光伏发展的一个重要着力点。
据悉,屋顶分布式光伏发电项目及全部自发自用地面分布式光伏项目不限制建设规模,各地区能源主管部门随时受理项目备案,电网企业及时办理并网手续,项目建成立即纳入补贴范围。这或意味着个人光伏电站项目将迎来建设高峰。
孙郑晨表示,分布式光伏发电项目在家庭用户中的成功应用,是对分布式光伏发电领域的重要尝试,对节约传统能源、保护环境起到了示范作用,同时也是对农村居民普及应用光伏发电的有益尝试。
自2013年8月国家发展改革委将全国范围内分布式光伏补贴标准定为0.42元/千瓦时后,全国各省份在此基础上又陆续推出了当地补贴政策。自国家能源局下发《2015年光伏发电建设实施方案》以来,已有多地出台了地方性光伏扶持政策。北京市发展改革委和财政局公布,北京市域内并网的分布式光伏项目可以获得0.3元/千瓦时市级补助,连续补助5年;湖北省公布,给予分布式光伏项目0.25元的省级补贴,期限为5年;上海市也采取了与湖北省相同的补贴力度;此外,江西、山东、安徽、广东、河南、福建、山西、江苏等省及其下属地级市也先后出台各种补贴政策,地方级补贴均价为0.2元左右。
分布式光伏电站逆变器需求旺盛
分布式光伏发电的构成主要包括:太阳能电池组件、保护装置、电路和逆变器。逆变器是将直流电转换成交流电的设备。当前,电网接口光伏逆变器行业围绕组串式逆变器、储能逆变器争议不休。“组串式逆变器效率持续领跑,储能逆变器海外分布式需求高。”孙郑晨说。
他表示,在组串式逆变器方面,随着近几年光伏市场发展重心从西部向中东部地区转移,以及国家提倡光伏扶贫、就地消纳等政策,首航新能源迅速在中东部地区众多光伏发电需求高的省份布局市场,去年在河北、河南、江苏等地分布式项目中取得一定成果。从去年的项目统计来看,非商业的分布式项目中,例如,江苏南通、泰州、江阴等地的民用光伏电站发展很快,山东德州、日照、烟台等地采用了民用农光互补电站等。在光伏商业项目中往往不止一台逆变器接入电网,安全稳定性要求高。该公司率先解决多台逆变器接入同一并网点,解决了逆变器容易震荡、无法稳定运行的难题。
“十一五”电力投资使得整个设备行业普遍受益,而由于行业产品结构的变化,行业机会并不相同,我们认为在结构调整的大环境下,符合行业发展趋势的投资方向应该能够获得更多的机会。我们认为,08年新能源和输配电高端化应该是趋势所向,而电站设备则由于成本压力较大,盈利能力可能会受到一定的影响。这里主要分析光伏产业、风能设备前景作些探讨。
光伏产业:短期内上游多晶硅最先规模化产出者受益
光伏产业完全具备大规模开发的条件。
政策推动发展迅速。可再生能源包括水能、生物质能、风能、太阳能、地热能和海洋能等,资源潜力大,环境污染低,可永续利用,是有利于人与自然和谐发展的重要能源。而从目前的发展状况来看,全球可再生能源在02-06年基本以年均15-30%的速度增长,其中增长最快的能源技术就是光伏并网发电,在5年期间年平均增长率达到60%。过去几年并网光伏装机主要集中于3个国家:日本、德国和美国,主要是上述国家对于光伏发电支持性政策较多,而近几年其他诸如西班牙、韩国、葡萄牙等国家也相继出台了一系列政策鼓励太阳能光伏应用的发展。
规划巨大空间广阔。我国有十分丰富的太阳能资源,1971-2000年的近30年,太阳年总辐照量平均1050―2450kW.h/m2之间;大于1050kW.h/m2的地区占国土面积的96%以上。与同纬度的其他国家相比,和美国类似,比欧洲、日本优越得多。年太阳辐射总量高于5000MJ/m2,年日照时数大于2000h,具有利用太阳能的良好条件。按照我国《可再生能源中长期发展规划》,到2010年中国光伏发电的累计装机将达到350MW,到2020年将达到1.8GW,到2050年将达600GW。按照中国电力科学院的预测,到2050年,中国可再生能源的电力装机将占全国电力装机的25%,其中光伏发电装机将占到5%,增长空间巨大。
比较于其他发电能源,优势明显。近几年光伏产业得以高速发展的原因在哪里?我们认为,比较于其他发电能源,光伏产业具有明显的优势,而正是这些优势使得即便在成本高企的现状下,世界各国政府依然会在政策上给予大量的支持,推动光伏产业的高速发展。
比较于传统设备,光伏作为可再生能源在能源有限性与环境保护方面优势明显。世界经济的现代化得益于化石能源,石油、天然气、煤炭得到广泛应用,相对而言,常规能源价格低廉,因此在过去的年代成为主要发电能源。然而由于化石能源的有限性和过度开发,近年来,能源危机已迫在眉睫。而从化石能源价格走势来看,原油、煤炭价格飞涨,基础能源成本不断提升。
比较于风电等其他可再生能源,优势体现在应用广泛性、免维护性等方面。作为可再生能源中的两大最具潜力的发电方式,光伏和风电各具优势。相对于风电,光伏发电的优势主要在应用的广泛性以及免维护性等方面。从适用场合方面,光伏发电适合阳光照射充足的地区,可用于大型电站、光伏建筑一体化、家庭等各种场合,应用相对广泛。而风力发电适合常年风速较大的地区,且规模较大,一般是采取大规模风场发电模式。
从设备维护方面,光伏发电设备基本免维护,而且使用寿命相对较长,一般在20年左右。而风力发电设备则在维护方面有较高要求,至少一年维护一次,而且维护成本相对较高,设备使用寿命则在15年左右。
我们对行业的判断:光伏发电完全具备大规模开发的条件结合以上我们对行业的分析,我们认为,在过去的几年里,光伏发电已经逐渐被世界各国作为重要的可再生能源加以大力扶持,行业增速已经在近几年得以明显体现。根据各个国家的光伏产业发展规划,未来光伏产业还有相当大的增长空间。随着国家支持政策不断落实,光伏发电相对于其他能源发电的优势逐渐明显,光伏发电完全具备大规模高速发展的条件。
多晶硅价格的下降是光伏产业大规模发展的前提。成本问题依然是制约光伏发电高速发展的主要问题。相对于其他能源发电成本,光伏发电成本明显偏高。未来只有光伏发电成本下降到和其它能源发电成本相当的时候,大规模开发才可能成为现实。
上游多晶硅技术壁垒较高,其价格决定整个产业成本。根据06年并网光伏发电系统成本构成来看,太阳能光伏电池占总成本的66%。而根据06年太阳能光伏电池各个生产环节成本的比例构成来看,多晶硅材料占总成本的56%。因此我们得出结论:多晶硅材料是整个光伏发电中成本最高的部分,约占并网光伏发电系统成本的37%。
近几年由于各国政府推进政策的支持,下游光伏产业增长迅速,而上游由于扩产的大规模投入及时间问题,多晶硅供应量明显不足,因此供需不平衡导致多晶硅价格持续上涨。太阳能多晶硅现货价格自05年始从55美元/公斤开始不断攀升,在06年到达200美元以上,至2007年底市场现货价格一度升至至400美元/公斤,至今市场价格维持在300美元左右。多晶硅的价格高位不下使得光伏发电系统成本也难以下降。
上游产能扩张使成本下降成为可能,最先规模化产出的厂商受益。巨大的供需缺口以及多晶硅价格持续上涨所带来的行业暴利使得全球多晶硅厂商纷纷设定扩产计划,而我国在这几年也有大批多晶硅新上项目投产。日前的《中国新能源产业年度报告2007》显示,目前中国已建和在建的多晶硅计划产能高达63560吨,2008年大约可以形成1.8万吨多晶硅年生产能力。产能的不断扩张将能够有效缓解多晶硅供需不平衡的现状,进而使得多晶硅价格下降成为可能。但是我们认为,短期内产能过剩的可能性基本不存在。主要原因在于:一般而言,多晶硅的生产线建设期在两年左右,经过后期的不断调试,完全达产则需要4-5年时间。那么就国内目前新建的大批多晶硅生产线而言,短期内产能根本不可能大规模释放。
根据我国目前新上马的多晶硅项目建设情况来看,除了已经有产出的新光硅业、洛阳中硅、江苏中能和乐山硅材料(峨半厂原有生产线)外,其余生产线基本都计划在08年开始有产出,相对较快的有通威永祥多晶硅、大全集团。从量产角度来看,我们认为新光硅业优势明显。新光硅业07年产出多晶硅220吨,08年预计产出800吨左右。而其他有产出的生产商目前都还是小规模生产,07年基本都不超过100吨,08年大规模产出的可能性较小。从生产规模来看,几乎各厂都可以分为一期建设规模和最终计划建设规模。我们认为一期建设规模的比较相对于最终规划建设规模的比较更有现实意义。
而从目前全球的经验来看,单厂建设规模要在1000吨以上才有规模效应。目前我国目前的一期建设单厂规模在1500吨以上的企业有深圳南玻、乐山硅材料、特变电工、江苏阳光、江苏中能。
从后续厂商产出的可能性角度而言,因为国内厂商的技术实力差距性不大,基本都为改良西门子法和全球采购的设备,我们认为基于此判断产出的可能性意义不大。但是基于我们对国际各大多晶硅厂商的生产线建设情况来看,基本建设期在两年左右,新光硅业则在1年半的时间完成。目前由于多晶硅暴利的驱使下,国内厂商的生产线建设纷纷提前至1年内完成,我们有理由怀疑在较短的时间内建成的生产线存在质量、工艺控制不达标的可能。所以从稳健角度而言,我们倾向于选择规划较早,计划充分的企业。选择深圳南玻。
基于行业的判断,2010年以前多晶硅的供应依然不足。因此短期内最先产出并能够尽快达到规模化的生产厂商必将获取超额收益。综合前面分析,我们认为短期内多晶硅行业优势最明确的生产厂商是新光硅业,最受益的上市公司是天威保变。
风电设备:设备制造逐步国产化,高速增长趋势确定
行业高速增长必将持续,2010年之前是高峰。根据规划,全球及中国风电行业的未来增速依然延续近几年的高增长趋势在过去的20多年里,风电一直是世界增长最快的能源。尤其是近十年,全球风电累计装机容量的年均增长率接近30%。据全球风能委员会(GWEC)2008年1月底的统计数据,2007年全球新增风能发电能力20GW。这一数字比2006年同比高出30%。而到2007年底世界总的风能发电能力增长27%达到94GW。
据《风力十二》的规划和预测,到2020年全世界风能装机容量将达到12.31亿千瓦,这一水平是2005年的21倍,年平均增速高达20%,届时风电将占世界电力供应的12%。
我国自1986年开始探索并网风电项目的研究,经过十多年的研究与推广,1996年后开始扩大建设规模。截至2007年底,我国新增装机340万千瓦,排在世界第3 位。总装机达到600万千瓦,2007年的增速更高达156%。尤其是近几年,中国的风电发展速度已经远远超过世界其他风电发展大国,2001-2007年中国风电装机容量年复合增长率已经达到57%。
根据中国综合资源综合资源利用协会可再生能源专业委员会与美国国家可再生能源实验室(NREL)对我国部分地区的风力资源的测算结果推测,我国陆地可以安装14亿千瓦的风力发电装备,如果考虑海上,总资源量将达到20亿千瓦以上。这一储量是印度的30倍,德国的5倍,但目前的装机仅为印度的1/2.5,德国的1/8,未来有较大的发展空间。
截止2007底,按公开数据测算,我国风电装机容量600万千瓦,仅占陆地可利用风能的的0.44%左右,发展潜力巨大。
国家政策支持力度相当大。在国家大力推行节能减排的政策趋势下,可再生能源尤其是风能的发展前景十分广阔。近年来政府扶持风电行业发展的力度明显增强,出台了一系列相关政策加以鼓励,尤其是关于落实可再生能源发电配额义务的措施,为行业快速发展创造有利条件。
国家在《可再生能源中长期发展规划》中提到,“对非水电可再生能源发电规定强制性市场份额目标:到2010年和2020年,大电网覆盖地区非水电可再生能源发电在电网总发电量中的比例分别达到1%和3%以上;权益发电装机总容量超过500万千瓦的投资者,所拥有的非水电可再生能源发电权益装机总容量应分别达到其权益装机总容量的3%和8%以上;在经济发达的沿海地区,发挥其经济优势,在“三北”(西北、华北北部和东北)地区发挥其资源优势,建设大型和特大型风电场,在其他地区,因地制宜地发展中小型风电场,充分利用各地的风能资源。
另外,风电特许权招标政策也不断朝着鼓励国产化以及稳定电价方向发展。一方面,对风电机组本地化率的要求提高到70%;另一方面,电价不再是对投标人排序的唯一依据,而是综合考察投标人的综合实力、技术方案、上网电价和经济效益等,按照不同的权重评分。其中,上网电价的比例在第三期占40%,在第四期占25%。
风电的成本优势明显。相对于太阳能、核能、生物质能,风电是最具优势的清洁能源。风电产品的资源比较丰富、技术相对成熟、成本较低,在大规模商业化开发方面具备较强的优势。尤其是成本方面,随着市场的不断扩大和技术的进步,在过去的5年中,我国风力发电的成本下降了约20%,其中风电机组销售价格的下降是是风力发电成本下降的主要原因。根据《风力12在中国》的预测,2020年前后,我国的风力发电成本将与煤电相当。
我们的观点:行业高速增长必将持续,2010年之前是高峰结合以上我们对行业的分析,我们认为,在行业增长空间巨大、国家支持政策不断落实、风电大规模开发利用优势明显的条件下,风电大规模高速度发展是必然。
我们对行业的判断是:2010年之前是国内风电行业的高速发展阶段,新装机容量年均增速在50%以上,风机市场需求大于供给;而2010年后行业步入平稳增长阶段,增速显著放缓,竞争趋于激烈。
国内风电制造商的技术不断提升是国内风电发展的条件。根据《国家发展改革委员会关于风电建设管理有关要求的通知》:风电国产化率要达到70%以上,不满足设备国产化率要求的风电场不允许建设,进口设备海关要照章纳税,同时强调,要高度重视风电设备制造的国产化。政策优势给国外风电设备商进入我国风电设备市场设置了一个较高的壁垒,未来随着我国风电装机容量的不断增长,国内企业风电设备生产能力不断提升,将会逐步取代外国企业在国内的市场份额。
国内绝大部分风力发电机组制造厂商均处于发展初期,集中度较高。06年由于国内风机主要以600kW、750kW机型为主,而金风科技在兆瓦级以下风机制造领域技术已经相当成熟,优势明显。根据国家发改委规划,我国未来的风电新增装机将以1.5MW、2MW机型为主,1MW以下机型所占比重将逐渐降低,因此具备1.5MW以上机型生产能力的企业将具有更强的市场竞争力。
目前国内企业中只有新疆金风、东方汽轮和大连华锐具备1.5MW风电机组的生产能力,并都在研制2MW以上机型。我们预测,08年东方汽轮、大连华锐可能会与金风科技的市场份额较为接近,市场竞争逐渐激烈。
关键词:金融危机;光伏产业;技术路线图
中图分类号:F42文献标志码:A文章编号:1673-291X(2010)12-0162-02
一、产业技术路线图的定义与应用
产业技术路线图(technology road mapping of industry)是指“以产业知识和洞见为基础的、关于产业前景的共识(consensus)”。它不仅包括路线图结果本身,还包括路线图的构建和调整过程;不仅考虑技术变量,还要综合考虑政治、经济、文化等变量,综合考察产业发展规律和达致愿景的条件和最优路径。
与以往产业规划方法相比,产业技术路线图有三个显著特点:一是分析理念不同,技术路线图不是以现有资源推动为动因,而是以未来市场拉动为动因,产业资源创新必须满足未来市场对产业的需求。二是驱动力不同,以往产业规划以目标驱动为动因,采取非竞争性资源利用战略;而产业技术路线图是以市场拉动为动因,采取竞争性能力和机会发展规划。三是产业技术路线图的制定过程集聚了来自不同领域的人员和信息,提供了全景创意思维情景和方法。四是清晰的时间维度,以确保政策、技术、产品等产业要素协调演进。
技术路线图理论在西方发达国家得到广泛应用。20世纪70年代末,摩托罗拉、通用等一些国际知名企业制定了企业技术发展路线图,随后,技术路线图理论在产业布局及国家或地区中长期科技战略规划中得到高度重视,美国、日本、韩国等先后制定了国家层面的产业发展技术路线图。2008年,中国广东省科技厅最先在国内研究制定了基于地区的产业发展技术路线图。
二、制定河北省光伏产业技术路线图的重要意义
光伏产业是低能耗、微污染、高产出的朝阳产业,符合国际和中国经济结构调整方向。光伏产业还是新兴的高科技新能源产业,光伏产业的发展有利于缓解全球能源紧张局势、减少温室气体排放。随着石油、煤炭等传统能源日趋紧缺,各国都特别重视光伏产业发展,并制定了相应的国家发展战略和扶持计划。2004年西班牙实施《购电补偿法》,采用政府补贴的方式鼓励光伏发电产业发展;2008年,德国下议院通过《上网电价法修正案》,刺激光伏发电企业的发展;美国自2005年起施行光伏投资税减免政策。中国也把光伏产业作为重点扶持的新能源产业之一。总理在2009年的《政府工作报告》中指出:支持和推进新能源等技术研发和产业化。大力发展清洁能源,积极发展核电、风电、太阳能发电等清洁能源。2009年8月,财政部、科技部和国家能源局联合印发了《关于实施金太阳示范工程的通知》,正式启动“金太阳工程”,这标志着中国大规模补贴光伏发电的开始。
光伏产业在河北省经济社会发展中具有重要地位。河北省拥有天威英利和河北晶龙集团两大光伏龙头企业,其在全国光伏产业具有举足轻重的地位。天威英利目前是中国最大的多晶硅生产基地,拥有从硅料生产到太阳能多晶硅电池的完整产业链;河北晶龙集团是世界最大的单晶硅生产基地,其产品质量和性能都达到同行业最高水平。但是,两企业都面临着“原料依赖进口、产品依赖外销”的发展困境。由于未能掌握高纯硅料生产技术,两企业95%的太阳能硅料依赖进口;另一方面,由于缺乏相应的产业政策支持,企业生产的光伏电池95%依赖外销。受国际金融危机的影响,国际市场对太阳能电池的需求大幅缩减,多晶硅价格暴跌近70%,但由于国内光伏企业的恶性竞争,进口硅料的价格却不断攀高,光伏产品利润锐减。金融危机将河北省光伏产业“缺乏核心技术、两头在外”的结构弊端暴露无遗,如何改变这种困境,实现河北省光伏产业的持续健康发展,是一个需要高度重视的战略课题。
在此情形下,我们认为,应用技术路线图理论研究和制定河北省光伏产业技术路线图是必要而重要的。这是因为:其一,技术路线图理论在指导新兴产业发展上,具有其他产业规划理论不可比拟的优势,摩托罗拉、通用等知名企业以及美国、日本等发达国家的实践都已证明了这一点。光伏产业作为新兴的高技术、新能源产业,发展前景广阔,但在发展初期,难免出现盲目发展的弊病。研究制定符合光伏产业发展规律的技术路线图,对于保持河北省光伏产业健康发展、提高国际竞争力具有指导意义。其二,能源市场的多元竞争格局要求必须密切结合市场需求,谋求产业未来发展。随着石油、煤炭等资源的日益枯竭,太阳能、风能、氢能等新兴能源产业得到更多支持和发展,谁能在新兴能源产业中占据主流尚未可知。在此情形下,河北省光伏产业必须抓住能源产业结构调整的良好契机,结合国内外市场需求及自己实际情况,精确定位未来发展愿景和产业技术路线图,理性应对各种挑战和机遇。其三,河北省虽然拥有保威英利和晶龙集团两大光伏龙头企业,但由于未能掌握硅料制备技术,在光伏产业链上仍处于劣势地位,因此,整合各种社会资源,尽快实现在硅料制备、光伏发电等关键技术上的突破,是提高河北省光伏产业竞争力的关键环节。而技术路线图理论作为一种技术创新管理工具,对于寻找关键技术创新突破口以及实现技术创新目标的最优路径具有指导作用。其四,正如广东省率先在国内制定区域性产业技术路线图那样,研究制定河北省光伏产业技术路线图,对于其他省以至全国光伏产业发展规划具有借鉴价值,有利于提高中国光伏产业的整体发展水平和国际竞争力。
三、制定河北省光伏产业技术路线图的基本原则
第一,弹性原则。产业技术路线图不是封闭的“黑箱系统”和僵化的教条,制定产业技术路线图既要遵循路线图制定的一般方法,又要根据实际情况做出灵活调整,以适应特定的研究对象。制定河北省光伏产业技术路线图,既要充分考虑光伏产业在河北发展的实际,又要考虑河北省产业结构的整体布局和发展目标,还要充分考察国际金融危机影响河北光伏产业发展的传导机制和应对策略。第二,整合原则。如上文所述,产业技术路线图的优势源于路线图的制定过程,而不仅仅是路线图本身。在这个过程中,聚集了不同领域的人,为信息和观点的共享创造了机会,并且提供了一个整体考虑问题和创意思维的方法。要充分实现路线图的好处,可能需要若干次反复过程,正是在路线图的不断整合优化过程中,它有力地推动了产业战略规划。第三,时间原则。产业技术路线图不仅要标明实现产业发展愿景的关键路径,而且要清楚地表明实现路径的时间维度,从而确保政策、资金、技术、产品、服务等要素的协同发展,并及时反映产业发展环境的动态变化等。第四,协调原则。产业技术路线图的制定需要政府、企业、研发机构等多个部门或组织的共同参与,因此,需要统筹协调各参与主体的利益诉求与意愿,在技术路线图制定过程中,尽量利用一切可以利用的资源,促进知识共享,达成并实现共同愿景,推进技术路线图工作健康发展。第五,保密原则。产业技术路线图是对特定范围特定产业未来发展的总体规划,其中可能涉及到相关参与者的核心利益,因此,对于涉及国家安全和企业核心竞争力的信息应事先明确并签订保密协议,产业技术路线图的制定过程及结果应根据事先协议在特定范围内公开和共享 [4]。
四、制定河北省光伏产业技术路线图的主要步骤
组织制定技术路线图的主体和领域不同,绘制技术路线图的步骤也不尽相同,制定河北省光伏产业技术路线图可遵循如下步骤:
1.深入研究河北光伏产业技术路线图的编制内容和方法
在制定河北省光伏产业技术路线图时,不仅要充分把握国内外光伏产业的现状和发展趋势,还要认真研究河北省光伏产业的现状。河北省的光伏产业起步较早,但河北省的光伏产业仍属后发区域,产业结构、技术水平、政策环境等与发达国家和地区相比有很大差异和差距,需要针对特定案例进行深入分析。
2.正确选择河北光伏产业技术路线图的分析路径
根据产业技术路线图原理,我们认为,制定河北省光伏产业技术路线图应遵循以下分析路径:产业现状分析产业市场需求分析产业发展目标分析产业关键要素项目研发需求分析。
根据以上分析路径,河北省光伏产业技术路线图的分析路径可包括以下内容:(1)光伏产业现状分析,包括国内外省内外光伏产业发展现状、影响河北省光伏产业发展的环境因素等;(2)光伏产业市场需求分析,包括光伏产业在河北省经济发展中的地位、发展趋势和发展动力、产业关联度、产业资源现状、未来产品市场等;(3)光伏产业发展目标分析,包括未来市场对光伏产品的需求、相关产业目标要素、国家及河北省光伏产业发展目标等;(4)光伏产业关键要素分析,包括影响产业发展目标实现的关键技术、政策、管理等以及需要优先解决的关键要素等;(5)项目研发需求分析,包括突破关键要素瓶颈需要培育和提升的能力、技术、政策和管理创新模式。
3.设计河北光伏产业技术路线图的编制流程
产业技术路线图的制定大致包括准备、开发和修正三个阶段。准备阶段的主要工作有:选择制定产业技术路线图的产业,界定产业技术路线图的范围和边界,选择制定技术路线图的参与者,成立课题组和组建工作团队,确定工作流程以及查阅搜集相关文献资料等。开发阶段的主要工作有:设计德尔菲调查问卷,召开头脑风暴系列研讨会,分析判断市场需求、产业发展目标、阻碍产业目标实现的关键要素,绘制产业技术路线图等。修正阶段的主要工作有:研发项目凝练,制定研发投资决策和行动计划,对产业技术路线图进行定期评估与更新等。
参考文献:
关键词:光伏发电;经济分析;发展预测
太阳能是地球能源的基本来源,因此,如何更好地利用太阳光发电,是人类一直面临的一个棘手的问题。太阳能是一项清洁性、安全性的能源,资源的来源广泛且充足,而且其具有很长的寿命,也不像其他能源那样,需要经常维护。基于这些其他能源不具备的特点,光伏能源被视为21世纪最有利用价值的能源。自上个世纪50年代,太阳能的应用已经从太阳能电池发展到如今太阳能光伏集成建筑等多个不同的领域。纵观全世界的光伏产业,也历经了半个世纪的发展,进入到21世纪之后,我国的光伏产业也渐渐地步入了高速的发展时期。因此,本文将以市场分析为基础,由四个方面来深入探讨技术经济:技术、企业产业、国家。
一、光伏产业的优点
光伏产业是一项绿色又环保的能源,因此被看作是一项战略性的朝阳性产业,各国给予光伏发电的很高的重视程度,并给予大力的扶持,原因如下:
1. 《京都议定书》给予各国以压力,迫使各国政府落实积极开发各项清洁型能源,包含太阳能在内,这样有利于减少温室气体的排放。
2. 中东是全球的石油主产区,因此,中东地区的政治趋势一直处于一种紧张的状态。为了保证稳定的能源供应,各国政府不得不大力开发国内能源,其中包含太阳能在内。
3. 像石油、煤炭这些矿物能源在渐渐枯竭,各国政府不得不积极开发包含太阳能在内的可再生能源,这样才能使能源长期供应。
基于以上几个原因,在上世纪末的最后十年,全国光伏发电产业以每年百分之二十的速度高速增长。在新千年以后的三十年中,全球光伏发电产业以每年百分之三十的速度高速增长。
光伏能源是可再生能源中一项独具潜力的能源,它的重要性和战略性日益凸显,世界各国积极出台相关政策和法律鼓励光伏产业。
自1999年来,世界各国尤其是美、日、德这些西方发达国家逐步推出了大型国家光伏发展计划和太阳能屋顶计划,这在一定程度上推动了世界光伏产业的发展,世界光伏产业是比IT产业发展还快的产业。作为一项可再生清洁能源,在21世纪前半期,光伏发电将发展成最重要的基础能源。
二、光伏发电成本分析
(一)光伏发电成本和影响因素
光伏发电的成本,直接决定了其能否大规模的快速发展,和其在能源供应中的地位。光伏发电的成本主要受两方面因素的影响:光伏发电总成本以及总发电量。光伏发电成本主要是受初始投资的影响,诸如运行维护费、税收等因素则对系统的发电成本影响较小。
1. 初始投资。光伏电站的初始投资主要包含光伏组件、电缆、配电设备、并网逆变器等成本,在这其中,光伏组件投资的成本就占初始投资的一半以上。
2. 发电量。光伏发电系统的发电量受两个因素影响:太阳能资源、太阳发电的效率,与此同时,也受运行方式、线路耗损等因素的影响。因此,在中国与建筑结合在一起的光伏发电系统大多安装在东部沿海地区。
3. 单位电量成本。(也称度电成本)
(二)多种类型的光伏发电系统度电的成本分析
中国光伏发电市场的起步并不早,主要开展了投资补贴、特许权招标等项目,一些技术的经济分析并不能恰当地反映出成本所在,本文主要结合一些典型的运电站数据来分析。
1. 聚光光伏电站的单位投资成本是比晶硅光伏要高的,聚光光伏电站度电成本比薄膜光伏电站要低,但仍然比大规模地面晶硅光伏电站要高一些。
2. 薄膜光伏电站的单位成本比晶硅光伏电站的成本要低,但它的效率也低,而度电成本比晶硅光伏电站高。
(三)光伏发电系统度电成本的变化趋势
光伏系统的成本包含太阳电池组件、功率控制、组阵系统平衡、间接费用这四个部分。在这其中,组阵系统平衡涵盖了支撑组件的框架和支架、电线、基础土建和土地的使用费等。功率控制分为两个方面,逆变器和电器控制系统。简介费用包含涵盖了工程建设的管理费、工程设计费、建设期中的利息、意外的费用、运费等等。
目前,制约光伏发电规模化发展的一大因素就是成本过高。随着电池效率的提高、组件成本的下降以及寿命的延长,光伏发电的成本和平价上网的水平相近,因此,光伏发电非常具有发电的竞争力。
一些国际机构对未来光伏发电的系统度电成本做出了预测:现如今,中国并网光伏的发电单位的初始投资成本大约为15/W,光伏发电装机的容量是3GW。按照中国发电产业现有的发展趋势来看,在技术提升和装备国产化的大前提下,每年的投资成本会有百分之十的下降。
按照《可再生能源“十二五”规划》的要求,到2015年年底,中国太阳能光伏发电的装机容量已经达到14GW。预计到2020年年底,太阳能光伏发电的装机容量会达到40GW,到2030年年底,装机容量会达到200GW。根据测算结果来看,2015年中国光伏发电的单位投资成本也大概是11元/W,2020年将会下降至10元/W,2030年会出现大幅下降,降至4元/W。
太阳电池成本的下降,不仅仅是依靠技术进步,规模化的生产也在一定程度上降低了成本,使得成本有二分之一到三分之一的下降幅度。而系统平衡需要的构建成本也有了明显的下降。目前微电网的发电技术仍处于深入研究的阶段,虽然成本还是很高,但伴随着技术的不断革新和进步,成本也会逐步降低,未来光伏发电技术的前景是巨大的。
2020年前,全球光伏发电的市场还是主要集中于欧盟地区,占到的比例约为百分之四十,2010~2020年,光伏发电在法国、德国、西班牙、意大利等国的地位逐步提升。2020年之后,光伏发电的新兴市场主要是中国、美国、巴西等国,光伏发电技术是重要的可再生能源发电技术。
三、光伏发电发展前景分析
1. 多种光伏电池技术争相发展,第一代晶硅电池具有高校、低廉、使用广泛的主要用途,为市场主导。第二代薄膜电池成本低、耗能少,发展前景良好。第三代新型太阳能电池效率高但价格昂贵,目前仍处于探索阶段。
2. 光伏微电网发电技术的发展方向是高成本和低稳定性
光伏微电网是用光伏发电当作最主要的电源,它可以和其他的储能装置配合,直接在用户负荷周围供电,典型的微电网是可以脱离主网运行的,也可接到主网上运行,这样可以减少配电投资,大大减少了太阳能间歇性对用户带来的影响,这比较适合成本较高的边远山区和对供电有高可靠性的用户使用。
四、发展光伏产业的建议
综上所述,发展我国的光伏产业已经变得刻不容缓了。我国光伏产业的健康稳步发展,是与国家产业政策的宏观调控分不开的,国家各项政策的颁布和落实,将在很大程度上推动我国光伏产业的发展。
1. 政府要做好带头作用,设立光伏产业发展的专项经费,更要在资金、电价、税收等方面制定相应的优惠政策,大力扶持。
2. 技术上既要自主研发,又要学会技术引进,也可以和国内研究共同公关,建立健全一套创新的技术体系。
3. 要以政府作为主导,多元化投资,建立一套完整的产业链,多方参与、共担风险,以更高的水平进行光伏技术师范建设项目。
4. 努力培养国内的光伏市场,制定一套具体的分摊上网电价的实施细则,。
5. 对光伏产业的发展做出合理的规划。对行业标准的制定要加速,提升光伏产业在未来产业中的竞争力。
五、总结
总而言之,太阳能光伏发电是绿色、环保的可再生能源,光伏发电技术的发展前景非常可观,在2030~2050年间,光顾能源和常规能源在价格上会有真正的竞争力出现,因此,这必将成为我国多能互补能源中非常重要的组成部分。
我国的光伏产业需要在市场的规范、设备国产化、提高技术支持、产业链的发展等方面继续努力。只有这样,中国的太阳能光伏产业才能跻身世界前列。
参考文献:
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关键词:并网光伏发电;低碳综合效益;碳减排;太阳能发电;绿色能源 文献标识码:A
中图分类号:X37 文章编号:1009-2374(2016)14-0085-02 DOI:10.13535/ki.11-4406/n.2016.14.043
并网光伏发电和分布式光伏发电有很大不同,其能够和常规电网连接,从而共同承担供电任务。随着光伏系统的发展以及材料研究的进步,现阶段的并网光伏发电的电压等级越来越高,其对于节能减排的效益也越来越大。我国是光伏产业大国,但是主要依赖外销,随着国家对清洁能源的重视,我国越来越重视光伏产品的本土消耗。因此在并网光伏发电的大背景下,分析其低碳综合效益也有着重要的现实意义。
1 并网光伏发电低碳综合效益概述
低碳综合效益评估是一项综合性很强的工作,从降低排放的角度来分析,并网光伏发电不完全是减少碳排放,例如并网光伏发电原材料的生产、集输、安装调试等过程中消耗的能量并不会降低碳排放,因此需要综合考虑。为此我们将其影响划分为低碳正效应、负效应和综合效益,显然低碳效应代表碳减排,由消极因素导致的碳排放增加则为负效应,两者之和称之为并网光伏发电的综合低碳效应。以上是评估的基本思路,并分别按照低碳正负效应两个角度分析其影响因素,最终获得并网光伏发电的低碳综合效益评估
结果。
2 并网光伏发电低碳综合效益模型构建
我们认为影响并网光伏发电低碳综合效益的因素主要有光伏发电成本、光伏发电收益、系统网损改善效益以及系统备用容量四个方面。发电效益节省了大量的化石能源的消耗,从而直接减少了碳排放,同时通过并网后售出还能取得经济效益;发电的能源是太阳能,能极大地减少发电成本,但是光伏产业的材料生产也会损耗大量的电能,增加碳排放;系统网损主要考虑并网和输电过程中的损耗以及对节能减排的影响;并网光伏发电会受到气候和天气的影响,所以需要系统有备用能量,补偿光伏发电的电能缺口,为此构建了低碳综合效益的模型。
2.1 光伏发电的收益
假设运行的第t年,并网光伏发电的发电量为Gt,则Gt为:
2.2 光伏发电的成本
光伏发电的成本投入(C2)主要表现在后期运行维护成本(Cm)和初始一次性投资成本(C0)两个方面,是两者之和。而初始阶段的一次性投入主要包含了原材料的成本、光伏制造成本和光伏设备运输成本,这其中低碳成本计算可以分两类计算。而原材料和光伏制造的电能消耗都可以估算,假设制造1个单位功率的光伏系统电能消耗为k,那么原材料和光制造造成的碳排放可以用kP0mc来表示。
而运输成本的计算为:计算光伏电站和光伏制造地之前的距离s,并估算其光伏系统的总重量W,运输过程的排放强度为g,则由于运输导致的碳排放可用Wgs表示,所以初始成本的表示为:
由于光伏发电在后期运行中有一定的维护费用,光伏板等材料的更换和维修也间接增加了碳排放,其计算方式类似于(4)式,结果为:
β表示光伏发电在实际投产后维修费用和初始投资之间的比例关系。
2.3 系统网损效益
系统网损改善可以采用对比法来进行,可以假设没有光伏发电系统网损为W1,有光伏并入后的网损设置为W2,通过W1和W2的差值可以得出系统网损的改善量,并将这个差值用W表示,即在某一个时段t内的网损改善,那么这个网损改善所带来的低碳效应C3为:
显然,当W>0时,表示这个时候网损改善表现出降低碳排放,反之则为增加碳排放。
2.4 系统备用容量成本
容量成本的评估可采用确定性评估的方法,假设这个电网系统能够为光伏发电所提供的备用容量系数为
,而P(t)表示在t时刻光伏发电所能够提供的光伏有功出力,则在这个特定时刻备用容量为P(t),而在这个特定时间系统所提供的备用容量带来的低碳效应自然是负的,其代表了系统备用容量等效的等效碳排放,设为C4可表示为:
3 光伏发电的低碳综合效益模型
上文分析了四个影响因素的评估,而低碳综合效益则为四个方面的低碳正负效应之和,即可以得到综合的低碳综合效益Cy结果为:
式中:表示光伏系统碳排放与运行年数的比值,表示每年光伏系统的碳排放;n为运行年限。
4 案例分析
4.1 案例简介
假设在某市建造10MW光伏电站,当地负荷为250MW,总投资1亿元,分5年完成,年运行维护费用比例为2%,回收期(计算用项目寿命期)取20年。采用并网多晶硅光伏系统,按照最佳倾斜角安装,每天平均峰值日照时间取4.074h,系统性能比取0.8。假设光伏设备总重量为863.21t,从光伏生产地到光伏电站距离为400km,运输碳排放强度g为0.1225kg/(t・km)。光伏上网电价取1元/(kW・h)。集中发电侧CO2排放指数取.0.9kg/(kW・h)。
4.2 低碳效益测算
光伏发电收益测算:结合式(1)~(3)可知,等效减少碳排放为10568.21MW・h;光伏发电成本测算:结合式(4)和式(5),算例系统在光伏制造阶段和运输过程中CO2排放量,则初始碳投资为19523.6t;取β=5%,则维护阶段低碳总成本为961.52t;得光伏发电低碳总成本为29841.12t。通过碳交易机制将光伏发电碳成本平均分配到光伏系统寿命周期内,相当于光伏发电每年产生CO2排放1010.21t;网损改善效益测算:从春夏秋冬季节中各选取3个典型日,利用MATPOWER软件确定每个典型日的网损改善情况,进而确定每个季节和一年的网损改善量。结合式(6)可知,其CO2等效减排为820.14t;备用容量成本测算:取备用容量系数为θ=0.25,结合式(7),可得出等效减少碳排放为2256.1t。
4.3 案例结果分析
从CO2减排效益来看,光伏发电替代传统火力发电能够取得良好的环境效益,算例中光伏系统每发1kW・h相当于直接减少碳排放554g。随着科技的进步,光伏发电成本将大幅下降,其经济效益和低碳综合效益也将更加突出。
5 结语
在大力发展清洁能源的趋势下,分析光伏发电的低碳综合效益有着重要的价值,本文分析了光伏发电的低碳综合效益影响因素,并对模型构建思路进行了分析,对其低碳综合效益评估提供了参考。
参考文献
[1] 曹阳,,袁越,张新松,郭思琪,张程飞.基于时序仿真的新能源消纳能力分析及其低碳效益评估
【关键词】 太阳能 光伏发电 技术 发展趋势
随着经济的发展和人口的增加,能源面临着供应不足,各国都在努力寻求稳定充足的能源供应,可再生能源的开发利用尤为引人注目。光伏发电指利用太阳能电池组件将太阳光能直接转化为电能,具有转化环节少、资源蕴含量取之不尽、能源质量高、建设周期短、发电方式接近零排放等优势。
1 太阳能光伏发电概述
进入21世纪后,随着人类工业化文明的日趋发展,能源问题越来越受到重视和关注,电力的需求量也随之增长,其中火电、水电、核电等占了很大的比重。我国发电的主要来源仍是火力发电,但火力发电需要燃烧大量的煤炭、石油等化石燃料,造成了资源的匮乏和环境的破坏。太阳能光伏发电技术逐渐兴起,这是一种将太阳辐射能转化为电能的新型发电技术。目前中国的太阳能发电尚处于起步阶段,由于技术问题,中国的太阳能光伏产业成本高,竞争力弱,这不仅需要技术的引进、开发,产业的管理模式,这更是政府的政策引导和扶持作用。
2 太阳能光伏发电技术的具体应用
2.1 光伏并网发电
光伏并网系统通常可以看作是大电网的组成部分,它可以传输有功功率和无功功率到与之相连接的电力系统中。按照有无储能装置,光伏并网系统可分为有储能装置光伏并网系统和无储能装置光伏并网系统。根据功率级别和光伏阵列的分布情况,可将光伏并网系统分为集中型大型光伏并网系统和分布式小型光伏并网系统。光伏并网发电就是利用并网逆变器将光伏系统连接到大电网中,将光伏系统所产生的电能传输到大电网中,由电网进行分配,为当地的负荷供电。随着对系统稳定运行要求的逐步升高,光伏并网发电已成为当今社会光伏发电系统主要采用的运行方式。
2.2 独立光伏发电系统的建立
独立光伏发电系统由于不与公共电网相连接,因此其建设地点一般选在与电网隔离的偏远地区,比如海岛、移动通讯站及边防哨所等。储能元件是独立光伏发电系统中不可缺少的,这是由于太阳能发电一般选择在白天,然而负荷用电是全天24h实施,这就需要在光伏系统中设置必要的储能元件。在气象环境影响下,其供电可靠性很难得到保障,然而对于偏远无电地区而言这一系统的建立已然产生十分重要的社会价值。
2.3 光伏建筑一体化应用
关于光伏建筑的一体化应用主要表现为两个方面: 通过在建筑物屋顶安装光伏器件的方式实现电网与光伏阵列的并联,进而构成光伏建筑一体化系统; 通过建筑和光伏器件集成化的方式于屋顶位置设置光伏电池板,利用光伏玻璃幕墙替代原有幕墙,提高墙面积屋顶的太阳能吸收量,这就同时实现了建材功能与发电功能,是对光伏发电成本的有效控制。与此同时,在墙体外饰材料研究方面也出现了全新的彩色光伏模块,这在充分利用太阳能光伏发电原理的同时也使得建筑物外观更具美学欣赏价值。
2.4 混合型光伏发电系统的构建
所谓的混合型光伏发电系统是将多种发电方式相互融合并应用于光伏发电系统的过程,混合型光伏发电系统的构建旨在发挥不同发电模式的技术优势,扬长避短,从而更加有效地提高电能的利用率。例如光伏发电经常会受到天气状况的影响,在冬季风力较大地区,就可通过光伏发电和风力发电的混合模式,尽可能减少天气变化对发电系统的影响,进而达到控制负载发电率的目的。
2.5 光伏发电在LED照明中的应用
作为半导体材料制作而成的组件,LED与光伏发电的结合可实现电能至光能的转化。这一半导体照明技术不仅有着环保、节能、高效的技术优势,并且照明周期较长,且易于维护。光伏发电在LED照明系统中的应用突出了光生伏特效应的技术原理,通过太阳能电池实现对太阳能至电能的转化,再借助LED照明系统将其转化为最终的光能。
3 太阳能光伏发电系统的前景展望
目前在太阳能光伏并网发电的应用,通常是通过建立集中式大型并网光伏电站及一些分散式小型并网光伏系统来实现光伏发电。此外,光伏建筑一体化发电系统也不断发展,其投资小,而且不需要占有多大的面积,建设周期较短,发展较快。总体来看,当前光伏发电的主流还是大型并网电站和分布式电站,而分布式发电具有广阔的发展前景。
首先,太阳能光伏发电与常规的发电系统相比具有较为明显的优点,由于其是利用太阳能来进行发电,不仅安全可靠,而且无污染,没有噪音产生,同时太阳能资源也不会存在枯竭的危险。利用太阳能进行发电不用受到资源分布地域的限制,而且可以充分的利用建筑屋面,不需要消耗燃料,同时也不需要架设输电线路,能源质量较高,而且易于建设,可以在较短时间内即可获取到能源,使用者对太阳能光伏发电更易于接受。其次,随着不可再生能源的大量开采与利用,使人类面对的能源危机问题日趋严重。太阳能取之不尽、用之不竭,低成本、高效益,尤其具有极高的清洁性,越来越受到关注。合理利用太阳能等可再生能源发电是解决能源危机和环境污染问题的一种有效方法,对可持续发展具有极其重要的意义。随着科学技术的不断进步,光伏组件材料的价格也随之不断降低,光伏发电越来越明显地显现出其经济效益和可利用的社会价值,使其作为缓解能源压力和改善环境的重要战略引起发达及发展中国家重视。此外,目前我国太阳能光伏发电项目已经取得了大量的成功经验,近年来国家也针对光伏电站的前期核准备案、电价补贴、电力接入以及税收等方面出台了一系列的支持政策,这对于太阳能光伏发电的建设起到极为重要的作用,而且随着各项目的建设和投产,我国光伏发电的装机总量将不断增加,根据国家能源局的“太阳能发电十二五规划”,2015年中国光伏累计装机容量可达35GW。
4 结语
近年来,我国太阳能光伏发电行业得以快速的发展,无论是太阳能电池的产量还是太阳能光伏发电装机容量都得以不断增加,相信在不久的将来,太阳能光伏发电将取代常规的发电系统,成为能源的主体。
参考文献:
关键词:太阳能;光伏发电;必要性;技术
常规能源在未来几十年内将耗尽,人类必须尽快寻找新的清洁能源。其中包括太阳能、风能、生物质能、水能、地热能、海洋能等,而太阳能以其储量巨大、安全、清洁等优势使其必将成为2l世纪最有希望大规模应用的清洁能源之一。太阳能具有最理想的可持续发展的特征,加大天阳能光伏发电力度,能够有效调整我国能源结构,促进我国经济与能源的可持续发展。
一、太阳能光伏发电的原理
光伏发电是利用半导体材料,通过光伏效应直接将太阳能转换为电能的一种发电形式。太阳电池的基本原理为半导体的光伏效应。当太阳光照射到太阳电池上时,电池吸收光能,产生“光生电子―空穴”对。在电池内电场作用下,光生电子和空穴被分离,从而在电池两端积累起异号电荷,即产生电压。光伏发电系统发出的直流电通过一系列逆变、控制、检测、保护等手段并入电网。
二、我国发展太阳能光伏发电的必要性
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24.6亿吨,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。
三、太阳能光伏发电技术的应用
(一)太阳能照明系统。绿色照明是指节约能源、保护环境、有益于身心的照明光环境,而太阳能照明就属于绿色照明:太阳能照明系统是由以下元件组成的:太阳能电池板、蓄电池、节能灯具、灯杆等。我国建筑行业也开始引入了太阳能灯,比如:路灯、楼道灯等,太阳能灯的控制器不仅要具备光伏系统的相关的功能,而且要具备自动开关照明灯的功能。一般情况下,在控制太阳能工作时间时,要借助定时、光控这两种方式。
(二)太阳能、LED光源的结合。在固体物理、半导体技术的快速发展下,科学家已经研发出了固体光源LED其具有以下的几点优势:较低的功耗、较长的寿命、较高的光效以及较快的反应速度等,与白炽灯相比较,固体光源LED的污染也是非常小的。在不久的未来,固体光源LED有望占领整个灯源市场。
(三)太阳能水泵。通常情况下,太阳能水泵借助太阳能电池板来带动水泵工作:在大型光伏水泵站中都会备有逆变器、逆变器可以将太阳能电池板的直流电转换为交流电,然后交流电再带动水泵进行工作。虽然刚开始要对太阳光伏水泵系统投入较多的资金,但是太阳光伏水泵系统的运行费用较低、使用寿命长,所以太阳光伏水泵系统仍然具有广阔的发展前景。
(四)光伏建筑一体化。在上个世纪,太阳能屋顶计划被提出来。具体而言,太阳能屋顶是指:在建筑物的屋顶上安装着太阳能电池板,引出端借助控制器与逆变器来与公共电网连接起来:户用并网光伏系统是由太阳能电池板、电网并联向用户供电组成的,该系统具有较强的供电可靠性。通常情况下该系统不使用蓄电池,这就达到了环保的目的。太阳能屋顶上还可以采用一些新的技术,来提高太阳能电池的转换率:光伏器件与建筑材料集成化成楣夥建筑一体化的目标。当前建筑行业已经用光伏器件代替了部分建材,这不仅促使光伏发电的成本得以降低,也扩大了光伏技术的应用范围。
四、太阳能光伏技术的发展趋势
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。
五、结语
在新常态下,我国能源消耗比较严重,环境污染也在不断加剧,制约了我国经济的可持续发展。太阳能光伏发电社会中的应用,能够降低发电污染,实现绿色产业的发展目标。所以,我国相关企业应加强对太阳能光伏技术的研究力度,保证太阳能光伏技术的应用水平,推动我国能源产业的生态化发展。