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中图分类号:TM615 文献标识码:A 文章编号:1671-2064(2017)01-0155-02
金华市是位于浙江省中部的地级市,古称婺州,下辖婺城区、金东区2个市辖区以及兰溪市、义乌市、东阳市、永康市4县级市以及武义县、浦江县、磐安县3县,总面积10942平方公里,是国家级历史文化名城、中国十佳宜居城市之一。2011年金华-义乌都市区被确定为浙江省的第四个大都市区,规划2020年成为200万人以上特大城市。近两年,金华光伏产业方兴未艾,仅市区就有100多家光伏公司,呈现出前所未有的发展势头。
1 金华具备光伏发电的自然条件
光伏产业是新兴产业,它依靠太阳能进行发电。地球上太阳能资源的分布与各地的纬度、海拔高度、地理状况和气候条件有关。资源丰度一般以全年总辐射量和全年日照总时数表示。就全球而言,美国西南部、非洲、澳大利亚、中国、中东等地区的全年总辐射量或日照总时数最大,为世界太阳能资源最丰富地区。我国属太阳能资源丰富的国家之一,全国总面积2/3以上地区年日照时数大于2000小时。我国将日照辐射强度超过9250MJ/m2的西部地区以外的地区分为五类,浙江属于太阳能资源分布的四类地区,全年日照时数为1400~2200小时,辐射量在4150~5000MJ/m2,相当于140~170kg标准煤燃烧所发出的热量。金华市区日照充足。全年日照时数为1804小时~2060小时,年日照率为42-45%。年平均接受太阳辐射量为4489.2MJ/m2,金华市区水平面上年平均有效发电辐照量1247(kWh/m2.a),具备建设光伏电站项目的自然条件。
2 光伏发电是建设美丽宜居金华的需要
金华市是全国十佳宜居城市之一,也是浙江省能源消耗大市,是省内以煤为主要能源的城市之一,这种消费结构给环境造成巨大压力。根据目前浙江省以及金华市的能源结构,基本上属于纯煤电的电力系统,燃煤产生大量的CO2、SO2、NOX、烟尘、灰渣等,对环境和生态造成不利的影响。为提高环境质量,在对煤电进行改造和减排的同时,积极开发利用太阳能等清洁可再生能源是十分必要的,这是金华市可持续发展的战略需要,是建设美丽宜居金华的需要,也是实现“十二五”规划《纲要》把单位GDP能耗降低21%左右作樵际性指标的需要。
3 光伏发电是能源、电力结构改革的需要,具有广阔的市场前景
按发电技术划分,2013年化石燃料发电量占全球总发电量的比重为70%,水电和核电发电量占比分别为14.2%和10.9%。建设光伏电站对于改善电力系统的能源结构、减少燃煤发电厂的环境污染、满足用电负荷迅速增长具有重要意义。
在新能源技术持续发展,电力基础设施建设不断加强,电力供应系统愈发智能及稳定的环境下,预计到2020年,全球新能源(不含水电)电力累计装机规模将从2013年的552GW增长到2020年的近1510GW,年均复合增长率高达8.3%。由于光伏发电应用领域与方式广阔灵活,在未来数年内的增速将超过风电。预计2014-2020年太阳能发电新增装机容量将达到513GW,超过风电的新增装机容量,成为全球新能源领域的第一大增长点。
2014年,中国政府也出台了一系列的光伏扶持政策,积极培育国内光伏市场,中国的光伏产业进入理性、健康的快速发展时期。2014年中国新增装机容量为10.06GW,跃居全球最大的光伏市场(表1)。除了开发大型光伏电站之外,分布式光伏发电也将是中国光伏应用的重要途径之一。
4 分布式并网光伏系统有其自身优势
它把太阳能转化为电能,不经过蓄电池储能,直接通过并网逆变器把电能送上电网,比独立太阳能光伏发电系统的建设投资可减少35%-45%,从而使发电成本大为降低。省掉蓄电池,还可提高系统的MTBF(平均无故障时间)和蓄电池的二次污染。分布式建设,可就近就地分散发供电,进入和退出电网灵活,既有利于增强电力系统抵御不可抗力的能力,又有利于改善电力系统的负荷平衡,并可降低线路损耗。
5 技术的进步为分布式光伏发电提供了技术支撑
光伏发电系统主要由太阳能电池板、并网型太阳能逆变器、交、直流防雷配电柜、连接电缆、通讯软件和监控装置及电能计量等设备组成。它通过光电转换效应将太阳的辐射能量转换为电能(直流电),再通过逆变器将直流电逆变为50Hz、400V的三相交流电并入地方电网供使用。
其原理如图1所示。
在建筑物上安装不同朝向或不同规格的的光伏阵列这种并网方式适合于分布式并网发电,在电气设计时,将同一朝向且规格相同的光伏阵列通过单台逆变器集中并网发电,采用多台逆变器分布式并网发电方案实现联网功能。
技术进步是降低光伏发电成本、促进光伏产业和市场发展的重要因素。几十年来围绕着降低成本的各种研究开发工作取得了显著成就。首先,电池效率不断提高,目前商业化晶硅电池的效率达到15%~20%(单晶硅电池18%~20%,多晶硅15%~18%);商业化单结非晶硅电池效率5%~7%,双结非晶硅电池效率6%~8%,非晶硅/微晶硅的叠层池效率8%~10%,而且稳定性不断提高。电池效率的提高是光伏发电成本下降的重要因素之一。其次,硅片厚度持续降低。降低硅片厚度是减少硅材料消耗、降低晶硅太阳电池成本的有效技术措施,是光伏技术进步的重要方面。30多年来,太阳电池硅片厚度从70年的450~500微米降低到目前的180~200微米,降低了一半以上。硅材料用量的大幅度降低是技术进步促进成本降低的重要因素。再次,产业化规模不断扩大。生产规模不断扩大和自动化程度持续提高是太阳电池生产成本降低的重要因素。太阳电池单厂生产规模已经从上世纪80年代的1~5MW/年发展到90年代的5~30MW/年,2006年25~500MW/年,2007年25~1000MW/年。生产规模与成本降低的关系体现在学习曲线率LR (Learning Curve Rate,即生产规模扩大1倍,生产成本降低的百分比)上。对于太阳能电池来说,30年统计的结果,LR20%(含技术进步在内),是所有可再生能源发电技术中最大的。
6 政策的扶持为光伏发电的发展提供了保障
国家能源局《可再生能源发展“十二五”规划》指出,十二五期间,可再生能源新增发电装机量1.6亿千瓦,其中光伏发电21Gw,到2015年底,太阳能发电装机容量达到2100万千瓦(21GW)以上,年发电量达到250亿千瓦时。国家电网公司 《关于做好分布式发电并网服务工作的意见(暂行)》。根据《意见》,国内分布式光伏发电项目将可享受全程免费的并网服务,并可以自发自用、余量上网。国务院《国务院关于促进光伏产业健康发展的若干意见》,《意见》指出“上调2015年的装机量从21GW到35GW,增幅66%”,另外重点开发分布式光伏发电。发改委《分布式发电管理暂行办法》,《办法》规定,对于分布式发电,电网企业应根据其接入方式、电量使用范围,提供高效的并网服务;当前,分布式光伏发电采用自发自用、余电上网的模式,补贴按国家0.42元/KWh,浙江省0.1元/KWh,金华市补贴政策正在制定中;如金华金磐网络科技园分布式光伏电站装机总容量520KWp,运营期25年,项目作为自发自用的分布式发电项目,电价按照光伏发电时段自用电价和国家、地方补贴合计计算,综合电价为1.54元/kWh(不含税),根据预测发电量计算,25年发电收入总额为1869.1万元。项目投资财务内部收益率(税后)为15.73%,投资回收期(税后)为5.2年(不含建设期),具备开发建设的投资条件。
7 结语
综上分析,金华市光伏发电不仅具备自然条件,也有产业基础和社会需求,拥有明显的经济和社会效益,具备广阔的市场发展前景。
中图分类号:O43文献标识码: A
引言
随着经济的迅速发展,资源的开发以及节约能源显得尤为重要。光伏能源作为可再生的清洁能源,在市场的应用进一步显现出来。在二十一世纪前半期光伏发电有可能超过核电成为最重要的基础能源之一。目前很多国家的鼓励政策和法律已相继出台。
1、国内光伏应用市场存在的问题。
1.1 光伏产业在中国快速崛起,同时成为出现“产能过剩”问题最快的新兴产业。光伏产业是中国发展速度最快的能源产业,在短短的时间里,中国光伏产业从最初的高利润、低风险急转直下,成为“产能过剩”的产业,造成“过剩”问题的主要原因是欧美国家提高贸易壁垒、减少光伏补贴。其主要原因在于中国光伏产业畸形的市场结构,其中国内市场发展缓慢是造成光伏产业发展危机的症结所在。
1.2 从经济效益看,光伏市场竞争力有限,但应用成本很高。对于集中式的大型光伏电站和分布式的屋顶电站来说,经济性是决定光伏项目建设最重要的因素。现阶段,较之传统化石能源发电成本,生物质能发电是比较高的,风能发电成本已经很接近,核能发电的成本占有较高优势,太阳能光伏发电成本介于风能和生物质能之间,大型并网的太阳能发电成本在8-11元/瓦,相当于传统化石能源发电成本的2-4倍,风力发电的1.5倍。
1.3经过最近几年的爆发式增长,我国光伏产业已经跃升至全球最大光伏产业制造基地,国内光伏应用市场发展严重滞后于产业发展。产能占到全球的一半以上。与此同时,产业发展初期大量进口多晶硅、单晶硅的情况完全改变,突破关键技术促进了产业的发展,生产设备大量依赖进口的情况也得到好转,中国成为全球光伏产能最大的国家之一。但中国光伏装机量增长非常缓慢,光伏产业严重依赖国际市场,近几年来,即便是加快发展速度,国内每年新增光伏装机容量也不足全球的十分之一。
1.4 光伏发电在国家能源结构中的份额低。从改革开放到现在,煤炭在我国能源结构中占有绝对的主导地位。原煤在能源生产总量中的比重就维持在70%以上,其次是原油和天然气。虽然“十五”和“十一五”期间,国家加大了对新能源的投资力度,但从能源结构看,新能源所占的比重并没有明显上升,2010年,新能源占全部能源生产的比重为9.4%,较2000年仅提高了1.5个百分点。整个新能源比重低,而光伏发电占能源生产的比重更低。国家能源局预计到2013年年底,全国发电总装机将达到12.35亿千瓦,其中水电装机2.78亿千瓦,增长约11.6%,占发电总装机比重为22.5%,比2012年年底提高0.8个百分点;并网风电装机7500万千瓦,增长约22.1%,占6.1%,提高0.7个百分点;核电装机1470万千瓦,增长约16.9%,占1.2%,提高0.1个百分点;并网太阳能装机1000万千瓦,增长200%,占0.8%,提高0.5个百分点。同时,火电装机占比将由2012年年底的71.5%下降到69.6%,下降约2个百分点。
2、我国光伏应用市场存在的障碍
2.1 缺乏与产业宏观政策相配套的地方性优惠措施
根据《国家金太阳示范工程财政补助资金管理暂行办法》,并网光伏发电项目原则上按光伏发电系统及其配套输配电工程总投资的50%给予补助,偏远无电地区的独立光伏发电系统按总投资的70%给予补助,其余资金由企业自筹。这对于经济欠发达的内陆很多地区光伏企业而言,项目资金的筹措是面临的首要难题,资金不到位,项目就无从启动。
2.2光伏企业普遍规模较小,资金困难,人才不足,自主创新能力不强,缺乏市场竞争力
由于内陆很多地区自然条件艰苦、文化教育相对落后等客观原因,其人口素质相对较低,光伏高科技人才、专业技术人才远远不能满足产业发展需要,特别是复合型创新人才匮乏,在很大程度上制约了地区光伏产业发展的核心动力。与国内发达地区的光伏企业相比,内陆很多地区光伏企业普遍规模较小,综合实力不强,缺乏市场竞争力。无论是从内陆很多地区光伏产业持续、健康、快速发展考虑,还是从拉动经济增长、增加就业等方面考虑,这些地区光伏企业无疑肩负着主力军的重任。
3、国内光伏应用市场发展前景
3.1 可持续发展。经济持续、生态持续及社会持续,即实现经济建设的良性循环、资源的良性循环及人类社会的良性循环。自然资源的循环利用是实现社会经济可持续发展的物质基础。要想实现生态、经济、社会三者的良性循环,就要严格控制人口增长,就要求保护环境、资源循坏利用从而提高人口综合素质的条件下进行经济和社会建设,保持发展的持续性和良好势头。经济建设与人口、资源、环境问题的关系是对立统一的。统一是指,经济建设与控制人口、合理利用资源、保护环境的目的从根本上说是一致的,都是为了人类生活过得更加幸福、美好。 对立性在过去的“增长模式”下的工业经济中已暴露无遗。在传统发展模式的革新下坚持可持续发展。为应对日益逼近的化石能源资源逐步走向枯竭,保护人类赖以生存的地球生态环境,不是光顾眼前利益无限制的开发自然资源。以满足未来的长远利益而是开发与保持自然资源并举。减少对环境的破坏,使得发展与环境协调,只有生态系统处于良好的状态才能维持使用资源,且可以持续不断的循环利用。
3.2光伏仍有巨大的发展空间。就我国西部而言,开发起步晚,很多偏远的地区电网难以延生,至今还处于缺电的状态,但是荒漠、戈壁、荒滩等空闲地开发太阳能的资源市场比较广阔。我国有很多风力资源和太阳能资源都很好而常规能源相对缺乏的地区,风光互补发电系统在提供清洁、可靠的电力方面具有明显的优势。此外,随着技术的进步和成熟,并网光伏发电系统将会快速发展,在我国的电力结构中发挥重要替代能源的作用。
3.3中国发展光伏产业的国家战略既要借鉴西方国家发展的成功经验,又要结合中国的国情走出一条中国特色的发展之路。中国是世界太阳能市场的新兴力量,中国正成为世界光伏产品制造中心,中国将成为世界光伏技术研发中心这既是中国光伏产业发展的战略定位也是中国光伏产业发展的战略目标。中国发展光伏产业是实现节能环保的重要举措,是建立经济发展新模式的关键。我国的光伏发电应采取稳步发展的原则和策略,要有利于中国光伏产业的发展,要有利于增强国力和提高国际竞争力,有利于促进社会发展和就业,符合我国的节能、环保和可持续发展战略,符合我国的西部开发战略。中国发展光伏产业要制定系列化的经济激励政策,包括税收、信贷和投资、价格、补贴和技术政策。具体建议,应建立光伏产业技术发展及产业化基金,建立光伏经济发展的社会文化氛围,建立健全光伏技术的基本标准和规范,组建具有规模优势的光伏企业集团,广泛开展光伏技术的国际合作和技术交流。应通过若干工程计划把光伏产业发展的国家战略落到实处。
结束语
一、市场调研
目前市场上现有的太阳能便携式产品主要有:太阳能发电手提箱、手机用太阳能充电器等(如右图1-1所示)。从目前调查的情况来看,市面上出现的产品中普遍存在以下问题:
1、没有太阳跟踪定位功能,发电效率一般;
2、比较笨重,不方便携带及搬运;
3、结构简单,技术含量不高。
二、总体设计思路
根据太阳光投射原理,在太阳能板平面上固定一标杆,将八个光敏电阻以圆圈状围绕于标杆外,当太阳光照射到标杆上时,若太阳能板平面偏离太阳位置,则其阴影会投射于相应的光敏器件中,利用单片机检测各光敏电阻的电压,便可得出太阳实际方向,进而控制电机带动太阳能板实现二维运动,使其精确对准太阳,保证电池板板面始终与光线垂直,实现太阳能的最大化收集。便携式自适应太阳能光伏发系统是将太阳能转换为电能以后存储在蓄电池里面,是具有可移动性质的新型电源。蓄电池为任何形式的蓄电装置,由太阳能光电池,蓄电池,调压元件三个部分组成,可输出不同的电流及电压。
三、机械结构优化设计方案
四、产品特点
1、系统实现了太阳方位的二维精确跟踪,保证阳光始终垂直照射到太阳能发电板板面,最大化收集太阳能,实现蓄电池快速充电;
2、整体采用便携式箱体设计,内部采用伸缩式机械结构,使太阳能板灵活伸缩,方便携带及使用;
3、具备太阳能充放电智能管理功能,使蓄电池具有过充、过放及过流保护,确保其长期稳定可靠的工作;
4、通过蓄电池输出直流电,可直接驱动LED照明、小型家用电器;通过220V交流逆变器可为电脑及通信设备等中小功率电器提供应急供电,且持续供电时间可长达十小时以上;
5、自给自足运行系统模式,整个系统的能量供应均来自于自身发电,无需外接电源,增强了系统的自适应力及野外工作能力;
6、太阳能跟踪平台可移植至太阳能热水器等产品,改善太阳能系列产品固定安装模式下能源利用率不高的现状;
7、系统结构简单、成本低廉、功能可灵活扩展,在安装锂电池的情况下,自重可减轻至10Kg以内,利于携带及搬运。
8、节能、环保、安全、方便、寿命长、适用广。
9、太阳能移动电源采用太阳光能,无需市电,无后期运行费用,节约用电,是国家大力推广使用的绿色环保节能能源。
五、市场定位
根据市场调研及产品特点,我们决定将该系统的定位主要在野外作业、旅游宿营、边防哨所、家庭应急供电、偏远山区农牧民用电及公共设施供电等方面,因此系统具有巨大市场空间和推广价值,并有较好的产业示范作用。
2015年,全球光伏市场增长强劲,新增装机容量预计将超过50GW,同比增长16.3%,累计光伏容量超过230GW。我国光伏新增装机量将达到16.5GW,同比增长40%,继续位居全球首位,累计装机有望超过43GW,同比增幅达20.8%。
我国光伏企业发展形势总体向好。前10家组件企业平均毛利率超15%。多家企业开始在海外设厂,生产布局全球化趋势明显。根据对部分通过《光伏制造行业规范条件》的企业进行统计显示,2015年上半年,组件企业销售收入同比增长8.9%,净利润同比增长9.7%,平均净利润率同比增长6.5%。然而,我国光伏企业在具有很大发展前景的同时,也面临一些问题。
二、面临问题
我国光伏企业面临的问题既来自外部,也有自身因素。
(一)产能仍然存在过剩
近几年,我国光伏产业迅速发展,产能急剧增长,产能过剩已经是不争的事实。2012年,欧美国家纷纷对我国光伏企业开展“反补贴、反倾销”调查,这和光伏产能过剩有必然的联系。当时,中国排名前15家的光伏企业的产量占全球市场需求总量的70%,而欧美国家欲实施“双反”调查所涉及的企业中,有73家为中国企业。
今年,我国预计装机量有望超过43GW;全球多晶硅产量预计将达到36万吨,我国多晶硅产量将达到18万吨,产品价格预计仍将维持在11万元/吨左右,企业仍然承受低价压力。虽然近来各企业不断对原有产能优化提升,然而产能过剩局非一朝一夕可以回转,多家企业因行业竞争压力过大而破产。
(二)融资难、融资贵
目前,光伏企业融资也面临困境。首先,由于部分光伏企业破产无法偿还银行贷款,不良贷款率上升,各银行纷纷收紧对光伏企业的贷款发放,使整个产业面临融资难的问题。其次,我国主要光伏企业在海外上市,受行业整合和国际争端的影响,上市光伏企业股价大跌,在海外难以融资。再次,光伏企业在境内融资成本较高。据调查统计,境内融资成本在8%左右,部分高达10%,进一步减少企业利润,不利于光伏企业的进一步发展。
(三)技术仍需提高
目前,我国产业化生产的单晶硅电池太阳能转换效率有望达到20%,而美国光伏企业SunPower生产的晶硅电池转换效率于2010年就已达到24.2%,2013年,日本松下企业研制出来的电池转换效率创世界记录,为24.7%。总体而言,我国光伏企业面临技术研发不足,理论研究薄弱等问题。
(四)政府补贴未能落实
政府虽然对光伏产业出台多项补贴政策,然而由于审批程序复杂、制度设计缺陷问题,补贴款项一直无法到位,拖欠长达2年,金额高达100亿。缺少补贴资金,我国光伏企业很难自主研发新技术,新项目也难以为继。
(五)土地税赋征收不规范
目前,光伏电站的用地征税不够规范,企业税负很大。近来,政府提出要对已经建成投产的光伏电站征收耕地占用税及土地使用税,并且征收方式和征收标准不统一,不规范,变化空间大,给投资光伏电站的企业带来巨大的投资成本,其投资收益下降甚至亏损。据估算,耕地占用税如按10―20元/平米一次性缴纳计算,二类和三类资源区电站建设成本增加2-3毛/瓦,电价成本平均增加3分/度。
三、企业发展策略
上述问题的存在均制约了我国光伏企业的健康发展。对此,企业可采取如下发展策略:
(一)加强技术和产品创新
光伏企业应大力增加对人才、技术的投入。改良西门子法,努力提高光伏电池转换效率,研发新型高效产品,并可以做到规模生产,进一步降低成本。
(二)整合产业链
企业可以通过横向和纵向整合产业链来促进其进一步发展。横向整合,加强兼并重组,淘汰落后企业和产能,进一步提高产业资源利用率。纵深发展,上游企业可以减少进口原料价格波动的不良影响,企业整体可集合研发、生产到安装,延长产业链,增强自主性和独立性。
(三)拓宽市场
近来,分布式光伏发电在国内取得了显著的发展。2016年第一季度,全国新增分布式光伏发电97万千瓦。其中,太阳能屋顶十分具有优势。国外光伏企业如美国的SunPower, First Solar, 以及Solar City等早已进入太阳能屋顶市场,采用了各种行之有效的市场策略,扩大市场份额,发展较为成熟。中国的光伏屋顶起步不算晚,然而还处于早期阶段,还有很大的发展空间。国内光伏企业应抓住机遇,结合国情,借鉴国外经验,拓宽国内市场。
此外,中国光伏企业还可以拓宽海外市场。其在欧美国家“走出去”遇到瓶颈,难以前进的情况下,可以将目标转移至南美、南非等新兴市场,这些国家潜力巨大,发展前景良好,适合进行投资。
四、政府所起的作用
政府在扶持光伏企业发展方面,起着重要的作用。当前,我国政府出台各项政策对光伏产业进行支持和补贴,然而这之中存在一定误区。
首先,政府不能一昧进行补贴,根本在于政府应鼓励光伏产业“产、学、研”结合,给予企业技术创新方面的支持。