"双碳"目标下太阳能发电发展规划研究

引言

大力发展新能源是推动绿色低碳发展、加快生态文明建设的重要支撑,是应对气候变化、履行我国国际承诺的重要举措,我国实现2030年前碳排放达峰和努力争取2060年前碳中和的目标任务艰巨,需要进一步加快新能源发展。为打造"南有浙江安吉,北有山东蒙阴"的县域品牌,在"美丽中国先行示范区"建设上走在前列,蒙阴县大力推广光伏建设,为建设美丽、富强、幸福新蒙阴贡献力量。

目前蒙阴县集中式光伏基本已开发完毕,受场地条件限制、政策因素等影响,未来蒙阴县大片开发集中式光伏的可能性较小。而蒙阴县建筑屋顶资源丰富、分布广泛,开发建设屋顶分布式光伏潜力巨大。推进屋顶分布式光伏建设,有利于整合资源,实现集约开发,有利于引导居民绿色能源消费:是畅通绿水青山和金山银山的转化路径,也是实现碳达峰、碳中和与乡村振兴两大国家重大战略的重要措施。

利用地方优势建设大型片区的分布式光伏项目可以有效利用闲置屋顶资源,充分利用太阳能资源,向用户供给大量的清洁能源并提升能源利用效率,有利于促进能源结构向低碳化、清洁化转变,降低对煤炭、石油等化石能源的依赖和消耗:有利于供能侧减少二氧化碳的排放,为减缓气候变暖做出贡献:同时也契合了乡村振兴战略中"生态宜居"的要求,能为农民创收,推动美丽乡村建设。

1分布式光伏发展现状及基础

1.1分布式光伏发展现状

蒙阴县10kV及以下分布式光伏接入客户数由2015年的33户增至2021年(上半年）的1.03万户,光伏装机总容量增至289V93MW,其中10kV分布式光伏接入户数11户,总装机容量36.5MW:0.4kV及以下分布式光伏接入客户数10288户,总装机容量253.43MW。台区光伏渗透率42.6%,全市第一,高于全省平均水平。随着分布式光伏接入电网的比例越来越高,蒙阴县配电网的消纳能力略显不足,光伏高峰出力会导致潮流反送。光伏潮流倒送的过载问题会影响电网安全稳定运行,导致末端过电压问题。此外,分布式光伏还存在运维效率较低、无统一的管理平台等问题。

1.2分布式光伏发展基础

采用Meteonorm数据作为基础数据进行预测。光伏项目所在区域年辐射量1403V4-w·h/m2,其中春季439V1-w·h/m2、夏季453V9-w·h/m2、秋季296V5-w·h/m2、冬季213V9-w·h/m2,最大、最小总辐射量月份分别为5月、12月,总辐射量分别为170V5-w·h/m2、62V9-w·h/m2,具体如图1所示。根据《太阳能资源评估方法》(GB/T37526—2019）,项目试点属于太阳能资源较丰富地区,太阳能资源稳定程度为0V3689,表明项目试点的太阳能资源稳定,适宜太阳能资源的开发利用。

图1蒙阴县逐月太阳能总辐射量

2分布式光伏并网分析

2.1光伏并网模式

根据光伏建设场景和本地电网政策,可将光伏并网模式分为全部自发自用,自发自用、余电上网,全额上网3种模式。

2.2接入系统方案设想

(1）220k户用接入:适用于在居民家庭屋顶建设光伏,家庭用电电压为220k的场景。

(2）380k工商业接入:适用于在小型工商业和学校、医院、村委会等公共建筑屋顶上建设光伏的场景。

(3）10kV并网接入:适用于在大型工商业等屋顶资源集中、可装机容量大的场景。

2.3光伏消纳配套措施

蒙阴县部分区域光伏产业发展较快,部分乡镇已出现光伏消纳与需求间的矛盾:光伏接入最大功率受设备容量、末端电压偏差、线路容量等约束影响。因此,为提升蒙阴县光伏利用水平,须将光伏、电网、储能、消纳等因素统筹考虑,制订提升光伏消纳能力的技术措施。

(1）建设外送消纳通道:蒙阴县农村区域光伏装机量大,可再生能源就地消纳能力有限,且外送通道不足,容易造成弃光现象。因此需加强外送通道建设,提高分布式电源的外送能力。

(2）改造变电设施及线路:部分地区电网网架薄弱,变电设施和线路规格较小,容易造成线路过载、短路电流大[3]等问题,无法满足大规模分布式光伏并网接入,需要对原有的配电线路及变电站进行改造升级。

(3）多种方式并网:根据光伏分布情况、现场电网情况,制订差异化接入方案。差异化接入方案包括配变低压母线接入、专用升压变压器接入、专用10kV并网接入等。

(4）配套储能建设:根据光伏分布和电力消纳等因素,研究用户侧分布式储能和电网侧集中式共享储能的应用。

(5）柔性直流互联系统:合理配置适量柔性直流互联系统的光伏发电系统不仅能减少用户对电网的依赖,且能使光伏发电的功率平滑输出,对电网不会造成大的冲击,有利于最大化就地消纳光伏发电,减少损耗。

(6）推广电能替代:通过在工农业生产制造、电力供应与消费、交通运输、居民采暖、家庭电气化等五大领域拓展电能替代广度、深度,提升终端消费电气化水平,提升消费侧分布式光伏消纳能力。

3分布式光伏规划

3.1近期分布式光伏规划

优先筛选开发条件良好、消纳能力强、商业模式成熟、具有明确政策导向的项目作为近期"十四五"期间开发重点,如:(1）峰谷电价差较大的工业用户,根据用电特性及电价水平,通过分布式光伏＋储能系统,降低用电成本:(2）政府机关、学校、医院等公共建筑,充分利用空间资源安装光储系统:(3）针对规划的供电要求较高的用电企业,建设分布式光伏＋储能系统,可提供电源紧急备用、改善电能质量等增值服务:(4）近期具有碳排指标压力的企业。

结合蒙阴县各类型屋顶条件,参照前述项目近期重点方向,按照"宜建尽建"的原则,蒙阴县不同类型屋顶分布式光伏规划如表1所示。

表1  蒙阴县"十四五"期间分布式屋顶光伏规划容量单位:MW

3.2远期分布式光伏规划

蒙阴县远期总体建设规模约为569MW,总发电量6.7112亿kW·h。蒙阴县远期不同类型屋顶分布式光伏规划如表2所示。

表2  蒙阴县远期分布式屋顶光伏规划容量单位:MW

4"十四五"期间规划效益分析

4.1经济效益

4.1.1促进蒙阴县经济发展

"十四五"期间,本规划光伏新增总装机容量167MW,项目总投资约7.35亿元,可以光伏为核心,实现"一业促多业""一点带多点",促进清洁能源产业规模化发展与传统产业抱团发展,带动各产业上下游产业的发展,推进传统产业转型升级,助力蒙阴县新旧动能转换,力促生态工业强项更强、优势更优。初步估算可带动产业投资约7.7亿元,综合经济效益约15.05亿元。

4.1.2为当地用户带来经济效益

根据《国家发展改革委关于2021年新能源上网电价政策有关事项的通知》(发改价格(2021)833号）,对新备案集中式光伏电站、工商业分布式光伏项目和新核准陆上风电项目,中央财政不再补贴,实行平价上网,2021年新建项目上网电价按当地燃煤发电基准价执行,山东省燃煤发电基准价为0.3939元/(kW·h）。

(1）至2025年新增党政机关建筑屋顶光伏装机容量7.92MW,未来25年共发电2.37亿kW·h,综合电价按折后(8.5折）电价0.442元/(kW·h）计算,未来25年总收益2023万元,年均可以创造81万元的经济效益。

(2）至2025年新增学校、医院、村委会等公共建筑屋顶光伏装机容量27.38MW,未来25年共发电8.19亿kW·h,综合电价按折后(8.5折）电价0.442元/(kW·h）计算,未来25年总收益6991万元,年均可以创造280万元的经济效益。

(3）至2025年新增工商业厂房屋顶光伏装机容量68.02MW,未来25年共发电20.33亿kW·h,考虑峰谷电价差后综合电价按0.7362元/(kW·h）计算,未来25年总收益11.98亿元,年均可以创造4790万元的经济效益。

(4）至2025年新增农村居民屋顶光伏装机容量63.67MW,未来25年共发电19.03亿kW·h,农村居民业主总收益1.91亿元,年均可以创造764万元的经济效益。其中考虑由投资方融资建设,农村居民业主前20年收取租金,第20年以后光伏电站所有收益归屋顶业主所有。屋顶光伏容量按20kW计算,共安装40块组件,每块组件租金为20元/年,每年收益为800元,后五年收益为4.4万元,25年总收益约6.0万元。

综上分析,本规划未来25年可为当地用户创造经济效益14.79亿元,年均收益5914万元。

4.1.3进一步增加地方财税收入

本规划稳定运营后,每年能为当地政府贡献大量的税收,25年共增加1.73亿元,平均每年增加692万元。此外,通过带动建筑、建材、发电设备等行业的发展,也将间接推动地方政府税收的增长,这有利于提升地方政府的财政支出能力,进而增强政府利用财政资金加大地方投资,完善公共设施建设、提高地区公共服务水平的能力,有助于进一步推进民生工程的建设。

4.1.4一定程度上带动就业

项目整体建设过程可吸纳当地闲散劳动力,每年可增加1800人次就业,项目整体建成后,产业带动当地就业,可以提供100人左右的运维岗位。在稳定就业过程中,除着力扩大就业渠道、增加岗位供给外,还可培养劳动者的光伏专业技能。稳定就业,提升就业质量,使更多劳动者成为创业者。

4.2社会效益

4.2.1绿色低碳,助力"双碳"目标实现

推进屋顶分布式光伏建设,有利于优化能源结构,提前构建以新能源为主体的新型电力系统,实施可再生能源替代行动,控制化石能源总量:有利于经济社会的可持续发展,引导居民绿色低碳能源消费,为助力碳达峰、碳中和目标实现迈出坚实的一步,提升蒙阴县"碧水映青山,绿色新蒙城"的社会形象。

4.2.2推进乡村振兴战略实施

本规划积极响应蒙阴县建设全国乡村振兴示范县工作方案,统筹推进乡村"五大振兴",实现农业高质高效、乡村宜居宜业、农民富裕富足。建设户用光伏电站,可保障农民增收致富,助力实施乡村振兴战略。

4.2.3巩固拓展脱贫攻坚成果

户用光伏电站建设项目能拓宽农民增收渠道,改善农村生产生活条件,促进社会公平正义,增进农民福祉,让亿万农民走上共同富裕的道路,巩固拓展脱贫攻坚成果。

4.2.4降低企业能耗,缓解用电紧张问题

对于园区生产型企业能耗大的问题,企业如采用光伏发电系统进行补充,特别是在用电高峰期,不仅能享受折扣电价,而且发电相对稳定,光伏发电时间与企业用电高峰时段基本一致,可真正达到削峰作用,在一定程度上缓解当地电网供电压力。

4.2.5推动节约型社会建设

蒙阴县正处于工业化、城镇化快速发展的阶段,经济建设需要用到很多电力资源,太阳能是一种新型能源,能减少其他不可再生能源的消耗。而本规划的实施是充分利用太阳能发电的重要举措,有利于推动建设节约型社会。

4.3环境效益

根据测算,光伏发电的C02排放量为15～34g/（kW·h）,光伏发电的C02排放量只是化石能源的1/40～1/20,所以光伏发电在降低碳排放方面拥有压倒性优势。

本规划的实施有利于加快推进蒙阴县"美丽中国先行示范区"建设方案中碳汇交易工作,带来可预见的环境效益。至2025年蒙阴县分布式光伏（420.43MW）减排量如表3所示。通过中国碳交易网查询近年来市场碳交易均价在50元/t左右,预测至2025年蒙阴县每年的碳交易可达2473万元。通过碳减排收益分享,不仅能加快光伏投资企业建设成本的回收,还为园区生产企业创造了额外收益。

表3  至2025年蒙阴县分布式光伏电站减排量

5结论及建议

（1）蒙阴县光伏规模化开发规划,可优化用能结构,使光伏成为主力能源之一。"十四五"期间,蒙阴县将逐步用分布式光伏代替传统的化石能源,带来可预见的经济、社会效益,并完成总体规划碳排放目标,为实现碳达峰、碳中和目标助力。对于后续规划建设的分布式光伏电站,通过消纳和电网条件分析,提出配套的光伏消纳技术措施。

（2）针对开发企业分布式光伏项目备案流程,建议电网公司与企业对电网接入申请流程及其他配套流程进行创新并监督实施:建议对分布式电力交易机制进行创新,多方融合打造数字化绿电交易平台:建议制订积极政策,提升企业、个人安装光伏意愿。