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无处不在的太阳能——中国光伏企业发展前景

返回列表 来源: 发布日期: 2022.08.22 浏览次数:

中国太阳能资源概述

地球上太阳能资源的分布与各地的纬度、海拔(图一:中国太阳能资源分布【1】)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(单位为千卡/平方厘米·年或千瓦/平方厘米·年)和全年日照总时数表示。太阳能资源的分布具有明显的地域性,这种分布特点反映了太阳能资源受气候和地理条件的制约。

图片
中国具有十分丰富的太阳能资源,具有发展太阳能得天独厚的优越条件。全国各地太阳辐射总量为928—2333kW·h/m²·年。从中国太阳辐射总量分布来看,西藏、新疆、青海、内蒙古等地的辐射量较大,分布的基本特点是:西部多于东部,而南部大多少于北部(除西藏、新疆外) 【2】

图二:类型地区年照时间数年辐射总量图片

中国西藏、青海、新疆、甘肃、宁夏、内蒙古高原的总辐射量和日照时数均为全国最高,属世界太阳能资源丰富地区之一;四川盆地、两湖地区、秦巴山地是太阳能资源低值区;中国东部、南部、及东北为资源中等区。

太阳能光伏发电现状

1. 概述

2015年,我国大力倡导可再生能源的发展,并持续出台政策以疏通风电和光伏发展瓶颈,再次成为全球清洁能源产业的最大投资国,新能源投资达1105亿美元。光伏新增装机量将达到16.5GW,继续位居全球首位,累计装机有望超过43GW,超越德国成为全球光伏累计装机量最大的国家。 【3】

太阳能光伏发电系统应用非常广泛,应用形式可分为两大类:离网独立发电系统和并网发电系统。

离网独立发电系统主要应用于太空航空器、通讯系统、微波中继站、电视差转台、光伏水泵和无电缺电地区的供电系统。

并网发电系统主要由太阳电池方阵将太阳能转化为直流电能,并传递到与之相连的逆变器上,逆变器将直流电转变成交流电并经升压后,送至电网,为电网提供洁净的能源。随着世界能源安全和温室气体排放引发的环境问题日益突出,MW级中型和大型太阳能并网光伏电站越来越受到重视。

2. 太阳电池技术现状及发展方向

太阳能光伏发电核心器件是太阳电池,太阳电池能量转换的基础是半导体p-n结的光生伏特效应。现在商用的太阳电池主要有:单晶硅电池、多晶硅电池、非晶硅薄膜电池、铜锢硒和磅化锅薄膜电池等。

太阳电池关键技术的发展方向主要集中在降低成本和提高效率上。

晶体硅电池是目前太阳能电池发展的主流,中国在这一领域的关键技术的工作重点包括廉价的太阳硅材料的制备、超薄切割技术、封装装备的开发以及研发新型电池结构,提高光电转换效率。

其次是薄膜电池,目前在光伏市场上薄膜太阳能电池的产品类型主要有CdTe薄膜电池、硅基薄膜电池和CIGS薄膜电池。这些薄膜太阳能电池根据衬底材料可以分为刚性(即玻璃衬底)电池和柔性(不锈钢或聚酯膜衬底)电池。其中柔性电池的优点是可折叠、重量轻、不易碎。与常规的晶体硅太阳能电池相比,这些薄膜电池使用材料很少,构成太阳能电池的薄膜材料厚度不超过5微米,而晶体硅电池厚度约180微米~200微米。 【4】 国际上在薄膜电池的研究方面己经有了突破性的进展,其生产成本己经接近每瓦1美元,销售价在每瓦2美元左右。其成本随着生产规模的扩大,存在大幅度降低的可能。预计到2020年或2030年,薄膜电池将极有可能成为太阳电池的主导产品之一,其成本可以降到每瓦1美元以下 【5】

3. 光伏并网发电技术现状及关键问题

(1) 技术现状

按照负载供电的不同形式,并网型光伏发电系统主要分两大类。一类是直接向负载供电的小型并网光伏发电系统,属于低压并网系统;另一类是直接向电网供电的大型并网光伏发电系统,属于高压并网系统【6】

目前,小型并网光伏发电系统技术很成熟,其并网系统的电能输出点为所在低压(内)电网,对大电网干扰较小。这种系统在欧洲和日本应用广泛,国内也在积极推广。上海电气临港的200kW和云南电网试验研究院的160kW屋顶光伏发电系统是典型的小型并网光伏发电系统,对小型并网光伏发电系统有很好的示范作用。

大型并网光伏发电系统一般指MWp级及以上的光伏发电站,其中几十MWp及以上的光伏电站又可称之为超大规模光伏发电站。大型并网光伏发电系统不直接向负载供电,主要特点是太阳电池组件产生的直流电经过并网逆变器转换成交流电并经升压变压器升压后,接入大电网(即高压电网)。预计未来,人们将在沙漠、荒地上,发展建设更多、更大的大型并网光伏发电系统。

(2) 关键技术问题

最大功率跟踪: 当日照强度和环境温度变化时,太阳电池的输出电压和电流呈非线性关系变化,其输出功率也随之改变。为了充分利用太阳能,光伏发电系统必须实现最大功率的跟踪,即跟踪太阳电池的最大功率点。最大功率的跟踪(MPPT)无论对于独立型太阳能光伏发电系统,还是对于并网型太阳能光伏系统都是一个重要的问题。

系统安全保护:根据光伏发电系统的要求,逆变器需配置如下一些安全保护功能:输出过载保护、输出短路保护、输入接反保护、直流过电压保护、直流接地故障保护、交流过电压与欠电压保护、高周波和低周波保护、装置自身保护以及防“孤岛”保护等。

无功补偿功能:将并网光伏发电系统逆变器的功能拓展,可以同时实现并网、有功调节、无功补偿及滤波功能,在硬件上一般不需要作较多的变更就可以实现光伏并网发电设备的多功能应用,使并网光伏发电系统的输出能自动跟踪公共电网的电压、频率、相位等实时参数,随时调节其交流输出功率、电流、电压、谐波、频率和相位,使之与电网相匹配,从而为改善电网质量提供更多的途径。

通信网络信息交换功能:随着太阳光伏发电系统从独立系统向单一负载供电,逐渐发展为并网系统向区域电网供电,光伏电站的实时数据处理、与电网监控系统的信息交换和传递就变得十分重要了。因此,要求设备层面上各种装置都要满足与现场总线(包括过程总线和站级总线)的连接,实现间隔层与站控层的信息交换,同时还要实现与网络管理层的信息交换,使整个系统处于受控状态 【7】

“风雨飘摇”中出台的“金太阳”

受于2008年9月爆发的国际金融危机的影响,全球实体经济都有放缓的迹象。曾有350家光伏组件企业于2008年底倒闭歇业,中国太阳能光伏发电产业一度处于“风雨飘摇”之中。

2009年7月,中国政府为了促进光伏发电产业技术进步和规模化发展,培育战略性新兴产业,根据《可再生能源法》、《国家中长期科技发展规划纲要(2009-2020年)》、《可再生能源中长期发展规划》和《可再生能源发展专项资金管理办法》,中央财政从可再生能源专项资金中安排一定资金,支持光伏发电技术在各类领域的示范应用及关键技术产业化(简称“金太阳示范工程”)。

由财政部、科技部、国家能源局根据技术先进程度、市场发展状况等确定各类示范项目的单位投资补助上限。计划在之后的2-3年内,采取财政补助方式支持不低于500兆瓦的光伏发电示范项目。该政策的出台,有助于降低太阳能光伏产业发电成本,促进光伏上网电价能够尽量与市场接轨;同时也反映出中国政府新能源战略从试点到产业规模化的意图越来越清晰。此后,中国政府将出台一系列利好政策扶植光伏产业的发展。(详见附件一)

分布式电站优势及光伏电站电价改革

分布式电站是在用户所在场地或附近建设安装、运行方式以用户端自发自用为主、多余电量上网,且在配电网系统平衡调节为特征的发电设施或有电力输出的能量综合梯级利用多联供设施。分布式光伏电站通常是指利用分散式资源,装机规模较小的、布置在用户附近的发电系统,它一般接入低于35千伏或更低电压等级的电网。分布式光伏电站特指采用 光伏组件 ,将太阳能直接转换为电能的分布式光伏电站系统。【8】

目前,中国的光伏产业以地面电站为主,且大型光伏电站的年增长量居高不下,分布式光伏电站占光伏总装机容量不足16%的比例,而分布式电站可以当地消纳、损耗低、占用公共资源少,所以中东部人口密集更适于发展分布式电站,而目前应用最为广泛的分布式光伏电站系统,是建在城市建筑物屋顶的 光伏发电项目,中国也出台了相应的法律法规鼓励发展光伏电站,如:《国务院关于促进光伏产业健康发展的若干意见》、《支持分布式光伏发电金融服务的意见》等,这些法律法规旨在推动光伏产业结构调整、加快淘汰落后产能、促进光伏产业持续健康发展。

光伏产业发展前景

根据德勤发布的《2015清洁能源行业报告–迈向新主流》,分别就太阳能、风能、固废处理、水处理和新能源汽车的未来趋势进行详细分析。

数据显示,2014年全球可再生能源新增装机总容量首次超过煤炭 天然气 新增容量之和,占全球电力 新增装机容量的近六成【9】 。德勤预计到2035年,可再生能源发电将提供全球3成以上的电力。同时,中国可再生能源电力新增和累计装机容量,以及可再生能源发电总量均领先全球,其中可再生能源累计装机总量高达433吉瓦,远高于排名第二的美国(183吉瓦),全球占比高达1/4。

《报告》指出,中国已进入推进能源革命的战略机遇期。优化能源布局、控制煤炭消费、提高能源利用率是主要的政策方向。到2020年,可再生能源装机量更有望占全国能源结构的35%。

随着特高压等远距离大容量输电网络加快建设,储能技术逐步发展,以及“十三五”期间将加快推进中东部地区分布式光伏发电等重点工程,不但有望缓解弃光问题,更能有效优化全国各区域的能源供需匹配。预计自2020年起,分布式光伏在当年的光伏新增发电容量中的占比将达到甚至超过54%,潜力巨大 【10】

“走出去”:中国新能源企业面临的机遇

近几年,中国新能源产业的超乎常规发展,掩盖了包括产能过剩、核心技术缺失和海外贸易壁垒冲击等一系列行业结构性问题。

在历经行业整合之后,2015年,我国多家光伏企业宣布扩产计划,将新增4.2GW组件产能。其中,顺风国际收购多晶硅企业万年硅业及美国电池组件企业Suniva,进一步优化产业链布局。通威集团投资8.5亿新台币入股台湾昱晶能源,以寻求电池片规模效益。西安隆基、天合光能等企业与英利合作,通过委托加工等方式,实现产能利用率最大化等。 【11】

 “走出去”是中国新能源企业提升竞争力,转变运营模式,摆脱当前困境的重要手段之一,通过投资海外项目,可以开发新市场,规避贸易壁垒,消化过剩产能;同时,收购海外先进企业,获取其专有技术和研发能力,也是国内企业实现转型和升级的重要途径。

在全球范围,虽然一些国家由于财政紧张而削减了对新能源产业的补贴,但从整体看,该产业仍处于快速发展期,无论在发达国家还是发展中国家,新能源发电的装机容量都在快速提升。在这种情况下,中国新能源企业应加快“走出去”的步伐,推进产业转型升级,提升在全球市场的影响力。

附件一:中国对光伏产业的扶植政策(2009年至2015年底)

  • 2009年3月,中国财政部、住房和城乡建设部联合发布财建[2009]128号文《关于加快推进太阳能光电建筑应用的实施意见》,支持开展光电建筑应用示范,实施太阳能屋顶计划,并注重发挥国家财政资金政策杠杆的引导作用,形成政府引导、市场推进的机制和模式,加快光电商业化发展。同时发布财建[2009]129号文《太阳能光电建筑应用财政补助资金管理暂行办法》,对2009年太阳能光电建筑应用项目提供每瓦20元固定补贴。

  • 2009年7月,中国财政部、科技部和国家能源局联合发布财建[2009]397号文《关于实施金太阳示范工程的通知》,同时发布《金太阳示范工程财政补贴资助资金管理暂行办法》,明确了补助标准: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;光伏发电关键技术产业化和产业基础能力建设项目,给予适当贴息或补助。

  • 2010年9月,中国《财政部科技部国家能源局关于实施金太阳示范工程的通知》(财建“2009”397号)和《财政部关于印发太阳能光电建筑应用财政补助资金管理暂行办法的通知》(财建“2009”129号) 中,明确了金太阳示范工程和太阳能光电建筑应用示范工程的补贴标准:一是中央财政对示范项目建设所用关键设备,按中标协议供货价格的一定比例给予补贴。其中,2010年用户侧光伏发电项目补贴比例暂定为50%,偏远无电地区的独立光伏发电项目为70%。二是示范项目建设的其他费用采取定额补贴。2010年补贴标准暂定为:用户侧光伏发电项目4元/瓦(其中建材型和构件型光电建筑一体化项目为6元/瓦),偏远无电地区独立光伏发电项目10元/瓦(其中户用独立系统为6元/瓦)。

  • 自2011年7月,中国国家发改委下发《关于完善太阳能光伏发电上网电价政策的通知》以来,标志着中国光伏发电固定上网电价(又称标杆电价)出台,也预示着中国光伏发电市场由起步阶段走向规模化发展的新阶段。

  • 2012年2月1日,中国国家财政部、科技部、国家能源局联合发布《关于做好2012年金太阳示范工作的通知》,确定2012年金太阳示范工程总规模为1709MW;2012年2月24日,中国国家工信部正式下发《太阳能光伏产业十二五发展规划》,到2015年形成:多晶硅领先企业达到5万吨级,骨干企业达到万吨级水平;太阳能电池领先企业达到5GW级,骨干企业达到GW级水平;单晶硅电池的产业化转换效率达到21%,多晶硅电池达到19%,非晶硅薄膜电池达到12%,新型薄膜太阳能电池实现产业化。到2015年,光伏组件成本下降到7000元/千瓦,光伏系统成本下降到1.3万元/千瓦,发电成本下降到0.8元/千瓦时,光伏发电具有一定的经济竞争力。

  • 2012年3月27日,中国国家科技部发布《太阳能发电科技发展十二五专项规划》,实现太阳能大规模利用,发电成本可与常规能源竞争;突破规模化生产和规模化应用技术;全面布局开展晶体硅电池、薄膜电池及新型电池技术研发;全面部署材料、器件、系统和装备科技攻关。

  • 2012年9月12日,中国国家能源局发布《太阳能发电发展十二五规划》,2015 年底,太阳能发电装机容量达到2100 万千瓦以上,年发电量达到250 亿千瓦时。重点在中东部地区建设与建筑结合的分布式光伏发电系统,建成分布式光伏发电总装机容量1000 万千瓦。十二五期间,建设100 个新能源示范城市和1000 个新能源示范园区。

  • 2012年9月14日,中国国家能源局发布《关于申报分布式光伏发电规模化应用示范区的通知》,每个省(区、市)申报支持的数量不超过3个,申报总装机容量原则上不超过50万千瓦。鼓励各省(区、市)利用自有财政资金,在国家补贴政策基础上,以适当方式支持分布式光伏发电示范区建设。

  • 2012年9月27日,中国国家发改委之重要金融支持部门国家开发银行完成关于进一步加强金融信贷扶持光伏产业健康发展,重点确保“六大六小”12家光伏企业授信额度。

  • 2012年10月16日,中国国家能源局下发了关于印发《分布式光伏发电示范区实施方案编制大纲》的通知,标志着分布式发电示范项目正在积极快速的落实。

  • 2012年10月24日,中国国务院新闻办公室发表《中国的能源政策(2012)》白皮书,大力发展新能源和可再生能源,积极利用太阳能。

  • 2012年10月26日,中国国家电网公布《做好分布光伏发电并网服务的工作意见》,电网企业为分布式光伏发电项目业主提供接入系统方案制定和咨询服务,并在受理并网申请后20个工作日内实施安装。10千伏以下电压等级接入电网而且单个并网总装机容量不超过6兆瓦,将免费提供接入服务,并且全额收购这些项目富余的电量。

  • 2014年8月,中国国开行联合国家能源局制定并发布的《支持分布式光伏发电金融服务的意见》中指出:国开行支持各类以“自发自用、余量上网、电网调节”方式建设和运营的分布式光伏发电项目,重点配合国家组织建设的新能源示范城市、绿色能源县、分布式光伏发电应用示范区等开展创新金融服务试点,建立与地方合作的投融资机构,专项为分布式光伏发电项目提供金融服务。11月,中国国家开发银行、工商银行等29家银行业金融机构共同签署了《中国银行业绿色信贷共同承诺》,通过金融政策为扶持促进光伏产业的发展创造了有利条件。从资金角度出发,保障分布式发电项目顺利进行,有利于分布式发电项目的发展。

  • 2015年1月26日,中国国家能源局下发《国家能源局综合司关于征求2015年光伏发电建设实施方案意见的函》,确定2015年全国新增光伏发电并网容量目标为1500万千万(15GW)左右,其中集中式光伏电站800万千万,分布式光伏700万千万。屋顶分布式光伏发电项目不设年度规模上限。

  • 2015 年3 月17 日,中国国家能源局下发了《2015 年光伏发电建设实施方案》,提出全年新增光伏建设17.8GW,比2014 年实际完成量提升68%。其中,屋顶分布式光伏发电及全部自发自用地面分布式光伏发电项目将不限制建设规模,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,项目建成后即纳入补贴范围。中国政府对分布式能源的政策还包括《分布式发电管理暂行办法》《关于推进分布式光伏发电应用示范区建设的通知》等多项扶持政策。中国政府出台诸多政策大力发展分布式光伏发电,这将极大促进新能源行业的健康发展。

  • 2015年3月,中国国家发展改革委、国家能源局发布的《关于改善电力运行调节促进清洁能源多发满发的指导意见》表示:积极促进清洁能源消纳;利用利益补偿机制为清洁能源开拓市场空间,加强电力需求侧管理,确保清洁能源多发满发政策落到实处。《意见》中关于落实可再生能源发电全额保障性收购制度的规定,无疑为可再生能源企业吃了定心丸,对于促进清洁能源持续健康发展有重大作用。

  • 2015年3月,中共中央国务院《关于进一步深化电力体制改革的若干意见中发〔2015〕9号》文规定:通过坚持市场化改革、坚持节能减排等基本原则,加快电力体制改革。近期推进电力体制改革的重点任务有:有序推进电价改革,理顺电价形成机制;推进电力交易体制改革,完善市场化交易机制;建立相对独立的电力交易机构,形成公平规范的市场交易平台;推进发用电计划改革,更多发挥市场机制的作用;稳步推进售电侧改革,有序向社会资本放开售电业务;开放电网公平接入,建立分布式电源发展新机制;加强电力统筹规划和科学监管,提高电力安全可靠水平。

  • 2015年3月20日,国家发展改革委、国家能源局《关于改善电力运行调节促进清洁能源多发满发的指导意见》发改运行[2015]518号文件。文件要求:各省(区、市)政府主管部门组织编制本地区年度电力电量平衡方案时,应采取措施落实可再生能源发电全额保障性收购制度,在保障电网安全稳定的前提下优先预留水电、风电、光伏发电等清洁能源机组发电空间,全额安排可再生能源发电。

  • 2015年6月1日,中国国家能源局、工业和信息化部、国家认监委印发《关于促进先进光伏技术产品应用和产业升级的意见》国能新能[2015]194号文件。提出发挥市场配置资源作用,提高光伏产品市场准入标准,引导光伏技术进步和产业升级,支持先进技术产品扩大市场,加速淘汰技术落后产品。

  • 2015年12月15日,中国国家能源局相关机构印发了《关于征求太阳能利用“十三五”发展规划意见的函》。根据规划,到2020年底,太阳能发电装机容量达到160GW,年发电量达到1700亿千瓦时。年度总投资额约2000亿元。其中,光伏150GW(地面80GW,分布式70GW),太阳能光热发电10GW。太阳能发电产业对中国GDP的贡献将达到10,000亿元,就业人数超过200万。

  • 2015年12月22日,中国人民银行发布了2015年第39号公告,就在银行间债券市场发行绿色金融债券有关事宜进行公告,其中“绿色金融债券”是指金融机构法人依法发行的、募集资金用于支持绿色产业并按约定还本付息的有价证券。其附件《绿色债券支持项目目录》中明确列举了太阳能光伏发电设施建设运营这一项,支持符合一定限定条件的太阳能光伏发电站;分布式光伏电站的建设运营和能源接入及峰谷调节系统、分布式电力交易平台等系统的建设运营等。此举从单纯政策层面扩展到金融领域的支持,积极完善基础设施建设,加强相关监管体系,提升银行给予绿色产业贷款,这将大大促进包括光伏发电在内的新能源的迅速发展。

  • 2015年12月22日,由国家发改委发布的《关于完善陆上风电光伏发电上网标杆电价政策的通知》明确提出实行陆上风电、光伏发电上网标杆电价随发展规模逐步降低的价格政策,光伏发电确定2016年电价,I、II、III 类资源区光伏电站标杆上网电价分别为0.80、0.88、0.98元,分别降低了0.10、0.07、0.02元。《通知》还指出,利用建筑物屋顶及附属场所建设的分布式光伏发电项目,在符合条件的情况下允许变更为“全额上网”模式,“全额上网”项目的发电量由电网企业按照当地光伏电站上网标杆电价收购。鼓励各地通过招标等市场竞争方式确定光伏发电等新能源项目业主和上网电价。与陆上风电一并确定2016年和2018年标杆电价不同,此次调价仅确定了2016年的标杆电价,暂未明确2017年后的光伏发电的标杆电价,体现了继续扶持光伏发展的政策导向。

  • 2015年12月28日,中国国家能源局印发《可再生能源发电全额保障性收购管理办法》(征求意见稿)。意见指出:近年来,弃风弃光一直是影响中国可再生能源产业健康持续发展的最大掣肘。《办法》是中国能源主管部门在新一轮的电力体制改革的背景下,进一步加大力度,落实《可再生能源法》等法律法规对可再生能源全额保障性收购的规定,保障非化石能源消费比重目标实现,推动能源生产和消费革命的重要举措。《办法》发布并实施后,将成为中国电力市场解决弃风弃光问题,促进风电、光伏等可再生能源行业有效发展的主要推动力。

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