北京科諾偉業(yè)科技股份有限公司 ■ 謝曉惟 梁秀紅 梁勃
進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái),歐洲經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展使能源消耗也相應(yīng)大幅增加。化石能源因其不可再生性及對(duì)環(huán)境的破壞性使歐洲各國(guó)將目光轉(zhuǎn)向風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生清潔能源。在歐洲,風(fēng)能比太陽(yáng)能發(fā)展早,風(fēng)力發(fā)電因技術(shù)成熟、可靠性高、成本低且規(guī)模效益顯著在歐洲大陸得到廣泛應(yīng)用。雖然光伏發(fā)電技術(shù)在歐洲大范圍應(yīng)用相對(duì)較晚,但增長(zhǎng)迅速,現(xiàn)已成為歐洲最重要的可再生能源之一。
光伏發(fā)電可直接將太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)換為電能而不排放任何廢氣的優(yōu)點(diǎn)被人們寄予厚望。雖然在制造光伏組件期間會(huì)消耗一定能量,但光伏組件在其壽命周期內(nèi)卻能產(chǎn)生大于制造能耗約10倍的能量[1]。人們希望通過(guò)光伏發(fā)電技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用來(lái)大幅減少傳統(tǒng)化石能源在能源消耗中的比重。
一些歐洲國(guó)家,如希臘、西班牙、意大利及德國(guó),近幾年光伏發(fā)電發(fā)展迅猛。其中德國(guó)作為歐洲最早發(fā)展光伏的國(guó)家在該領(lǐng)域取得的成績(jī)更是令人矚目,政府制定的支持光伏發(fā)電發(fā)展的法案已取得明顯效果。然而,相關(guān)法案的實(shí)施也加重了德國(guó)居民的負(fù)擔(dān),造成能源貧困的現(xiàn)象[2]。
本文利用歐洲光伏協(xié)會(huì)、彭博新能源財(cái)經(jīng)及英國(guó)石油提供的數(shù)據(jù),介紹德國(guó)光伏的發(fā)展現(xiàn)狀、背后的激勵(lì)政策及現(xiàn)存的一些問(wèn)題,最后結(jié)合中國(guó)國(guó)情探討德國(guó)光伏發(fā)電帶來(lái)的啟示。
早在1991年和1999年,德國(guó)就提出“1000個(gè)屋頂計(jì)劃”和“100000個(gè)屋頂計(jì)劃”[3];2000年以后,德國(guó)政府可再生能源法的實(shí)施及對(duì)于溫室氣體排放的控制更是促進(jìn)了光伏發(fā)電在21世紀(jì)的大規(guī)模運(yùn)用。特別是在2011年日本福島核電站事故后,德國(guó)政府宣布在2022年前徹底關(guān)閉所有的核電站[4]。這一系列舉措促進(jìn)德國(guó)光伏發(fā)電近20年的蓬勃發(fā)展。
世界各國(guó)2003~2013年的光伏發(fā)電量及截至2013年光伏累計(jì)裝機(jī)量分別如圖1、圖2所示。由圖1可知,2013年,德國(guó)光伏發(fā)電量為30 TWh,全球光伏發(fā)電量為124.8 TWh,德國(guó)光伏發(fā)電量占全球光伏發(fā)電量的24%。然而其他光伏大國(guó)如日本、中國(guó)和美國(guó),2013年的光伏發(fā)電量?jī)H約為德國(guó)的1/3[5]。
圖1 世界各國(guó)2003~2013年的光伏發(fā)電量[5]
圖2 世界各國(guó)截至2013年光伏累計(jì)裝機(jī)量[5]
由圖2可知,德國(guó)2013年累計(jì)光伏裝機(jī)量為35.948 GW,全球?yàn)?39.637 GW。德國(guó)光伏裝機(jī)量占全球光伏裝機(jī)量的25.7%。相比之下,其他國(guó)家如日本、中國(guó)及美國(guó),截至2013年光伏裝機(jī)量均遠(yuǎn)不及德國(guó)[5]。
通過(guò)以上數(shù)據(jù)可知,截至2013年,德國(guó)光伏發(fā)電量及累計(jì)裝機(jī)量均位居世界首位且約占全球1/4,領(lǐng)先其他任何國(guó)家。而就德國(guó)電力供應(yīng)而言,2013年德國(guó)國(guó)內(nèi)140萬(wàn)個(gè)光伏電站產(chǎn)生的30 TWh電量占全國(guó)當(dāng)年用電總量的5.7%。在晴朗的工作日,光伏發(fā)電能覆蓋35%的瞬時(shí)電力供應(yīng);而在晴朗的周末及假日,光伏發(fā)電可提供最多50%的電力供應(yīng)。在政策層面上,德國(guó)政府2020年可再生能源占總能源消耗35%的目標(biāo)還將重點(diǎn)依靠光伏發(fā)電完成。因?yàn)橄噍^于光伏發(fā)電,風(fēng)力發(fā)電尤其是離岸風(fēng)電,目前已落后于既定目標(biāo)[1]。
目前在世界范圍內(nèi),光伏發(fā)電技術(shù)主要分為大型地面式光伏電站和屋頂分布式光伏發(fā)電兩大類。相較于地面集中式光伏電站,屋頂分布式發(fā)電以其裝機(jī)量大小靈活、成本相對(duì)較低及距離用電負(fù)載近等優(yōu)點(diǎn)[3]近幾年備受人們重視。
由圖3可知,截至2013年,相較于保加利亞、西班牙等國(guó)大型地面集中式光伏電站占光伏裝機(jī)量80%以上,以德國(guó)為代表如瑞士和奧地利等國(guó)屋頂分布式光伏發(fā)電裝機(jī)占比近80%。具體就德國(guó)而言,居民屋頂分布式光伏電站占總裝機(jī)量的12%,商業(yè)屋頂分布式光伏電站占53%,工業(yè)屋頂分布式光伏電站占10%,大型地面集中式電站只占25%[6]。
圖3 歐洲各國(guó)光伏裝機(jī)類型對(duì)比[6]
德國(guó)為了保持其國(guó)內(nèi)能源的持續(xù)供應(yīng)力及改善國(guó)內(nèi)自然環(huán)境,于2000年實(shí)施了可再生能源法。2014年8月最新修訂的法案規(guī)定,截至2025年德國(guó)國(guó)內(nèi)40%~45%的電力消耗由可再生能源提供,截至2035年這一數(shù)字為55%~65%,截至2050年這一數(shù)字將達(dá)到80%。該法案被看作是德國(guó)光伏發(fā)電發(fā)展的原動(dòng)力,主要內(nèi)容包括:優(yōu)先接入電網(wǎng)的權(quán)利、長(zhǎng)期的高于市場(chǎng)價(jià)的固定上網(wǎng)電價(jià),以及對(duì)用戶收取可再生能源法附加費(fèi)以進(jìn)行發(fā)電成本的再分擔(dān)[7]。
據(jù)2014年8月德國(guó)修訂后的該案,包括光伏發(fā)電在內(nèi)的可再生能源繼續(xù)享有在經(jīng)濟(jì)允許的范圍內(nèi)優(yōu)先接入電網(wǎng)的權(quán)利[7]。由于并網(wǎng)型光伏發(fā)電技術(shù)的主要收益來(lái)自于接入電網(wǎng)所獲得的上網(wǎng)電價(jià),所以優(yōu)先上網(wǎng)權(quán)為光伏發(fā)電在德國(guó)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。可再生能源法案規(guī)定光伏電站從并網(wǎng)發(fā)電開(kāi)始20年內(nèi)享有高于市場(chǎng)價(jià)格的固定上網(wǎng)電價(jià),具體的上網(wǎng)電價(jià)則根據(jù)電站裝機(jī)容量及電站開(kāi)始運(yùn)營(yíng)時(shí)的上網(wǎng)電價(jià)衰減情況而定。上網(wǎng)電價(jià)由德國(guó)政府制定,逐年逐季度逐月衰減下降。下降的目的在于刺激光伏發(fā)電成本的下降及鼓勵(lì)新技術(shù)的運(yùn)用。電站開(kāi)始運(yùn)營(yíng)時(shí)所適用的上網(wǎng)電價(jià)即為此后20年的上網(wǎng)電價(jià)。表1 為2013-01-01~2014-01-01德國(guó)光伏發(fā)電固定上網(wǎng)電價(jià)情況。
表1 2013-01-01~2014-01-01德國(guó)光伏發(fā)電固定上網(wǎng)電價(jià)衰減表[8] (單位:歐分/kWh)
從表1可看出,2013年德國(guó)光伏發(fā)電上網(wǎng)電價(jià)隨時(shí)間推移逐步衰減下降。這樣的衰減模式可促使人們更積極建設(shè)光伏電站,實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)越早收益越高。此外,隨著光伏電站裝機(jī)量的增加,上網(wǎng)電價(jià)也呈下降趨勢(shì),這是由于裝機(jī)量相對(duì)較大的光伏電站每度電的發(fā)電成本比小型電站要低,因此上網(wǎng)電價(jià)也相對(duì)較低。在2014年8月該法案的修訂版中,光伏發(fā)電20年固定上網(wǎng)電價(jià)政策將繼續(xù)保留[7],這對(duì)于吸引更多資本進(jìn)入光伏發(fā)電行業(yè)有決定性作用。高于市場(chǎng)價(jià)的上網(wǎng)電價(jià)可保證光伏投資者獲得收益,20年不變的固定電價(jià)可確保投資者在光伏電站壽命周期內(nèi)的大部分時(shí)間內(nèi)擁有穩(wěn)定收益。如此一來(lái),投資者可使用更加準(zhǔn)確的經(jīng)濟(jì)輸入條件來(lái)確定光伏電站的經(jīng)濟(jì)收益,以決定是否進(jìn)行投資。而可再生能源法附加費(fèi)是指電力公司在向電力終端用戶征收電費(fèi)時(shí),會(huì)額外收取一部分電費(fèi)用于對(duì)可再生能源的補(bǔ)貼。具體做法為:首先,德國(guó)電力公司會(huì)依據(jù)高于市場(chǎng)價(jià)的固定上網(wǎng)電價(jià)無(wú)條件購(gòu)買可再生能源產(chǎn)生的所有電;其次,德國(guó)4大輸電系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商向電力公司購(gòu)買電力并對(duì)電力公司進(jìn)行補(bǔ)償;最后,根據(jù)2009年修訂后的可再生能源法案規(guī)定,德國(guó)4大輸電系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商將電力放到歐洲能源交易所的即期市場(chǎng),面對(duì)最終消費(fèi)者的能源供應(yīng)公司,通過(guò)能源交易所即期市場(chǎng)以相對(duì)較低成本取得電力并最終賣給終端消費(fèi)者。由于德國(guó)4大輸電系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商在這一系列環(huán)節(jié)中主要承擔(dān)可再生能源發(fā)電成本,因此面對(duì)終端消費(fèi)者征收的可再生能源法附加費(fèi)由這4家公司制定并由能源供應(yīng)公司執(zhí)行[1]。值得一提的是,對(duì)于能耗密集型電力消費(fèi)者(如大工廠及大型企業(yè))所需支付的可再生能源法附加費(fèi),輸電系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商設(shè)置了繳費(fèi)上限或直接予以免除。
可再生能源法案的實(shí)施在促進(jìn)德國(guó)光伏發(fā)電迅速發(fā)展的同時(shí),也給德國(guó)社會(huì)帶來(lái)一些負(fù)面影響,其中最主要的影響來(lái)自于對(duì)終端電力消費(fèi)者可再生能源法附加費(fèi)的征收。在德國(guó)光伏發(fā)電行業(yè)中,政府規(guī)定征收附加費(fèi)的初衷在于降低光伏發(fā)電成本,但實(shí)際上這種做法將光伏發(fā)電成本直接轉(zhuǎn)嫁給電力終端消費(fèi)者。另外,德國(guó)輸電系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商對(duì)于能耗密集型電力消費(fèi)者可再生能源法附加費(fèi)的減免,等于是普通居民消費(fèi)者需支付更高的附加費(fèi)以分擔(dān)光伏發(fā)電的成本。事實(shí)上,德國(guó)居民正在承受著全歐洲最昂貴的電價(jià)。根據(jù)歐盟統(tǒng)計(jì)局2013年歐洲各國(guó)電價(jià)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示,德國(guó)居民電價(jià)為0.292歐元/kWh,工業(yè)電價(jià)為0.143歐元/kWh;相比之下,歐盟28個(gè)成員國(guó)平均居民電價(jià)為0.199歐元/kWh,工業(yè)電價(jià)為0.120歐元/kWh[9]。通過(guò)數(shù)據(jù)可看出,德國(guó)居民承受著比歐盟平均水平高出一半的居民電價(jià),而德國(guó)工業(yè)電價(jià)只有居民電價(jià)一半左右,這種居民電價(jià)與工業(yè)電價(jià)的差異正是由于可再生能源附加費(fèi)的征收與減免導(dǎo)致的。
據(jù)調(diào)查顯示,16%的德國(guó)居民正在經(jīng)歷著能源貧困[2]。能源貧困定義為居民花費(fèi)在能源消耗上的支出占其凈收入的10%以上。德國(guó)政府為了鼓勵(lì)可再生能源尤其是光伏發(fā)電的發(fā)展,對(duì)居民收取的可再生能源附加費(fèi)正是造成能源貧困的重要原因。事實(shí)上,這種能源貧困正在德國(guó)蔓延并加劇。德國(guó)可再生能源附加費(fèi)在2014年為6.420歐分/kWh,相較于2013年的5.277歐分/kWh增長(zhǎng)了21%。然而,扶持可再生能源的成本在2014年比2013年只增長(zhǎng)了6.3%。德國(guó)收取的6.420歐分/kWh的附加費(fèi)中只有2.54歐分真正用于補(bǔ)貼可再生能源發(fā)電成本。通過(guò)以上數(shù)據(jù)可看出,德國(guó)收取的可再生能源附加費(fèi)已偏離其降低包括光伏發(fā)電在內(nèi)的可再生能源技術(shù)發(fā)電成本的初衷。
可再生能源附加費(fèi)在2014年大幅增長(zhǎng)的主要原因?yàn)椋?)光伏發(fā)電的大量并網(wǎng)導(dǎo)致零售電價(jià)的下跌。光伏發(fā)電技術(shù)在運(yùn)行周期內(nèi)沒(méi)有燃料成本。根據(jù)價(jià)格秩序效應(yīng),光伏發(fā)電接近零的發(fā)電邊際成本降低了整個(gè)市場(chǎng)的電價(jià)。電價(jià)的下降促使德國(guó)輸電系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商需征收更高的附加費(fèi)以填補(bǔ)電價(jià)下跌帶來(lái)的虧損。2)擁有可再生能源附加費(fèi)豁免權(quán)的企業(yè)數(shù)量正在增加。2011年德國(guó)只有603家企業(yè)擁有豁免權(quán),而這一數(shù)字在2013年增加為1691家。3)德國(guó)在2013年1月引入了上網(wǎng)電價(jià)市場(chǎng)溢價(jià)模型。目前有10%的光伏電站利用這一模型以高于固定上網(wǎng)電價(jià)的價(jià)格并網(wǎng)發(fā)電。這一部分的差價(jià)最終也要通過(guò)可再生能源附加費(fèi)的增加來(lái)彌補(bǔ)[10]。
德國(guó)的光伏發(fā)電發(fā)展勢(shì)頭良好。但目前由于可再生能源法案的實(shí)施將光伏發(fā)電的成本轉(zhuǎn)嫁給了居民,使居民陷入能源貧困的境地。對(duì)此,德國(guó)政府需找到切實(shí)可行的方法實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電成本的合理分配,德國(guó)光伏發(fā)電前景在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)是光明的。
歐洲光伏行業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)布的一份關(guān)于全球光伏市場(chǎng)未來(lái)展望的報(bào)告中一共采用了3種不同的預(yù)測(cè)模型,不同國(guó)家根據(jù)其光伏發(fā)電發(fā)展情況適用于不同模型。其中歐洲各國(guó)只有德國(guó)與英國(guó)兩個(gè)國(guó)家適用于最有利于光伏發(fā)電發(fā)展的模式——轉(zhuǎn)移模型。在這種模型下所有政策與技術(shù)障礙都被移除,并且預(yù)計(jì)截至2020年全歐洲12%的電力供應(yīng)來(lái)自于光伏發(fā)電。根據(jù)此模型預(yù)測(cè),截至2020年德國(guó)光伏發(fā)電年均裝機(jī)量將達(dá)5.9 GW,光伏發(fā)電裝機(jī)總量將可達(dá)80 GW。相比之下,德國(guó)政府根據(jù)國(guó)內(nèi)自身光伏發(fā)電發(fā)展情況制定的可再生能源計(jì)劃行動(dòng)2020年目標(biāo)相對(duì)偏低。根據(jù)此行動(dòng)計(jì)劃,2020年德國(guó)光伏發(fā)電裝機(jī)總量為51.8 GW。歐洲光伏行業(yè)協(xié)會(huì)根據(jù)德國(guó)目前光伏發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀對(duì)這份計(jì)劃進(jìn)行了評(píng)估,認(rèn)為德國(guó)光伏發(fā)電發(fā)展勢(shì)頭良好,預(yù)計(jì)在2016~2020年間德國(guó)將會(huì)實(shí)現(xiàn)該計(jì)劃目標(biāo)[11]。
德國(guó)的光伏發(fā)電發(fā)展在全世界范圍內(nèi)起到了示范性的作用。具體來(lái)講,德國(guó)光伏發(fā)電發(fā)展路線為:在光伏發(fā)電早期,整個(gè)光伏發(fā)電行業(yè)由政府主導(dǎo),政府通過(guò)立法強(qiáng)制補(bǔ)貼等措施通過(guò)保障光伏發(fā)電從業(yè)者的利益并促進(jìn)整個(gè)行業(yè)發(fā)展;之后隨著技術(shù)的進(jìn)步,光伏發(fā)電的成本逐年降低,政府通過(guò)對(duì)相關(guān)法案的修訂將補(bǔ)貼逐年降低,使整個(gè)行業(yè)逐步實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)化。另外,通過(guò)表1中精細(xì)化的電價(jià)可看出,德國(guó)光伏發(fā)電主要向分布式發(fā)電傾斜(容量低的光伏電站補(bǔ)貼高)。作為同樣大力發(fā)展光伏發(fā)電的中國(guó),德國(guó)的成功經(jīng)驗(yàn)可帶來(lái)很多啟示。
首先,光伏行業(yè)發(fā)展初期,政府應(yīng)起主導(dǎo)作用。國(guó)家政策的導(dǎo)向是決定一個(gè)行業(yè)興衰的關(guān)鍵。德國(guó)正是由于其2000年可再生能源法案的實(shí)施才推動(dòng)了整個(gè)光伏行業(yè)的發(fā)展。在這一點(diǎn)上,中國(guó)政府也做了很多工作。中國(guó)政府近幾年也開(kāi)始明確光伏發(fā)電作為國(guó)家重要的戰(zhàn)略性新興發(fā)電的地位。國(guó)家能源局在2014年9月、10月連續(xù)兩個(gè)月發(fā)文確立了光伏發(fā)電在發(fā)電升級(jí)、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)以及防治大氣污染方面的重大戰(zhàn)略意義。中國(guó)政府對(duì)于光伏發(fā)電的發(fā)展明確地表達(dá)支持態(tài)度,起到了應(yīng)有的主導(dǎo)作用[6,12]。
其次,由于光伏發(fā)電技術(shù)尚未成熟,導(dǎo)致發(fā)電成本相對(duì)于傳統(tǒng)能源較高,政府應(yīng)提供強(qiáng)有力的補(bǔ)貼政策來(lái)促進(jìn)行業(yè)的發(fā)展。德國(guó)可再生能源法案規(guī)定的20年固定上網(wǎng)電價(jià)就是對(duì)光伏發(fā)電行業(yè)最強(qiáng)有力的補(bǔ)貼政策。中國(guó)政府在2009~2012年期間,由財(cái)政部、科技部及國(guó)家能源局發(fā)起的“金太陽(yáng)示范工程”承諾政府會(huì)在光伏電站建設(shè)期間根據(jù)裝機(jī)容量給予適當(dāng)補(bǔ)貼[13]。2013年至今,國(guó)家能源局實(shí)施在分布式光伏建設(shè)期間不進(jìn)行補(bǔ)貼、但對(duì)分布式光伏電站按發(fā)電量進(jìn)行0.42元/kWh的補(bǔ)貼政策。此外,全國(guó)各地還對(duì)光伏發(fā)電有額外補(bǔ)貼政策,如嘉興模式[14]等。但是政府并未承諾此類光伏補(bǔ)貼長(zhǎng)期有效且穩(wěn)定不變。雖然在2014年江蘇省政府印發(fā)的《加快推進(jìn)全省光伏發(fā)電應(yīng)用工作方案》中承諾建成投產(chǎn)并通過(guò)驗(yàn)收的光伏發(fā)電項(xiàng)目按發(fā)電量給予0.2元/kWh補(bǔ)貼且補(bǔ)貼周期為20年[15],但此類政策并不是全國(guó)性的,只是局部區(qū)域性的政策。此外,目前這種在整個(gè)電站壽命周期內(nèi)逐年發(fā)放的補(bǔ)貼形式使電站早期建設(shè)的融資成為大問(wèn)題。希望未來(lái)中國(guó)政府可出臺(tái)全國(guó)性的、長(zhǎng)期穩(wěn)定有效的光伏補(bǔ)貼政策,從而解決光伏電站早期建設(shè)的融資問(wèn)題,以及保證光伏電站運(yùn)營(yíng)者的長(zhǎng)期收益。
最后,德國(guó)光伏發(fā)電政策向分布式發(fā)電傾斜。考慮到中國(guó)國(guó)土幅員遼闊,電力負(fù)荷中心相對(duì)較分散,分布式發(fā)電因其距電力負(fù)載較近而應(yīng)在中國(guó)得到大力發(fā)展。事實(shí)上,國(guó)家能源局在2014年9月發(fā)布的文件中已明確了進(jìn)一步落實(shí)分布式光伏發(fā)電有關(guān)政策的通知[14]。但是目前的政策還不足以支撐分布式光伏的發(fā)展,很多問(wèn)題,如屋頂所有權(quán)歸屬、并網(wǎng)難、收取電費(fèi)難等問(wèn)題尚待解決。在未來(lái),中國(guó)政府還應(yīng)出臺(tái)一系列的傾斜政策繼續(xù)支持分布式電站的發(fā)展。
德國(guó)光伏發(fā)電行業(yè)無(wú)論是裝機(jī)量還是年發(fā)電量均位居世界首位且約占全世界的1/4,這主要得益于德國(guó)可再生能源法的實(shí)施。但是該法案的實(shí)施也帶了嚴(yán)重的社會(huì)問(wèn)題,大多數(shù)德國(guó)居民在為德國(guó)的能源改革買單,造成了能源貧困的現(xiàn)象。盡管如此,人們還是對(duì)德國(guó)光伏市場(chǎng)未來(lái)的發(fā)展抱有較高的期望。中國(guó)同樣作為光伏發(fā)展大國(guó)可從德國(guó)的成功中借鑒很多經(jīng)驗(yàn),如穩(wěn)定而長(zhǎng)期有效的發(fā)電收益及分布式光伏發(fā)電的開(kāi)發(fā)。相信通過(guò)學(xué)習(xí)德國(guó)光伏發(fā)電的成功經(jīng)驗(yàn),中國(guó)的光伏發(fā)電會(huì)有長(zhǎng)足的進(jìn)步。
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