李明東，李婧雯

(1. 中國機械設備工程股份有限公司，北京 100073；2. 中國能源傳媒集團有限公司，北京 100054)

0 引言

面對逐年上升的全球溫室氣體排放量及全球倡導節(jié)能減排的大環(huán)境，作為當今世界第二大經(jīng)濟體、清潔能源行業(yè)的引領者，中國在發(fā)展可再生能源技術、實現(xiàn)節(jié)能減排，以及控制氣候變化等方面均體現(xiàn)出應有的擔當與責任[1]。2020年9月，國家主席習近平在第75屆聯(lián)合國大會上發(fā)表重要講話，鄭重承諾中國的二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值(即碳達峰)，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和[2](下文簡稱為“‘雙碳’目標”)?！笆奈濉睍r期是實現(xiàn)“雙碳”目標的關鍵期和窗口期，要構建綠色、低碳、安全、高效的能源體系，實施可再生能源替代行動，并實現(xiàn)能源體系的節(jié)能、減排、環(huán)保[3]。當前，光伏發(fā)電和風力發(fā)電是所有可再生能源發(fā)電形式中應用最廣泛的兩種發(fā)電形式，且二者具備互補關系。

在實現(xiàn)“雙碳”目標的新形勢下，中國太陽能利用技術和應用場景迎來了新的發(fā)展時期。太陽能作為一種可再生能源，主要利用形式除了光伏發(fā)電、太陽能熱發(fā)電、太陽能中低溫熱利用外，還有光化學、光感應和光生物轉化等其他多種利用形式。目前，光伏發(fā)電的裝機容量已占全部太陽能發(fā)電裝機容量的99%以上，已成為太陽能發(fā)電技術的主流技術路線之一[4]。分布式光伏發(fā)電的開發(fā)建設主要是利用農(nóng)村、牧區(qū)、工業(yè)園區(qū)，以及城市商業(yè)區(qū)和公共建筑的閑置屋頂，對于人口密集、工商業(yè)發(fā)達且用電需求高的地區(qū)而言，分布式光伏發(fā)電是一種不錯的綠色能源利用方式，與傳統(tǒng)能源相比，能實現(xiàn)節(jié)能減排的效果。為了進一步促進光伏發(fā)電，尤其是分布式光伏發(fā)電的發(fā)展，國家能源局于2021年6月印發(fā)了《關于報送整縣(市、區(qū))屋頂分布式光伏開發(fā)試點方案的通知》(“整縣屋頂分布式光伏開發(fā)”下文簡稱為“整縣推進”模式)，并于同年9月公布了首批試點縣(市、區(qū))名單。

基于此，本文針對實現(xiàn)“雙碳”目標的新形勢，對中國光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀和分布式光伏發(fā)電發(fā)展過程中面臨的挑戰(zhàn)進行梳理，對分布式光伏發(fā)電未來的發(fā)展前景進行展望，并以某公司分布式光伏發(fā)電項目為具體案例進行分析，以期為分布式光伏發(fā)電相關項目的開發(fā)提供參考。

1 中國光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀

在過去10多年的迅猛發(fā)展中，中國光伏產(chǎn)業(yè)的全產(chǎn)業(yè)鏈已完全實現(xiàn)自主知識產(chǎn)權，是中國在未來實現(xiàn)能源革命的重要源動力之一[5]。在“雙碳”目標的引領和指導下，中國的光伏產(chǎn)業(yè)在技術研發(fā)、生產(chǎn)制造、產(chǎn)業(yè)規(guī)模，以及降低綠色溢價(就電力而言，綠色溢價是指從非排放源中獲得所有電力的額外成本，非排放源包括風能、太陽能、核能，以及裝備有碳捕獲設施的燃煤電廠和燃氣電廠等)等方面均取得了舉世矚目的成績。

光伏發(fā)電主要包括集中式光伏發(fā)電和分布式光伏發(fā)電兩類。集中式光伏發(fā)電一般為大型地面光伏電站，其特點是將所發(fā)電能直接傳輸至主干電網(wǎng)，并由主干電網(wǎng)統(tǒng)一調配；分布式光伏發(fā)電主要指小型分散式光伏電站，其應用形式主要為屋頂分布式光伏發(fā)電。集中式光伏電站的投資大、建設周期長、占地面積大；而分布式光伏電站的投資小、建設周期短、政策支持力度大且選址自由等，這些因素都使分布式光伏發(fā)電在近些年得到了大力發(fā)展。由于集中式光伏發(fā)電對場址條件的要求高，在中國通常都建設在人煙稀少且光照資源豐富的西北地區(qū)，與用電需求大的長三角、珠三角地區(qū)距離遙遠，輸電過程中造成巨大的電能運輸損耗，而分布式光伏發(fā)電則有效解決了電能長途運輸?shù)膿p耗問題；此外，分布式光伏發(fā)電還可將光伏發(fā)電組件作為建筑施工材料與建筑物表面相結合，從而可以節(jié)約光伏發(fā)電系統(tǒng)的占地面積。

考慮到中國的光伏發(fā)電資源和負荷中心的地理分布存在矛盾，為進一步解決光伏消納并減少“棄光”等問題，中國各級行政單位及地方政府在2014年后陸續(xù)出臺了鼓勵和支持分布式光伏發(fā)電發(fā)展的法規(guī)政策及配套補貼管理辦法。2014年成為分水嶺，從這一年開始，分布式光伏發(fā)電的發(fā)展趨勢開始超越集中式光伏發(fā)電的發(fā)展趨勢[6]。

1.1 光伏組件

通過實際項目的成本核算可以發(fā)現(xiàn)，光伏組件費用占光伏電站建設成本的50%左右。PERC晶體硅太陽電池是目前市場占有率最高的太陽電池類型，國內主要光伏組件生產(chǎn)商也以單晶硅PERC、多晶硅PERC光伏組件產(chǎn)品為主。

近幾年，中國太陽電池的量產(chǎn)技術不斷提升，量產(chǎn)太陽電池的光電轉換效率也在逐年提升。其中，商業(yè)化單晶硅太陽電池的光電轉換效率通常約為20%～23%，商業(yè)化多晶硅太陽電池的光電轉換效率通常約為17%～21%，而且可以預計晶體硅作為太陽電池材料的統(tǒng)治地位在未來5～10年中不會發(fā)生根本轉變。單晶硅太陽電池與多晶硅太陽電池的使用壽命基本一致，其中單晶硅太陽電池的光電轉換效率較高，但生產(chǎn)成本也較高；多晶硅太陽電池的光電轉換效率略低，但生產(chǎn)成本也較低，因此實際應用中還需要綜合考慮后再選擇。

n型晶體硅太陽電池技術也是未來重要的發(fā)展方向，n型TOPCon單晶硅太陽電池和HJT單晶硅太陽電池有望在未來2～3年內實現(xiàn)量產(chǎn)。薄膜太陽電池有特殊的應用場景，但不足以撼動晶體硅太陽電池在光伏市場的主導地位[7]。為了降低光伏組件的成本，并進一步降低光伏電站的成本，中國的研究學者一直在嘗試提高太陽電池的光電轉換效率和降低硅材料的生產(chǎn)成本，從而可進一步推動光伏產(chǎn)業(yè)整體制造成本的降低。2021年5月31日，晶科能源研究院所研發(fā)的大面積n型TOPCon單結單晶硅太陽電池的實驗室光電轉換效率達到了25.25%，創(chuàng)造了新的大面積n型TOPCon單晶硅太陽電池光電轉換效率的世界紀錄[8]。

國內主流光伏組件生產(chǎn)商的光伏組件峰值功率也在逐年提升。2020年新建光伏發(fā)電項目采用的光伏組件峰值功率大部分在440～460 W之間，2021年各生產(chǎn)商出貨的光伏組件峰值功率基本都在530 W以上，已于2022年實現(xiàn)峰值功率為600 W的光伏組件的量產(chǎn)。

1.2 光伏產(chǎn)業(yè)制造商

近些年，得益于國家相關政策的鼓勵與支持，中國光伏產(chǎn)業(yè)鏈從上游的晶體硅材料、硅片的生產(chǎn)制造，到中游的以單晶硅、多晶硅太陽電池為主的太陽電池和光伏組件，以及各類型逆變器的生產(chǎn)制造；再到下游的光伏發(fā)電系統(tǒng)應用，均得到了快速發(fā)展并實現(xiàn)了全球領先。目前，在全球光伏產(chǎn)業(yè)鏈各產(chǎn)業(yè)出貨量排名前10名的企業(yè)中，中國企業(yè)幾乎占據(jù)整個排行榜。隆基綠能科技股份有限公司在2020年占據(jù)全球光伏組件出貨量第1名的位置后，2021年仍持續(xù)穩(wěn)坐第1名，且其出貨量遠超第2名10 GW以上。從這一結果可以看到，頭部企業(yè)的產(chǎn)業(yè)集中化趨勢明顯，這也會進一步鞏固并擴大中國光伏產(chǎn)業(yè)的優(yōu)勢和完善程度。

1.3 市場規(guī)模持續(xù)擴大

2022年3月9日，國家能源局公布了2021年光伏發(fā)電建設運行情況。數(shù)據(jù)顯示：2021年中國光伏發(fā)電新增并網(wǎng)裝機容量約為54.8800 GW，其中集中式光伏電站新增并網(wǎng)裝機容量為25.6007 GW，分布式光伏電站新增并網(wǎng)裝機容量為29.2790 GW?？梢钥闯?，分布式光伏電站新增并網(wǎng)裝機容量已超過集中式光伏電站新增并網(wǎng)裝機容量。截至2021年底，中國光伏發(fā)電累計并網(wǎng)裝機容量約為305.9870 GW，其中集中式光伏電站累計并網(wǎng)裝機容量為198.4794 GW，分布式光伏電站累計并網(wǎng)裝機容量為107.5080 GW，分布式光伏電站累計并網(wǎng)裝機容量占光伏發(fā)電全部累計并網(wǎng)裝機容量的35.13%，未來這一比例還將持續(xù)上升。

2 分布式光伏發(fā)電發(fā)展中的影響和挑戰(zhàn)[9]

2.1 分布式光伏發(fā)電的優(yōu)點

相較于傳統(tǒng)能源發(fā)電和集中式光伏發(fā)電，分布式光伏發(fā)電產(chǎn)生的積極影響主要包括以下幾個方面。

1)太陽能是一種可再生能源，與傳統(tǒng)能源發(fā)電相比，分布式光伏發(fā)電產(chǎn)生的首要積極影響就是對環(huán)境的保護和一定程度上阻止氣候變暖加劇。在發(fā)電過程中，無噪音且不會產(chǎn)生污染，是真正意義上的零排放。由于其應用場景的廣泛，分布式光伏發(fā)電也將是中國實現(xiàn)“雙碳”目標的重要手段之一。

2)局部緩解用電緊張狀況并提高用電可靠性。分布式光伏發(fā)電在白天達到發(fā)電峰值水平，該時段用電端的需求也達到最大，可以局部緩解用電緊張狀況，但分布式光伏發(fā)電的能量密度較低，并不能從根本上解決用電緊張的問題。此外，在主網(wǎng)停電時，采用“自發(fā)自用、余電上網(wǎng)”的分布式光伏發(fā)電用戶不會受影響。

3)減少電能輸送的損耗。分布式光伏發(fā)電的應用場景一般為公共建筑、商業(yè)區(qū)屋頂、農(nóng)區(qū)、牧區(qū)，可就近向負荷側供電，可大幅減少因長距離輸送帶來的電能損耗。

4)減少對電網(wǎng)的沖擊。集中式光伏電站由于其自身規(guī)模大，以及無法實現(xiàn)一天中連續(xù)24 h發(fā)電出力的特點，其所發(fā)電力會對電網(wǎng)造成較大的沖擊。近些年，為減弱集中式光伏電站對電網(wǎng)的沖擊，部分省市的能源監(jiān)管部門已明確要求集中式光伏電站需配備相應比例的儲能裝置。分布式光伏電源由于靠近負荷側，且均接入公共配電網(wǎng)絡系統(tǒng)，是作為輔助電源的一部分，不會對電網(wǎng)造成沖擊，其也是現(xiàn)今大力發(fā)展的智能電網(wǎng)、微電網(wǎng)的重要組成部分之一。

5)有利于削峰填谷。近幾年隨著電池儲能技術的大力發(fā)展，許多企業(yè)或產(chǎn)業(yè)園在建設分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)時建有配套的儲能系統(tǒng)，并通過電池能源管理系統(tǒng)及自身用電狀況合理進行能源管理，以達到削峰填谷的目的，實現(xiàn)最經(jīng)濟的用電方案。

6)降低占用土地和投資成本。分布式光伏發(fā)電由于其自身分散性的特點，一般是在閑置屋頂或廠房屋頂進行開發(fā)，可有效節(jié)約日益緊張的土地資源?；诟鞯貙Ψ植际焦夥l(fā)電的補貼鼓勵政策，分布式光伏發(fā)電的平準化度電成本顯著低于現(xiàn)有工業(yè)及民用電價格，這將會刺激工商業(yè)廠房所有者開發(fā)的積極性。

2.2 用電終端用戶或企業(yè)的利益點分析

對安裝分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的用電終端用戶或企業(yè)而言，利益點在于：

1)發(fā)電電費收益具備一定投資性。首先，安裝分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)后，用戶優(yōu)先使用光伏發(fā)電量，可節(jié)約電費，產(chǎn)生非?？捎^的經(jīng)濟效益。其次，分布式光伏電站的單位投資成本比較固定，使其具備一定的投資收益率。分布式光伏電站的裝機容量通常在幾千瓦至幾兆瓦不等，與集中式光伏電站不同，分布式光伏電站由于其自身具有建設分散性的特點，不會產(chǎn)生規(guī)模效應并可以降低投資成本，其規(guī)模大小對光伏電站發(fā)電效率的影響很小，小型分布式光伏電站的單位投資成本并不會比大型分布式光伏電站的高，因此其單位投資成本比較穩(wěn)定。

2)降低能耗，改善工作環(huán)境。在屋頂鋪設光伏組件后，夏日室內溫度平均可降低2～3 ℃，可在一定程度上減少用電終端的電費支出，還可以使室內作業(yè)人員在高溫、高濕環(huán)境下的工作舒適度或倉儲物在高溫、高濕環(huán)境下的儲存條件得到明顯改善。

3)提升企業(yè)形象，實現(xiàn)節(jié)能減排。使用光伏電力，有助于企業(yè)樹立綠色低碳、節(jié)能減排的良好形象。通常裝機容量為1 MW的光伏發(fā)電項目的年發(fā)電量約為100萬kWh，與傳統(tǒng)火力發(fā)電相比，每年可節(jié)約燃燒標準煤332 t，減少二氧化碳排放920 t、二氧化硫排放28 t、粉塵排放251 t，節(jié)約用水3692 t。

4)延長屋面使用壽命。建筑屋面鋪設光伏組件后，烈日、酸雨、熱脹冷縮等外界影響因素對屋面造成的影響將顯著減弱，屋面的使用狀況得到改善，使用壽命得以延長。

2.3 分布式光伏發(fā)電面臨的挑戰(zhàn)

1)在技術層面上，近些年分布式光伏電站的大量并網(wǎng)對傳統(tǒng)輸配電網(wǎng)的技術特點和管理模式造成了一定程度的沖擊，也帶來了一些新的挑戰(zhàn)，主要體現(xiàn)在以下3個方面。

①對配電網(wǎng)電壓管理的要求更高。雖然分布式光伏電站不會像集中式光伏電站那樣對電網(wǎng)造成巨大的沖擊，但分布式光伏電站的逆變器也會對配電網(wǎng)造成電壓波形的畸變。在分布式光伏“整縣推進”模式的鼓勵下，其裝機規(guī)模也逐漸變大，大量并網(wǎng)導致配電網(wǎng)的功率分布發(fā)生顯著變化，電壓調整變得困難。

②對繼電保護的要求更高。由于分布式光伏電站大量的并網(wǎng)接入導致配電網(wǎng)的功率分布出現(xiàn)較大的變化，在分布式光伏電站出現(xiàn)短路故障時，配電網(wǎng)的電流水平也會發(fā)生明顯變化，因此對繼電保護的配置及設備的要求都進一步提高。

③對配電網(wǎng)的規(guī)劃要求更高。分布式光伏發(fā)電具有分布廣、隨機性高的特點，且具有受天氣因素影響大的光伏發(fā)電統(tǒng)一特點，這些特點均會對配電網(wǎng)的荷載產(chǎn)生波動，從而影響配電網(wǎng)的規(guī)劃與建設。

電網(wǎng)企業(yè)可通過技術和管理的革新，為分布式光伏發(fā)電的發(fā)展提供保障。

2)在商業(yè)層面上，分布式光伏電站涉及屋頂所有者、用電戶、電網(wǎng)公司及投資方，基于項目自身分散性和參與方多樣性的特點，衍生出的開發(fā)模式也不盡相同，其不確定因素顯著多于其他形式的光伏電站。此外，分布式光伏電站若采用投資方與用電終端用戶直接簽署購電協(xié)議結算的模式，會出現(xiàn)缺乏催收和履約擔保等問題，其電費回收會受制于用電終端用戶或企業(yè)的經(jīng)營狀況。

3 分布式光伏發(fā)電的前景展望及案例分享

3.1 前景展望

1)加強基礎研究，提高電網(wǎng)對分布式光伏發(fā)電接入的技術管控能力?；A研究是原始性創(chuàng)新能力、積累智力資本的重要途徑，也是解決關鍵科學問題的重要途徑。應繼續(xù)加大分布式光伏發(fā)電相關技術的基礎研發(fā)投入，在接入規(guī)?？刂?、電網(wǎng)運行安全、線損管理等問題上盡早取得突破，并對基層電網(wǎng)工作人員進行指導，提高電網(wǎng)對分布式光伏電站接入的技術管控能力。

2)創(chuàng)新人才培養(yǎng)，提高對新能源接入重要性的認識。光伏產(chǎn)業(yè)的技術進步和發(fā)展都離不開人才，硬實力和軟實力歸根結底都需要依靠人才。因此，分布式光伏發(fā)電技術的長遠發(fā)展需要全面匯聚人才，并夯實縣級供電公司基層人員對分布式光伏電站接入重要性的認識。

3)以用戶為中心，提出適合基層實際情況的分布式光伏電站接入策略和運行策略。分布式光伏電站具備靠近負荷側的先天優(yōu)勢，以用戶為中心，通過提出適合的分布式光伏電站接入策略和運行策略來提高綠色電力的消費率與利用率，真正實現(xiàn)能源消費革命。

4)緊跟行業(yè)政策，提高分布式光伏發(fā)電的并網(wǎng)效率。目前，國家、省、市、縣各級發(fā)展和改革委員會均出臺了分布式光伏發(fā)電相關激勵政策及上網(wǎng)電價補貼管理辦法。在實現(xiàn)“雙碳”目標的大背景及分布式光伏“整縣推進”模式的激勵下，全國分布式光伏市場在2021年迎來了大爆發(fā)。項目投資方或用電方應對市場及相關行業(yè)政策做好調研，并針對分布式光伏電站進行完備的發(fā)電量測算、成本核算和經(jīng)濟性評估等，重點選擇經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)、并網(wǎng)電價高、電力負荷峰谷差大、用電量大的工業(yè)園區(qū)或商業(yè)區(qū)，按照“自發(fā)自用、余電上網(wǎng)”的模式開展應用，提高分布式光伏發(fā)電的并網(wǎng)效率。

3.2 案例分享

為積極踐行“雙碳”目標和“鄉(xiāng)村振興”國家戰(zhàn)略，某集團工程公司(下文簡稱為“A公司”)與集團下屬資本、租賃公司(下文分別簡稱為“B公司”“C公司”)簽訂了該集團工程公司首個“投融建營”一體化項目——北京市某區(qū)分布式戶用光伏發(fā)電項目的EPC總承包合同。

該項目由B公司發(fā)起的基金與項目所在地企業(yè)進行股權投資并成立項目公司，由C公司提供融資租賃服務，A公司提供工程總承包和運維服務。合作各方通過商業(yè)模式創(chuàng)新，優(yōu)勢互補，充分協(xié)同，實現(xiàn)項目的全生命周期管理、收益的全鏈條分享，以及風險的全流程管控。作為該合作模式的第1期項目，簽約當年年底前要完成分布式光伏發(fā)電裝機規(guī)模約30 MW，涉及項目所在北京市某區(qū)內多個鄉(xiāng)鎮(zhèn)約3000戶農(nóng)戶的民居屋頂改造，每戶的裝機規(guī)模為8～30 kW。

該項目采用“自發(fā)自用、余電上網(wǎng)”模式，自并網(wǎng)發(fā)電起前15年的收益歸項目公司，15年后贈送農(nóng)戶，項目產(chǎn)權進行轉移。通過贈送免費電量的形式，實現(xiàn)農(nóng)戶增收，與項目公司共享收益，可實現(xiàn)政府、企業(yè)、農(nóng)戶的多方共贏。在“雙碳”目標和“鄉(xiāng)村振興”戰(zhàn)略大背景下，該項目模式的后續(xù)業(yè)務前景廣闊。

該項目在并網(wǎng)前5年，可獲得國家、市、區(qū)這3級發(fā)展和改革委員會給予的上網(wǎng)電價補貼，實際上網(wǎng)電價可達0.9898元/kWh。該項目中A公司在前期進行了充分的可行性論證，包括補貼和電價政策、發(fā)電量測算、成本核算和經(jīng)濟性評估等，憑借項目收益率高、回收期短，滿足了B公司和C公司作為投資方和融資方的收益預期。各方充分發(fā)揮自身優(yōu)勢，適應市場需求進行創(chuàng)新，實現(xiàn)了項目快速落地。

4 結論

本文分析了中國光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及分布式光伏發(fā)電在發(fā)展中面臨的主要挑戰(zhàn)，并給出了針對性的建議。分布式光伏發(fā)電的開發(fā)利用，有利于閑置屋頂資源的開發(fā)，可減少開發(fā)成本，在一定程度上削減用電高峰負荷，其發(fā)電和用電并存的模式可引導居民綠色能源消費的理念，在一定程度上緩解中國發(fā)電資源與負荷中心的分布矛盾，有助于“雙碳”目標的實現(xiàn)。通過案例分享可以看出，投資方或用電方在開發(fā)分布式光伏發(fā)電項目時，除做好發(fā)電量測算、成本核算外，還需要時刻關注相關補貼和電價政策的變化，以便獲得更為準確的項目經(jīng)濟性評估。需要注意的是，一直以來，分布式光伏發(fā)電的政策是以年為單位制定，搶占政策紅利的窗口期必須確保項目在當年并網(wǎng)發(fā)電。