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報告|長三角地區可再生能源發展潛力巨大
時間:2021-11-24 來源:imsia
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2021年3月,世界資源研究所(WRI.ORG.CN)發布了《長三角地區分布式可再生 能源發展潛力及愿景》。

目錄

執行摘要

中國在2020年9月的第七十五屆聯合國大會一般性辯論上提出了“努力爭取2060年前實現碳中和”的長期氣候目標,隨后在12月的氣候雄心峰會宣布了多個更新的2030年國家自主貢獻目標,包括“到2030年,非化石能源占一次能源消費比重將達到25%左右,風電、太陽能發電總裝機容量將達到12億千瓦以上”。這些目標的提出,不僅提振了全球應對氣候變化的信心,也為國內低碳轉型指明了方向。

全球能源部門的溫室氣體排放占排放總量的73%i,因此,能源系統的深度減排是實現全球應對氣候變化目標的關鍵。當下全球正在加速由化石能源向可再生能源轉型,隨著可再生能源的技術進步和成本下降,分布式清潔能源正成為能源轉型的一個重要組成部分。長江三角洲地區(以下簡稱“長三角地區”或“長三角”)人口和產業聚集,能源消費目前呈現出總量大、結構高碳等特征。要推動長三角地區高質量發展,必須以綠色發展為引領,就近開發利用可再生能源,構建清潔、低碳、安全、高效的現代能源體系。

在全球范圍內,分散式風電和分布式http://www.quasareurope.com 是兩種主流的可再生能源分布式應用模式。分散式風電在歐洲興起,特別是丹麥和德國,技術和商業模式都臻于成熟。截至2018年底,丹麥接入20千伏及以下電壓等級配網的風電裝機占比達80%以上,德國90%以上的陸上風電場裝機數量少于9臺,主要接入36千伏或110千伏配電網。分散式風電在丹麥、德國的成功,主要得益于高度靈活的電網系統和完善的電力交易市場,以及和能源轉型相配合的電力體制改革。此外,居民參與度高、成本較低、收益多樣的社區風電項目也是丹麥和德國風電發展的一大亮點。在德國,分布式光伏的發展同樣全球領先。為了扶持小規模光伏項目,德國政府對裝機規模在100千瓦以下的光伏項目保留20年的固定電價補貼。小型光伏項目可以通過政策性銀行的低息貸款來降低融資成本。另外,政府還對配套的儲能設施提供額外補貼,鼓勵居民自發自用。

長三角地區是我國分布式能源發展較好的地區。截至2019年底,江蘇、浙江、上海2共計開發分布式光伏1693萬千瓦,是我國分布式光伏的主要發展地區;分散式風電也從這里起步。本研究對江蘇、浙江和上海的分布式可再生能源發展潛力評估分為三個方面:分布式光伏開發潛力、分散式風電開發潛力和電網對分布式電源的承載力。對分布式光伏開發潛力的評估采用了分場景集成和參照海寧模式兩種測算方法,結果顯示,兩省一市的分布式光伏裝機潛力可達1.8億~2億千瓦。在風電方面,技術可開發量、農村和園區情景集成以及參考德國裝機密度三種評估方式綜合顯示,分散式風電開發潛力約為3261萬~8268萬千瓦。兩省一市分布式光伏和分散式風電就可滿足到2035年新增電力需求的48%~69%。但在現有的配網結構和運行模式下,該地區分布式電源接入電網的承載力遠小于開發潛力,需要盡快加強配網建設,優化調度運行體系。

基于潛力評估的結果以及對未來用電需求的研判,報告還初步描繪了江浙滬地區分布式可再生能源的發展愿景。“十四五”期間,將大力發展分布式清潔能源作為長三角地區能源轉型和經濟發展的重要方向,率先突破體制機制等方面的障礙,探索分布式能源與儲能、電動汽車等負荷側資源相結合的綜合能源系統發展新模式,通過建立完善的技術標準體系、創新商業模式、規范項目管理和簡化項目程序等手段,實現千家萬戶就近開發利用分布式清潔能源的新局面,爭取在2025年實現分布式可再生能源發電裝機規模達到5000萬~7000萬千瓦。2025年之后,電網系統靈活性進一步提升,電力市場機制逐步健全,商業模式日趨成熟,分布式清潔能源進入規?;透哔|量發展階段。到2035年,該地區分布式發電裝機規模接近3億千瓦。

雖然長三角地區分布式能源發展取得了一定成就,但與開發潛力相比,開發規模還遠遠不夠,仍面臨著諸多問題。比如,分布式光伏收益不穩定性較大、分布式市場化交易存在壁壘、分散式風電前期手續過于繁瑣等。針對以上問題,結合長三角地區的能源總量控制、節能減排考核等要求,本研究提出相應的政策建議:將市場化交易作為推進分布式清潔能源發展的主要抓手;進一步簡化項目審批流程,為分散式風電發展打通“綠色通道”;創新多樣化分布式清潔能源發展模式及融資模式,推動分布式能源帶動周邊社區及園區共同綠色發展,實現共享利益。

前言

項目背景

隨著能源、環境及氣候變化問題日益凸顯,提高能源利用效率、優先開發利用可再生能源成為各國加快能源轉型、實現能源可持續發展的共同選擇。與此同時,隨著分散式風電、分布式光伏、儲能、智能電網等技術的發展,分布式能源的經濟性和靈活性優勢逐步顯現,可以就近滿足用戶的負荷需求,使得“電從身邊來”成為可能。中國的能源發展規劃也強調可再生能源集中式開發與分散式利用并舉,優化開發布局,因地制宜發展分布式能源。

長三角地區是中國經濟最發達、能源消費最集中的區域之一。由于缺乏傳統能源資源,長三角地區的能源供給高度依賴其他省份的輸入,煤電裝機比重居高不下。隨著經濟規模的進一步擴大,該地區能源總量和能耗強度的雙控壓力越來越大,能源轉型尤為迫切。長三角地區發展可再生能源的潛力還有多大?分布式可再生能源發展還存在哪些問題和挑戰?需要什么樣的政策支持措施?社會各界迫切需要在這些問題上找到答案。

在能源基金會的支持下,世界資源研究所與中國宏觀經濟研究院能源研究所聯合開展了長三角地區分布式清潔能源發展潛力及愿景課題研究。本報告預期的作用是為地方政府“十四五”能源規劃提供決策參考,將分布式可再生能源作為“十四五”期間能源轉型的重要抓手,并且通過政策優化和機制創新為分布式可再生能源的發展提供良好的市場環境。
研究方法

課題組通過文獻研究等方式,分析了江蘇、浙江和上海的能源供給現狀;采用衛星圖片數據識別了工商業建筑面積,并結合居住建筑面積統計數據、農業大棚數據、水域養殖面積統計數據,評估了兩省一市屋頂光伏和“光伏+農業/漁業”的開發潛力;綜合考慮風資源數據和土地可獲得性,評估了分散式風電的技術開發潛力,并對園區和農村兩種應用場景進行了測算;基于當前的配網架構和調度運行方式,對分布式電源接入電網的承載力進行了量化評估;通過實地調研、利益相關方座談等方式,考察了分布式光伏和分散式風電的典型應用模式,并識別出分布式可再生能源發展面臨的關鍵挑戰,提出了相應的政策建議;采用計量經濟學模型,對兩省一市未來的能源電力需求做出了分析預測;并結合需求增長趨勢,提出了中遠期分布式可再生能源的發展愿景。

報告結構
本報告分為六個部分。

 第一部分介紹了分布式清潔能源的特征與技術類型,明確本研究的邊界。從長三角地區的發展定位和能源供給現狀識別在該地區發展分布式清潔能源的戰略機遇。

 第二部分梳理了分布式可再生能源在丹麥和德國的發展模式和成功經驗。

 第三部分分享了課題組在實地調研過程中考察的典型案例,包括工業/商業屋頂光伏、居民屋頂光伏、園區分散式風電以及農村分散式風電,并進一步說明了分布式能源發展的技術基礎和經濟性條件。

 第四部分評估了分布式光伏和分散式風電在江蘇、浙江和上海的開發潛力,以及分布式電源接入當地電網的承載力。

 第五部分基于潛力評估結果和未來電力需求的初步預測,提出了分布式可再生能源發展的愿景。

 第六部分在文獻調研、項目調研、利益相關方座談、專家訪談的基礎上,梳理了分布式可再生能源發展面臨的挑戰,提出了政策建議。

分布式清潔能源:長三角清潔能源轉型的戰略選擇

分布式清潔能源的定義與特征

國際上對于分布式清潔能源的定義并沒有統一的表述,所涵蓋的邊界也不完全一致。一般的表述強調其本地性(靠近負荷,就近消納),裝機規模相對較小,可利用的技術包括分布式天然氣(冷)熱電聯供、生物質熱電聯產、小型水電、太陽能、風能等發電技術,以及其中幾類技術(包括儲能)集成的多能互補應用模式。與傳統能源的集中式供應模式相比,分布式能源具有以下特征:一是能源利用效率高。分布式能源靠近用戶端,減少了電力生產和運輸過程的損耗。在多能互補的系統中,可實現能源梯級利用,提升系統效率。二是供能靈活。傳統能源的集中式供能調節能力有限,在城市用電峰谷差越來越大的現實情況下,為了滿足短時間的尖峰負荷而增加化石能源裝機容量,然而利用小時數逐年走低,使得投資的經濟性越來越差。而分布式能源系統尤其是與儲能相結合的系統可以根據電源的出力特性和用戶的負荷需求來匹配供需。三是經濟可行。分布式能源系統無須建設輸變電設施和長距離的管道,減少投資成本和維護成本,投資門檻相對較低,更易于撬動社會資本的投入。四是環境友好。隨著可再生能源開發利用技術的不斷成熟,以光伏為代表的可再生能源已成為分布式能源系統的重要元素,相較于傳統化石能源的燃燒,大大減少了污染物排放。此外,隨著廢棄物資源能源化利用技術和商業模式的創新,廚余垃圾、市政污泥等有機廢棄物的能源價值得到挖掘,協同處置這些有機廢棄物也使得城市和鄉村的環境面貌大為改觀。

分布式天然氣(冷)熱電聯供也是重要的分布式能源,但由于分布式天然氣多聯供發展與本地的能源資源稟賦關系不大,且面臨著熱冷負荷匹配難、項目經濟性較差、空間布局要求高等挑戰,需要根據用戶的冷、熱、電負荷做相應的規劃布局。此外,城市固體廢棄物處理是城鎮化發展的剛性要求,近年來城市廢棄物能源化利用發展很快,這類項目發展的最主要動力是城市垃圾減量化發展,能源產出是輔助效益。因此,本文重點討論了長三角地區分布式光伏及分散式風電應用的潛力,主要考慮了當地清潔能源資源的開發利用:

分布式光伏:在用戶所在場地或附近建設運行,以用戶側自發自用為主、多余電量上網且在配電網系統平衡調節為特征的光伏發設施。

分散式風電:位于用電負荷中心附近,在低電壓等級的配網內分散接入,所產生的電力在配網內就近消納的風電項目。

長三角地區能源供給現狀

長三角地區是中國經濟最活躍、開放程度最高、創新能力最強的區域之一。其中,江浙滬兩省一市的地區生產總值占全國的1/5,人口總數占全國的11.6%。

長三角地區也是中國能源消費最集中的區域之一。這一區域傳統能源資源匱乏,是中國“北煤南運”、“西氣東輸”和“西電東送”等跨省跨區重大能源基礎工程的主要目的地(見圖1)。

圖1 

江浙滬是中國一次能源調運的主要目的地之一2018年,江浙滬兩省一市的能源消費總量為6.5億噸標準煤,約占全國的15%,人均能源消費均高于全國平均水平(3.3噸標準煤/人),其中江蘇為3.9噸標準煤/人,浙江為3.7噸標準煤/人,上海為4.9噸標準煤/人。2018年,江浙滬兩省一市的全社會用電量超過1.2萬億千瓦時,占全國的18%4,人均電力消費量是全國平均水平的1.5倍。長三角地區的能源發展具有需求總量大、化石能源比重高、對外依賴性強等特點,在能源低碳發展、保障能源安全等方面壓力較大。

從能源消費結構來看,江浙滬地區仍以化石能源為主,兩省一市的煤炭消耗量占能源消費總量的比重仍在50%以上。2017年,火電在兩省一市電力裝機容量中占78.3%,核電占3.8%,水電、風電和太陽能發電分別占6.3%、3.8%和7.8%iii。電力消費以本地自產火電為主,自產一次電力(包括可再生電力和核電)除了浙江達到18.1%之外,江蘇和上海都不到10%。上海對外調電力的需求超過40%,江蘇和浙江的凈調入電力占比分別是15.4%和21.0%(見圖2)。

圖2 江浙滬地區的電力消費結構(2017年)

可再生能源電力消納情況來看v,2019年,全國平均可再生能源電力消納比重為27.5%,上海由于外調電力中可再生能源電力(尤其是水電)比重較高,整體可再生能源電力的消納比重達到34.5%,但江蘇和浙江僅為15%和20%,顯著低于全國平均水平。其中,上海、江蘇和浙江的非水可再生能源電力消納比重分別為4.2%、7.4%和6.7%,均大幅低于全國10.2%的平均水平。2020年起,國家將正式考核各省級行政區域可再生能源電力和非水可再生能源電力消納責任指標。江蘇和浙江的非水可再生能源電力消納比重離2020年目標分別存在0.1%和0.8%的差距。一方面,兩省一市既面臨經濟發展所需大量新增能源供應的壓力,又受限于稀缺的土地和空間資源而無法大規模發展集中式風電場和光伏電站,提高可再生能源電力消納比重面臨很大挑戰。另一方面,這一地區產業發達,工業園區集中,廠房屋頂資源豐富,也有大量的漁業養殖水域和農業大棚,這些設施為發展分布式光伏提供了良好的契機。

長三角地區是我國分布式光伏的主陣地之一。截至2019年底,江蘇、浙江、上海共計開發分布式光伏1693萬千瓦(見圖3),占全國分布式光伏裝機總量的27%vi。盡管如此,分布式光伏發電量占該地區用電量的比重仍是微不足道的5。分散式風電在長三角地區乃至全國范圍內,都還處于起步階段。

圖3 江浙滬分布式光伏歷史發展趨勢

長三角地區發展分布式清潔能源的戰略機遇

中國提出“努力爭取2060年前實現碳中和”,以及“到2030年,風電、太陽能發電總裝機容量將達到12億千瓦以上”,這些目標的提出,為長三角地區等重要經濟區加速低碳轉型、實現綠色增長提供了歷史性的戰略機遇。世界資源研究所采用綠色經濟模型(Green Economic Model)對長三角地區二氧化碳排放率先達峰的可行性和由此帶來的社會經濟影響開展了研究,在綠色經濟情景下,長三角地區溫室氣體排放總量將在“十四五”末期達峰,同時帶來增加財政收入和創造就業崗位等一系列經濟社會效益vii。

長三角一體化發展是中國重要區域發展戰略。2018年,習近平總書記在首屆中國國際進口博覽會上宣布將長三角一體化發展上升為國家戰略。2019年,國家出臺《長江三角洲區域一體化發展規劃綱要》,明確了長三角地區是全國發展強勁活躍增長極、高質量發展樣板區、率先基本實現現代化引領區、區域一體化發展示范區、新時代改革開放新高地“一極三區一高地”的戰略定位,對長三角地區高質量發展賦予了新要求。

生態文明建設要求長三角地區必須以綠色發展為引領。要推動長三角地區高質量發展、打造世界級城市群,必須以綠色發展為引領,在能源建設、環境保護、低碳發展方面率先行動起來,突破資源稟賦約束,探索集約、高效、精細化的清潔能源發展路徑,打造長三角一體化綠色生態圈。

電力體制改革加快推進分布式能源發展。在進一步深化電力體制改革的背景下,長三角地區也在積極推進相關試點。浙江是第一批電力現貨市場試點地區之一,在《浙江省電力體制改革綜合試點方案》中,全面放開用戶側分布式電源市場,積極開展分布式電源項目的各類試點示范是一項重點內容。江蘇是全國首個啟動分布式發電市場化交易試點的省份。2019年12月,江蘇省發布《江蘇省分布式發電市場化交易規則(試行)》,選取7個項目開展分布式發電市場化交易試點,在全國范圍內起到重要示范和引領作用。

長三角地區發展分布式清潔能源的現實意義

分布式可再生能源的開發利用是踐行我國能源生產和消費革命的重要路徑,以長三角為代表的中東部地區有動力且有條件為此做出貢獻。

第一,發展本地分布式清潔能源是長三角地區提高自身能源安全保障水平的必由之路。長三角地區人口密集且電力負荷大,保障能源安全要求高。就近開發利用可再生能源,實現清潔電力的就近消納,推動“電從遠方來”和“電從身邊取”相結合,是長三角地區逐步擺脫化石能源依賴、提高能源自給率、有效保障能源安全的必然選擇,也是推動長三角地區能源“新技術、新模式、新業態”發展的必由之路。

第二,發展分布式清潔能源是推動“綠色新基建”的必要元素。加強新型基礎設施建設是激發新消費需求、助力產業升級的重要途徑。長三角等經濟發達地區是推動新基建工作的重要主體,不少沿海省份也提出了雄心勃勃的“新基建”發展計劃。但以5G、數據中心等為代表的新基建項目大多都是能耗大戶,對全社會能源供給、用能結構提出了更高要求。若在5G基站、數據中心、充電設施等負荷密集區,利用廠房屋頂、工業園區空地等因地制宜地發展分布式光伏和分散式風電,并與儲能、虛擬電廠、綜合能源服務等相結合,實現新基建和分布式清潔能源深度融合,推動長三角地區能源“新技術、新模式、新業態”與“新基建”的協同和綠色發展。

第三,發展分布式清潔能源有助于拉動民間投資和促進小微企業發展。2020年新冠肺炎疫情發生以來,抗風險能力較低的民營企業群體和中小微企業面臨巨大壓力。后疫情時代,能源行業既要發揮重振經濟的支撐作用,也應充分釋放能源建設在恢復經濟、促進就業方面的潛力。分布式清潔能源規模小、分布廣、投資門檻低,但前期準備工作繁雜、人員投入多,大型能源企業開發分布式能源不具優勢。東南沿海地區民間資本充裕,單個分布式能源項目開發資金需求不大,通過與千家萬戶的協作,可填補大型能源企業動力不足、人力不足、投資不足的空缺,成為拉動民間企業投資、增加就業的重要方式,形成“綠色能源助力經濟發展”的新局面。同時,以“自發自用”模式開發分布式可再生能源項目,還能幫助用戶免除電力采購過程中的輸配電費用,節省用電成本。

第四,發展分布式清潔能源可成為增加當地民眾長期穩定收入的一個來源。在德國、丹麥等分布式能源發展較好的國家,“社區風電”和“社區光伏”等模式使得可再生能源開發企業與當地社區、居民形成緊密的利益共同體。發展分布式清潔能源在提供綠色電力的同時,也帶動了當地就業與經濟發展。在我國東南沿海地區發展分布式清潔能源,可結合當地旅游開發、特色小鎮建設,充分利用工商業和居民屋頂及“田間地頭”空閑土地,吸引農戶、村集體以屋頂或土地入股參與投資,實現能源開發效益均等化,惠及當地民眾,促進鄉村集體經濟發展。

分布式清潔能源發展的國際經驗

全球來看,歐洲的分散式風電和分布式光伏是風能和太陽能利用的主要模式之一。分散式風電在歐洲起步較早,技術和商業模式都較為成熟。風電場的開發規模由資源條件、負荷條件和并網條件決定,通常不刻意區分集中式和分散式。一般靠近負荷中心、單體規模不大的風電項目,所發電力直接接入配電網內消納,也就是分散式風電項目。丹麥和德國分散式風電占風電總裝機容量的比重都很高,同時,德國也是分布式光伏發展最為成功的國家之一。因此,本章將重點介紹丹麥和德國推廣分散式風電和分布式光伏的成功經驗。

丹麥:分散式為主的風電開發模式

丹麥是全球風電發展最為領先的國家之一,一個關鍵因素就是,在歐盟整體低碳轉型的框架下,丹麥政府制定了明確的氣候和能源戰略目標(見圖4),到2050年完全擺脫對化石能源的依賴。
發展以風電為主的可再生能源是丹麥實現其戰略目標的重要途徑。政府為此出臺了相應的政策,概括起來主要體現在三個方面。一是對風電的財政支持政策,包括初期的投資補貼和后來的固定上網電價補貼;二是政府對化石能源實施的碳稅使得風電的經濟性優勢進一步顯現出來;三是可再生能源優先上網的政策。
截至2018年底,丹麥一半以上的電量供應來自可再生能源,其中,風電是最主要的可再生能源,占46%7。根據丹麥風能協會統計,截至2019年底,丹麥累計并網風電610萬千瓦,其中接入20千伏及以下電壓等級配網的裝機容量超過70%。圖5對比了1980年和2019年丹麥的電源布局,可以看出,分布式電源已遍布丹麥全國。

圖4 丹麥氣候和能源發展目標

圖5 丹麥風電發展項目布局

分散式風電在丹麥之所以取得成功,除了得益于本國支持可再生能源發展的一系列政策,還與以下這些因素息息相關:
? 丹麥國土面積較小,周邊大部分環海,整個國土范圍內的風能資源差異較小,因而就近開發、就地利用分散式風電,能夠以較低的成本滿足用戶的電力需求,是最便捷、經濟的風電開發方式,不需要建設大規模的輸電線路進行更大范圍的電力資源配置。
? 社區風電模式的多重效益。歐洲民用電價較高,居民對投資自發自用、余電上網的社區風電項目有較高的積極性。社區風電項目用地成本較低,從而降低了投資成本。丹麥80%的風電場都具有社區風電的性質,社區居民可購買風電項目股份,利用項目收益進行再投資,為社區居民帶來多重福利,如完善社區基礎設施、創造新的就業機會等,居民認可度較高,有效解決了分散式風電開發的土地供應及鄰避效應問題。
? 具有高度靈活性的歐洲電網系統和完善的電力交易市場。丹麥電網與歐洲電網互聯,瑞典和挪威的水電、法國的核電都能成為丹麥風電的靈活性調節電源。北歐電力交易所是歐洲最早的跨國跨區域電力交易市場,交易方式以日前交易為主,當實際供需與日前交易提交的信息不匹配時,可輔之以日內市場來平衡這一波動,從而在技術上解決了風電發展面臨的系統調節問題。
? 電力體制的調整為能源轉型掃清市場障礙。2005年前后,丹麥對原有的電力市場架構進行改革,將兩大垂直一體化、統管發電、輸電和配電業務的電力公司合并,成立了非營利的國家電網公司,負責輸電網和天然氣管網的運營,對所有的市場參與者公平開放。而發電、配電業務則完全放開,在上游供應端和下游用戶端形成競爭格局。發電、輸電與售電三個環節相互獨立卻又密切配合,使得風電等可再生電力“優先并網”的策略得到了有效執行,從而增加了分散式風電開發的市場吸引力。

德國:分布式能源有力推動能源轉型

德國設立了到2050年實現凈零排放的中長期減排目標,并且明確了2038年煤電徹底退出的時間表和路線圖x。打造以可再生能源為支柱的能源系統是德國實現中長期能源和氣候戰略的重要路徑。

德國非水可再生能源裝機容量位列全球第三,僅次于中國和美國。人均非水可再生能源裝機容量達到1.4千瓦,分別是中國和美國的4.7倍和2.6倍10。截至2019年底,德國可再生能源總裝機容量為1.3億千瓦,其中,風電6080萬千瓦,光伏發電4900萬千瓦,分別占可再生能源總裝機容量的46.5%和37.5%xi。風能和太陽能的開發利用主要通過分散式/分布式系統來實現。

與丹麥類似,德國風電也是以分散式開發為主,75%為社區風電,90%以上的陸上風電場裝機數量小于9臺(見圖6),主要接入6~36千伏或110千伏配電網,以就近消納為主。

圖6 德國風電機組布局接入情況(2017年)

社區風電項目為居民參與氣候和環境保護活動提供了機遇。居民可以參與到項目初期設計、集資、建設和運營管理等環節中,社區的一些特殊需求可以較早地被考慮進來。根據項目運營公司性質的不同,社區居民參與決策的程度也有所區別。

社區風電項目為當地提供了清潔電能,吸引了投資,創造了就業崗位。居民通過購買公司股權,不僅可以獲得政府補貼,還能獲得項目盈利的分紅,增加了收入。此外,風電場至少70%xiii的貿易稅上繳給社區,為當地經濟發展做出了重要貢獻(見圖7)。

圖7 德國社區風電項目

德國也是全球推廣分布式光伏發電最成功的國家之一。盡管光照資源條件并不好,年平均有效利用小時數僅800小時左右11。根據2018年的統計數據,德國光伏裝機容量中,地面電站占28%,工商業屋頂光伏占58%,居民屋頂光伏占14%xiv。98%的屋頂光伏系統都是千瓦級(見圖8)。

圖8 德國分布式光伏規模布局情況(2018年)

政策支持是德國分布式光伏得以發展壯大的主要原因。德國的可再生能源電價補貼機制隨著成本、市場等條件的變化而動態調整。2014年之后,德國對可再生能源的補貼由起初的固定電價補貼(FiT)逐漸轉向溢價補貼(FiP),意味著上網電價水平由原來的固定電價轉變為“電力市場價格+溢價補貼”。但是,為了維持小規模分布式光伏項目的補貼穩定性,對于裝機規模在100千瓦以下的光伏項目仍保留了有效期為20年的固定電價補貼。

此外,德國的政策性銀行還為小型光伏項目提供低息貸款,從而降低了項目的融資成本。為了鼓勵自發自用,減少分布式電源接入帶來的配電網改造成本,政府對于分布式光伏項目配套的儲能設施還提供額外的補貼,這些措施都大大促進了德國分布式光伏的發展。

長三角地區分布式可再生能源發展的實踐基礎

長三角地區是我國分布式光伏開發較早的地區,分散式風電開發也主要從江蘇開始起步。長三角地區已積累了較多的分布式可再生能源開發經驗。課題組在研究過程中也調研了一些典型案例,并從商業模式、經濟效益、社會效益等角度進行了剖析,在此基礎上總結了我國分布式可再生能源進一步發展的技術和經濟可行性。

分布式光伏案例
分布式光伏的主要應用場景包括工商業屋頂光伏和居民屋頂光伏。發展屋頂光伏,長三角地區具備一定的優勢條件。首先,該地區光伏制造業聚集,產業鏈完整,為光伏產品的本地化應用奠定了基礎;其次,該地區工業發達,廠房屋頂資源豐富,再加上工商業電價在全國范圍內處于相對較高的水平,使得企業有較高的積極性開發自發自用的光伏項目,從而節省用能成本。2016年浙江提出光伏“百萬屋頂”計劃,提出了到2020年全省建設家庭屋頂光伏裝置100萬戶以上,總裝機規模300萬千瓦左右的目標xv。報告對分布式光伏的幾種典型應用模式分別選取一個案例進行介紹。

工業屋頂光伏:中大元通屋頂光伏項目

項目概況

中大元通屋頂光伏項目是浙江省杭州市余杭區的屋頂光伏示范項目(見圖9),該項目投資總額為4800萬元,于2017年2月開工,當年7月并網。

圖9 中大元通屋頂光伏項目

該項目屋頂面積達 4.7萬平方米,總裝機容量為5992千瓦,年等效利用小時數可達900小時,接入10千伏公共電網。

經濟效益與減排效益

該項目實現了多重環境效益和經濟效益。既解決了業主屋頂漏水,廠房易老化的問題,同時,屋頂的光伏系統也起到了隔熱的作用,有效減少了廠房內的空調用電需求。相對于傳統的購電模式,該項目每年節省電費54萬元,每年可實現約3000噸二氧化碳減排量。

該項目是工業屋頂分布式光伏較為成功的代表,主要原因包括:一是采用能源服務公司模式開發運營。項目投資方采用能源服務公司(ESCO)模式進行投資、建設和運營,自有資金比例100%,所發電量以目錄銷售電價的83折出售給屋頂業主用戶。二是自用電比例高。該項目的電力消納模式為自發自用、余量上網,自用電比例為80%,余量上網執行當地的燃煤標桿上網電價(0.4153元/千瓦時)。三是項目享受的補貼較高。項目所發全部電量享受國家、省、市三級補貼,其中國家補貼為0.42元/千瓦時,省級補貼為0.1元/千瓦時,市級補貼為0.1元/千瓦時。因而項目的經濟性較好,投資收益率達到16.7%,投資回收期為6年左右。

商業屋頂光伏:宜家(蘇州)商場屋頂分布式光伏發電項目

項目概況

宜家(蘇州)商場屋頂面積約 5000 平方米,安裝 416千瓦分布式光伏發電系統,年有效利用小時數達到1027小時(見圖10)。光電轉化效率最高達 17.93%,符合 2018 年國家“領跑者基地”滿分技術要求。

圖10 宜家(蘇州)商場屋頂分布式光伏發電項目

經濟效益與減排效益

該項目2018 年全年發電量為 44.7 萬千瓦時,在減輕商場用電高峰期壓力的同時,為宜家(蘇州)商場帶來可觀的經濟收益,包括全年節省電費 38.4 萬元,以及可再生能源發電補貼16.5萬元。
按全生命周期計算,項目平均每年可發電39.3萬千瓦時,替代燃煤169噸,避免80.9噸二氧化碳排放、2.0噸二氧化硫排放及1.9噸氮氧化物(以二氧化氮計)排放,具有良好的環境效益。
該項目是商業屋頂分布式光伏的典型案例,主要有以下幾方面的優勢:一是宜家(蘇州)商場是大型商場,屋頂連片面積較大,具備開發分布式光伏的條件。二是長三角地區商業電價較高,而宜家(蘇州)商場自身空調、照明等用電負荷較大,自用電比例高。自發自用的分布式項目可為業主降低能源使用成本,并有效保障項目的投資收益。三是項目由業主自己投資,新能源開發公司承接工程總承包(EPC),可免去第三方投資帶來的融資租賃貴、電費結算難等問題。

居民屋頂光伏:臨安錦北街道居民屋頂光伏項目

項目概況

浙江省杭州市臨安區錦北街道居民屋頂光伏項目目標是建成1000戶居民屋頂光伏發電系統,裝機容量為4680千瓦,預計總投資為3978萬元(見圖11)。截至2019年4月,該項目已安裝并網463戶,完成裝機3100千瓦。

圖11 臨安錦北街道居民屋頂光伏項目

商業模式與融資模式

臨安區各村成立了股份經濟合作社。以上東村為例,該村共安裝居民屋頂光伏135千瓦,年發電量13.5萬千瓦時,以0.4153元/千瓦時的上網電價出售給電網,同時獲得0.42元/千瓦時的國家補貼和0.1元/千瓦時的省級補貼。每千瓦時的收益達到0.93元。

為解決項目資金問題,臨安農村信用合作聯社協助錦北街道推進項目開展。信用社創新采用“光伏貸”模式,信貸員下鄉宣傳貸款業務并上門服務,用戶安裝電站費用可全額通過“光伏貸”解決。

該項目是居民屋頂分布式光伏開發的成功實踐,值得推廣的經驗包括:

? 項目由同一公司進行統一管理。項目選取了一個專業化開發公司,對屋頂資源的規劃、建設和使用制定統一要求。該公司通過整合戶用屋頂資源,集聚較多的開發面積,有效提升了分布式光伏開發的專業化管理水平。

? 采用靈活的業主參與模式。戶主參與項目開發的方式有兩種:一種是“出屋頂,不出錢”,發電收益前8~10年歸銀行,之后15~17年歸戶主;另一種是“既出屋頂,也出錢”,戶主出資安裝屋頂光伏,發電收益也全部歸戶主。業主可結合自身情況自行選擇,有效提升了業主參與項目的積極性。

分散式風電案例

2011年,國家能源局發布了《關于分散式接入風電開發的通知》,標志著分散式風電在中國正式啟動。隨后幾年一直處于探索階段,一系列支持分散式風電發展的產業政策并未取得理想的效果。2018 年,《分散式風電項目開發建設暫行管理辦法》正式印發,從簡化項目核準流程、規范規劃編制、拓寬融資渠道等多方面進一步完善政策機制。截至2019 年5 月,全國19個省份和地區出臺了分散式風電相關的政策和規劃,規劃總裝機容量接近660萬千瓦13。但在落地過程中,由于存在項目核準繁、土地審批難、環保標準模糊等原因,分散式風電發展規模整體較小。報告選取兩個相對成功的案例,分別代表了分散式風電在園區和農村發展的兩類應用模式。

園區分散式風電:江陰分散式風電項目

項目概況

江陰分散式風電項目是中國首個真正意義上的分散式風電項目群,累計核準分散式風電機組23臺,投運發電11臺,累計裝機容量32.2兆瓦(見圖12)。其中,江陰港港口集團公司與遠景能源合作的分散式風電項目由江陰港提供土地,由遠景能源負責投資、建設和運營。

圖12 江陰分散式風電項目

技術路線

江陰港港口集團公司安裝了7 臺分布式風力發電系統,項目總裝機容量為16.8兆瓦,分布在集團公司兩個港區內。該項目總占地3.36畝,僅占碼頭總面積的0.11%,通過因地制宜的機位選址及機型選擇保證容量和發電量,適配港口定制的電氣接入設計方案及系統監測方案,保證建設和生產的高效性。

經濟效益

自2018年5月首臺風電機組并網以來,分散式風電已經累計發電3653萬千瓦時,兩個港區風電占用電量的比重分別達到了48%和60%,累計節省用電成本187.14萬元,成本節省率超過10%。(截至2019年10月底數據)

環境效益

該項目并網以來運行穩定,相較于傳統火電,11臺風電機組所發電量相當于每年替代燃煤2.5萬噸,避免二氧化碳排放7.5萬噸,相當于植樹12萬棵,港區能源消費結構明顯優化,污染防治和綠色管理能力明顯提升。

江陰分散式風電項目為分散式風電在中國東南部人口稠密區和電力負荷中心的發展探索了經驗,對于中國分散式風電的發展具有重要的參考和借鑒價值??偨Y江陰分散式風電項目開發成功的經驗,主要有兩個特點。一是合同能源管理模式實現開發方和用電方共贏。該項目采用能源合同管理模式進行開發建設,消納模式為“自發自用、余電上網”。分散式風電生產的綠色電能供港口生產直接使用,實現就地、就近消納。二是地方政府跨部門協作,優化審批流程。為了理性地推進項目,江陰市政府由市發改委牽頭相關部門制定了《江陰分布式風電可行性規劃》,在嚴謹分析、科學規劃、依法依規進行環評的基礎上,與城市整體規劃有效銜接,各個行政管理部門對分散式風電發展形成了共識,大大提升了項目審批效率。

村分散式風電:平頂山鳳凰嶺分散式風電項目

近年來,我國中部和東南部地區開始利用田間地頭進行農村分散式風電開發。河南平頂山鳳凰嶺分散式風電項目就是其中的一個典型案例。

項目概況

平頂山鳳凰嶺分散式風電項目是河南省首個小型民營企業開發的分散式風電并網項目(見圖13)。該項目于2017年11月列入河南省“十三五”分散式風電開發計劃,12月取得核準批復,2018年6月正式開工建設,12月項目全容量并網投運,是行業內工期較短、單位造價較低、綜合收益較好的典范。

圖13 平頂山鳳凰嶺分散式風電項目

技術路線

該項目總裝機容量12兆瓦,全投資8000萬元,采用預制艙模式新建一座35千伏開關站,送出線路總長6.2千米。風電場位于河南省葉縣,建設于鄉野田間,距離村莊350米。項目采用6臺塔筒高度為120米的2兆瓦風力發電機組,葉片長度59.8米。單個風電機組吊裝調試正常運行后占地面積僅為20~40平方米,單個箱變占地約8平方米。

環境效益

該項目通過高效利用當地風能資源,預計每年可發電2880萬千瓦時,與相同發電量的火電項目相比,相當于每年替代燃煤8640噸標準煤(以平均標準煤煤耗為0.3千克/千瓦時計),每年避免二氧化硫排放64噸,二氧化碳排放2.4萬噸,氮氧化物排放55噸。所發電力接入35千伏配網就近消納,緩解了本地區電網負荷調配力度。同時,該項目施工時在原有道路的基礎上征地修路,工程結束后還給村民復耕,整個風電場不但對當地生態未產生影響,還與村鎮、燕山水庫完美結合成一道亮麗的風景線,為農村經濟發展和民生改善注入新動能。

總結平頂山鳳凰嶺分散式風電項目開發成功的經驗,主要有幾個特點:一是采用村集體經濟入股的創新方式。充分利用農村田間地頭等空閑土地,村集體經濟以土地入股的方式參與分散式風電開發建設,在更加集約化利用土地的同時,也為當地村民帶來穩定收益。二是開發企業采用設備融資租賃方式解決融資難的問題。該項目注冊資金2500萬元,融資5500萬元,設備融資租賃一般有2年寬限期,計息以實際使用資金額度計算,本項目建設周期共計6個月,縮短建設周期的同時也縮短了資金計息期限,最大化節約總體成本。三是項目前期工作基礎扎實,地方政府給予支持。由于執行核準承諾制,該項目核準流程大大簡化,從立項到并網發電僅用時13個月,是行業內工期較短的項目。

分布式可再生能源規?;l展的優勢條件

近年來,以風電和光伏為主的可再生能源具有良好的環境效益和成本效益已逐漸在全球范圍內得到認可。長三角等地區分布式光伏和分散式風電的成功案例也進一步說明了分布式可再生能源已經具備了成熟的技術基礎和具有競爭力的成本優勢。

首先,可再生能源發電成本在過去十年間大幅下降,分布式光伏成本下降遠超預期。根據國際可再生能源署的統計,2010年以來,全球范圍內太陽能光伏發電和風電成本分別下降了 82%和39%(見圖14)。2019年,全球所有新投產的可再生能源發電項目中,56%的項目成本都低于最便宜的化石燃料發電成本xvi,全球最低的光伏發電上網價格已降至1.35美分/千瓦時xvii(相當于每度電0.1元)。德國、日本、澳大利亞等分布式光伏的平準化成本已顯著低于居民用電價格(見圖15);中國的電價體系存在工商業對居民的交叉補貼14,居民電價顯著低于工商業電價,但預計也會在“十四五”時期實現居民用戶側的分布式光伏平價。

圖14 近十年風電和太陽能發電平均度電成本變化趨勢

圖15 分布式光伏平準化度電成本

其次,分散式風電技術快速進步。目前,我國低風速風機高塔筒、長葉片、微觀選址技術已全球領先,風機輪轂高度從最早的50米、70米,現在已突破150米(見圖16),可開發風資源范圍從6米/秒以上擴大到5米/秒左右,江蘇內陸沿長江一帶風電項目利用小時數已達到2700小時,堪比十年前西部一些資源最好地區的可利用小時數。同時,降噪技術的成熟應用也可大幅減少風電機組對周圍環境的影響。此外,一臺風機基礎占地面積約400平方米,但在地面的排他性占地面積可控制在20平方米左右(見圖17),其余部分覆土之后,并不會影響土地的農業、養殖、綠化等用途。

圖16 風機高度及葉片長度變化趨勢

圖17 一臺風機占地示意圖

第三,風電和光伏發電全生命周期環境效益遠遠優于化石能源。綜合考慮項目建設期、運營期和退役期的溫室氣體排放,陸上風電全生命周期的碳足跡為7.0~10.8gCO2e/千瓦時,海上風電為9~17gCO2e/千瓦時,屋頂光伏系統為15~34gCO2e/千瓦時,光伏電站為10~29gCO2e/千瓦時, 而采用了CCS技術的煤電,全生命周期的碳足跡仍高達230~935gCO2e/千瓦時xx。未來隨著技術進步,光伏組件效率進一步提升,光伏發電的碳足跡還有下降的空間。

總的來看,分布式可再生能源的開發利用在技術上已經明顯成熟,在經濟性上也已具備競爭優勢。長三角地區應基于已有基礎和優勢,緊抓能源轉型的戰略機遇,將發展本地分布式能源作為區域綠色高質量發展的關鍵舉措,努力打造我國分布式可再生能源發展的先進樣板區。

長三角地區分布式可再生能源發展潛力評估

當前我國還沒有針對分布式可再生能源的資源潛力做過詳細評估,也沒有對各地區分布式電源接入電網的承載力進行過系統測算。本研究從多個維度對長三角兩省一市可再生能源的開發潛力做了初步評估,并在當前電力系統運行的邊界條件下,對可消納的總量做了初步定量分析。

分布式可再生能源的潛力一般包括資源可開發量、技術可開發量和經濟可開發量。資源可開發量是基于風資源以及太陽能輻照資源等數據得到的結果,常用的評估方法包括直接觀測和數值模擬。技術可開發潛力主要考慮在現有技術條件下能夠開發利用的規模,重點考慮屋頂/土地及其他設施的可利用面積、單位面積平均開發容量等。經濟可開發量是在技術可開發量的基礎上,進一步疊加成本因素,確定具有商業開發價值的裝機規模。

由于不同技術類型分布式電源的潛力受到不同因素的影響,需要結合電源特點進行評估。同時,分布式電源的開發程度也受電網條件的影響,大規模分布式電源接入電網后,也會對電網的運行調度帶來影響。因此,有必要對電網的承載力進行評估。

本章的潛力評估包括三個層面:分布式光伏開發潛力、分散式風電開發潛力,以及分布式電源接入電網承載力。

分布式光伏開發潛力

分布式光伏的潛力主要受到太陽能資源、可用屋頂面積、漁光/農光互補場景下水域面積、大棚面積等因素的影響。本研究選取兩種測算方法,對江浙滬地區分布式光伏發展潛力進行評估,結果顯示分布式光伏開發潛力為1.8億~2億千瓦。

方法一:分場景集成

以工商業屋頂、居民屋頂、農業大棚、水產養殖等“光伏+”產業設施為重點應用場景,對江浙滬地區上述場景下的可利用面積進行統計匯總,對不同場景設定相應的分布式光伏裝機系數,測算出江浙滬地區分布式光伏的可開發潛力。

第一類場景:工商業屋頂

采用為式(蘇州)智能科技有限公司的鷹眼屋頂識別系統,以卷積神經網絡圖像識別算法為基礎,對長三角地區面積為2000平方米以上的屋頂進行人工智能識別,利用fasterR-CNN 深度學習模型,通過不斷迭代學習,從衛星圖片數據中準確識別屋頂信息,包括屋頂顏色、材質以及是否已安裝光伏組件(見圖18)。

圖18 分布式光伏(2000平方米以上屋頂)潛力測算模型

該系統對江浙滬地區面積為2000平方米以上的屋頂資源進行識別和篩選,共識別出具備光伏安裝潛力的屋頂28萬余個,總面積21.2億平方米。如圖19所示,由于人工智能識別系統的矩形框是固定角度,與衛星圖片中屋頂的角度并不能完全一致,考慮這一誤差,以及屋頂朝向對裝機潛力的影響等因素,按照50%的可用面積初步估算,保守測算潛在的裝機潛力可達10627萬千瓦(見表 1)。

圖19 基于衛星圖片的屋頂識別系統
表1 2000平方米以上工商業屋頂分布式光伏裝機潛力

第二類場景:居民屋頂

根據統計年鑒中江蘇、浙江、上海的城鎮和農村的人均住房面積和人口數量數據,可得到城鎮和農村的居民住房總面積。根據專家意見征詢,按照城鎮居住建筑平均10層,農村居民建筑平均3層估算屋頂面積。再按照20%的裝機系數和每平方米100瓦的裝機容量,測算出居民屋頂的分布式光伏裝機潛力為2727萬千瓦(見表2)。

表2 居民屋頂分布式光伏裝機潛力

第三類場景:光伏與農業和漁業設施的結合

除了上述兩類屋頂光伏的應用場景,分布式光伏與農業、漁業等產業相結合的模式應用前景廣闊。對江浙滬地區農業大棚16、水產養殖等農光互補、漁光互補產業進行統計篩選,制定不同應用場景的裝機系數(根據專家建議,取相對保守的假設:農業大棚面積按10%,水產養殖面積按20%),江浙滬地區分布式光伏應用場景規模及裝機潛力見表3。

表3 江浙滬地區分布式光伏與產業相結合的應用潛力

圖20 江浙滬地區分布式光伏開發潛力

        方法二:海寧模式

浙江是光伏制造大省,2012 年底省政府開始在嘉興開展光伏產業創新綜合試點,嘉興市由此開始了分布式光伏發電的探索。 嘉興市下轄的海寧市是浙江省首批清潔能源示范縣,占地面積 700.5 平方千米。截至 2018 年底17,海寧分布式光伏裝機容量為 57 萬千瓦,占電網峰值負荷的 1/3,是本地電源的重要支撐;裝機密度達到 814 千瓦/平方千米(見圖 21),成為中國乃至全球分布式光伏發展的新樣板。

圖21 分布式光伏裝機密度對比

若簡單類比,按照海寧市的分布式光伏裝機密度,江浙滬地區未來分布式光伏裝機潛力也可達 1.8 億千瓦(見表 4)。

表4 江浙滬地區分布式光伏裝機潛力(海寧模式)

海寧模式有其自身的產業優勢,同時也離不開各級政府及電網公司的支持。政策方面,在國家和省級財政補貼的基礎上,增加市級和縣級補貼,形成了四級補貼支持體系;并按裝機容量對提供屋頂資源的企業給予一次性獎勵,對村級屋頂分布式光伏發電項目給予連續三年的電量補貼。管理方面,出臺了《海寧市推進光伏發電應用專項行動方案》,明確建設目標,細化部門分工,簡化項目審批管理程序。并網方面,地方電網公司出臺了多項技術規范,優化并網技術,最大限度保證分布式光伏接入電網。

參考海寧模式不代表完全照搬海寧模式,但分析海寧發展分布式光伏的經驗,有助于江浙滬的其他地區探索符合自身條件的分布式光伏發展之路。尤其是當前的光伏建設成本與海寧發展分布式光伏初期相比,已經有了顯著的下降,可在一定程度上彌補去補貼帶來的經濟性影響。

分散式風電開發潛力

中國陸上風電裝機密度遠低于丹麥和德國。目前德國的風電裝機密度是中國的7倍,是江浙滬地區的3倍(見圖22)。隨著低風速風電技術的進步,可開發風能資源范圍從6米/秒以上擴大到5米/秒以上,中國東南部地區具有經濟開發價值的風能資源達到10億千瓦以上,目前開發量不到其中的十分之一。

圖22 不同地區風電裝機密度對比(2019年)

分散式風電的可開發量主要受到風資源、土地可用性等因素的影響和制約。目前對分散式風電開發潛力的評估主要基于風電開發企業采用的微觀選址模型,對一定區域內風電項目的技術和經濟可開發量進行模擬。此外,通過分散式風電主要應用場景集成,以及參照單位面積裝機水平,也可進行粗略估算。本研究采用三種測算方法對江浙滬地區分散式風電發展潛力進行評估。這三種方法各有其局限性,但可以粗略相互校核,對判斷分散式風電的總體潛力仍是有參考價值的。

方法一:技術可開發量

風資源測算利用遠景集團格林威治測風系統,采用100米分辨率的風資源圖譜,應用全國高程數據庫、動力模型與實測風資源數據,建立從80米到140米高度的風資源圖譜。采用當前適用于長三角地區的風機機型,自動匹配合適的塔筒高度,篩選出技術上可行的容量并得到具體的風機點位。

行政區域內的土地利用類型包括農用地(含耕地、園地、林地、牧草地和其他農用地)、建設用地(含城鎮建設用地、工礦用地、農村居民點用地、交通用地、水利設施用地、特殊用地、鹽田)和未利用地(含水域、灘涂、沼澤、自然保留地)。在土地利用的維度上,根據兩省一市各類土地面積,扣減水域面積、各級公路占地面積、綠地、景區和保護區、建筑及已開發的風場占地,得到技術可利用面積。如果僅按照工礦用地和鹽田等政策明確可用于風電項目開發的土地測算,江浙滬地區分散式風電開發潛力只有102萬千瓦(見圖23)。如果土地利用政策不采取“一刀切”的方式,按照精細化管理,為分散式風電開發預留空間,綜合考慮風資源、生態保護和城市限高,江浙滬分散式風電發展潛力可達到8268萬千瓦(見表5)。

表5 江浙滬地區分散式風電裝機潛力(技術可開發)

方法二:農村、園區情景集成

分散式風電在農村地區、園區(含港口)具有較大的發展空間。本研究根據江浙滬地區的園區數量(重點考慮面積為100畝以上的園區)和村莊數量,對分散式風電開發的潛力做了初步評估。對于園區,根據專家建議,假定每個面積為100畝以上的園區安裝一臺風機;對于上海和江蘇的農村,平均每兩個村莊安裝一臺風機;對于浙江的農村,考慮山地的影響,設定平均每三個村莊安裝一臺風機;單臺風機功率為2.5兆瓦(目前的主流機型)。江浙滬地區園區和村莊數量見表6。根據以上假設,估算得出農村風電裝機潛力為4303萬千瓦,園區裝機潛力為288萬千瓦,共計4591萬千瓦。

表6 江浙滬地區園區和村莊數量

方法三:參考德國裝機密度

用德國的裝機密度來比照,也是國內風電行業較為常用的挖潛方法。這種方法盡管不是非常精確,但可以在一定程度上提供粗略的參考。德國國土面積為35.7萬平方千米,陸上風電裝機5320萬千瓦,裝機密度約為149千瓦/平方千米,若簡單類比,按照德國裝機密度推算,江浙滬地區分散式風電裝機潛力為3261萬千瓦(見表7)。

表7 江浙滬地區分散式風電裝機潛力(參考德國)

綜合上述測算方法,江浙滬地區未來分散式風電潛力約為3261萬~8268萬千瓦,加上1.8億~2億千瓦分布式光伏,分布式可再生能源開發潛力可達2.1億~2.8億千瓦,潛力巨大(見圖24)。

圖24 江浙滬分布式清潔能源發展潛力

分布式電源接入電網的承載力估算

可再生能源開發潛力能在多大程度上被開發出來,還取決于電網的實際承載力。在滿足供電設備和線路不過載、系統各項性能參數不超標的條件下,基于現有配電網的規模布局和運行方式,本研究對配電網接納分布式電源的最大容量進行了初步測算。

大規模分布式電源接入電網后,對配電網的規劃和調度運行都會帶來影響。為了保障分布式電源與負荷和電網的協調發展,必須基于配電網穩定運行邊界和實際運行狀態,評估各節點未來可接入的分布式電源容量裕度,進而為分布式電源和配電網的規劃、建設提供指導。

評估方法

考慮到分布式電源接入電壓等級含35千伏和110千伏,而分布式電源接入容量若超過實際承載力,影響會波及上一電壓等級,即220千伏。因此,分布式電源承載力評估主要以220千伏及以下電壓等級的配電網為分析對象,基于配電網實際運行拓撲,遵循“分區分層”原則,從總體到局部、從高壓到低壓,按供電區域和電壓等級開展。評估結果為配電網各電壓等級母線的可新增裝機容量。

分布式電源接入電網的承載力以待評估區域電源裝機信息、電源特性數據、電網設備參數、電網歷史運行數據、電能質量實測數據、電網安全運行邊界數據等為基礎開展評估,并充分考慮該區域的地理位置、電網拓撲、運行方式、負荷類型、負荷水平、時間尺度、在建及已批復電源和電網項目等因素。評估流程(見圖25)如下:

圖25 分布式電源承載力測算流程圖

第一步:明確待評估區域電網范圍,描繪待評估區域電網拓撲圖。一般來說,評估范圍以單臺220千伏變壓器的供電區域劃分,評估對象包括該區域內所有35 ~220千伏等級的變壓器、35~110千伏等級的線路、10 ~220千伏等級的母線。

第二步:進行數據收集,判斷待評估區域是否發生分布式電源向220千伏及以上電網反送電(春節、國慶等特殊法定節假日除外),即該區域分布式電源總出力是否大于用電負荷,若反送則該評估區域各電壓等級分布式電源承載力等級為紅色。

第三步:按照電壓等級從高至低分層進行評估?;谙到y數據、設備參數、運行數據,統計當前層級各母線短路電流、電壓偏差的現狀值和諧波實測值,并參照各項限值進行校核,若校核不通過,則該電壓等級及以下區域電網的分布式電源承載力等級為紅色。
第四步:在待評估區域電網正常運行方式下,開展熱穩定評估,確定當前層級變壓器和線路的反向負載率及可新增分布式電源容量。統計評估周期內反向負載率的最大值。

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