呼和浩特城市规模化应用光伏发电 发展规划研究报告 中国科学院电工研究所 呼和浩特市经济社会发展研究中心 内蒙古电力科学院 二〇一〇年三月 1 课题组长 马胜红 副组长 李绍强 刘锦国 报告主编 刘鑫 报告参编 陈光明 尚永红 孙李平 尹柏青 刘海涛 余致新 陈东兵 张亚彬 熊 燕 课题组其他成员 李莉、冯德、赵贵廷、李斌、白胜、杨茂荣、 徐双信 2 致 谢 受国家能源局委托和美国能源基金会资助，中国科学院电工研究所、呼 和浩特市经济社会发展研究中心和内蒙古电力科学院组成课题组，经近一年 的共同努力，合作完成了“呼和浩特城市规模化应用光伏发电发展规划”的 研究报告。 在项目的实施过程中，内蒙古自治区发展与改革委员会、呼和浩特市有 关领导、呼和浩特市发展改革委员会、呼和浩特市招商局、呼和浩特市规划 局、呼和浩特市建设局、呼和浩特市环保局、内蒙古电力集团总公司、内蒙 古华德新技术公司、内蒙古工业大学的领导和专家们对项目实施给予了大力 的支持。 美国能源基金会不仅对本项研究给予了主要的经费支持，并安排国际专 家提供高水平的咨询服务，特别安排组织了课题组主要成员以及国内有关专 家到德国和意大利的学习考察，以保证本项目的顺利实施。 本课题组对项目研究内容进行了综合全面的研究和深入分析，并获得多 位专家的宝贵建议和意见，使得报告更加充实和完善。 谨此，向美国能源基金会及所有对本项目给予指导、支持的部门和单位， 以及为本报告的研究成果付出辛勤劳动的人们表示最诚挚的感谢也因无法 一一列出而表示歉意。 如果报告内含错误和不足，则应由课题组承担责任。 3 目 录 1. 项目背景和目标 ----------------------------------------------------------------------------------------1 1.1 项目名称----------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1 1.2 研究的编制依据-------------------------------------------------------------------------------------------------- 1 1.3 项目提出的理由和过程----------------------------------------------------------------------------------------- 1 1.3.1 中国能源、电力、环境状况 ------------------------------------------------------------------------- 1 1.3.2 太阳能发电的发展预测-------------------------------------------------------------------------------- 5 1.3.3 城市规模化光伏发电应用的重要意义 ------------------------------------------------------------- 6 1.3.4 开展城市规模化光伏应用的条件 ------------------------------------------------------------------- 9 1.4 项目实施目标和成果-------------------------------------------------------------------------------------------16 1.4.1 实施目标-------------------------------------------------------------------------------------------------16 1.4.2 成果-------------------------------------------------------------------------------------------------------17 2. 呼和浩特市概况 -------------------------------------------------------------------------------------- 18 2.1 呼和浩特市社会经济情况-------------------------------------------------------------------------------------18 2.2 气候和太阳能资源----------------------------------------------------------------------------------------------19 2.3 建筑条件、应急避难场所和城郊荒地资源 ---------------------------------------------------------------22 2.4 基础设施----------------------------------------------------------------------------------------------------------22 2.5 人力资源情况----------------------------------------------------------------------------------------------------23 2.6 电力供应与建设情况-------------------------------------------------------------------------------------------23 2.6.1 内蒙古西部电网现状----------------------------------------------------------------------------------23 2.6.2 呼和浩特市电网现状----------------------------------------------------------------------------------24 2.6.3 负荷及用电量预测-------------------------------------------------------------------------------------24 2.7 当地环境及排放情况-------------------------------------------------------------------------------------------27 2.7.1 当地环境状况-------------------------------------------------------------------------------------------27 2.7.2 节能减排规划-------------------------------------------------------------------------------------------28 2.8 光伏发电技术应用情况及相关政策 ------------------------------------------------------------------------28 2.8.1 呼和浩特市光伏发电技术应用情况 ---------------------------------------------------------------28 2.8.2 相关政策-------------------------------------------------------------------------------------------------29 3. 项目建设的总体方案 -------------------------------------------------------------------------------- 31 3.1 总体思路----------------------------------------------------------------------------------------------------------31 3.2 太阳能光伏发电应用示范工程-------------------------------------------------------------------------------31 3.2.1 建筑光伏发电系统-------------------------------------------------------------------------------------31 4 3.2.2 城郊荒地光伏发电系统-------------------------------------------------------------------------------34 3.2.3 应急体系中的光伏电源-------------------------------------------------------------------------------37 3.2.4 项目实施规划-------------------------------------------------------------------------------------------41 3.3 项目实施机构、方案及对比分析----------------------------------------------------------------------------42 3.3.1 电网公司主体运营模式-------------------------------------------------------------------------------42 3.3.2 发电公司主体运营模式-------------------------------------------------------------------------------43 3.3.3 屋顶业主独立投资模式-------------------------------------------------------------------------------43 3.3.4 运营模式比较-------------------------------------------------------------------------------------------44 3.4 城市光伏分布式电源建设所需的配套政策、机制与技术标准 ---------------------------------------45 3.4.1 应用指导规范-------------------------------------------------------------------------------------------45 3.4.2 呼和浩特市建筑光伏发电系统实施规范 ---------------------------------------------------------45 3.4.3 关于呼和浩特市城郊荒地光伏电站建设要求 ---------------------------------------------------46 3.4.4 关于呼和浩特市应急光伏电源建设实施办法 ---------------------------------------------------46 3.4.5 相关技术标准框架-------------------------------------------------------------------------------------46 3.5 光伏发电应用技术的培训-------------------------------------------------------------------------------------47 3.5.1 教育与培训的必要性和及意义 ---------------------------------------------------------------------47 3.5.2 建立培训基地的设想----------------------------------------------------------------------------------47 3.5.3 教育与培训实施方案----------------------------------------------------------------------------------48 3.6 建设光伏发电产业设想----------------------------------------------------------------------------------------49 3.6.1 高纯硅材料----------------------------------------------------------------------------------------------50 3.6.2 太阳电池、光伏组件制造----------------------------------------------------------------------------50 3.6.3 光伏发电的配套产业----------------------------------------------------------------------------------50 3.6.4 光伏发电系统的建设与维护 ------------------------------------------------------------------------50 3.6.5 实施方案-------------------------------------------------------------------------------------------------51 4. 项目建设投资估算 ----------------------------------------------------------------------------------- 52 4.1 项目投资估算----------------------------------------------------------------------------------------------------52 4.1.1 建筑光伏并网发电系统投资估算 ------------------------------------------------------------------52 4.1.2 城郊荒地光伏发电系统投资估算 ------------------------------------------------------------------52 4.1.3 应急体系中的光伏电源投资估算 ------------------------------------------------------------------53 4.2 财务分析----------------------------------------------------------------------------------------------------------53 4.2.1 建筑光伏并网发电项目财务分析 ------------------------------------------------------------------53 4.2.2 城郊并网光伏发电项目财务分析 ------------------------------------------------------------------54 4.2.3 应急光伏电源财务分析-------------------------------------------------------------------------------54 4.2.4 财务评价结论-------------------------------------------------------------------------------------------54 5 5. 项目效益分析 ----------------------------------------------------------------------------------------- 56 5.1 环境效益----------------------------------------------------------------------------------------------------------56 5.2 社会效益----------------------------------------------------------------------------------------------------------56 5.3 关于 CDM 的申请 ----------------------------------------------------------------------------------------------57 6. 结论与建议 -------------------------------------------------------------------------------------------- 59 6.1 结论----------------------------------------------------------------------------------------------------------------59 6.1.1 以建筑光伏为主的城市光伏发电是光伏发电应用的重要组成部分 ------------------------59 6.1.2 在中国开展城市规模化光伏发电应用示范项目十分必要 ------------------------------------59 6.1.3 我国已具备开展城市光伏发电应用项目的条件 ------------------------------------------------60 6.1.4 呼和浩特市具有实施城市规模化光伏发电应用的综合优势和条件 ------------------------60 6.1.5 呼和浩特市规模化应用光伏发电实施方案 ------------------------------------------------------61 6.1.6 项目建设投融资及效益-------------------------------------------------------------------------------61 6.2 建议----------------------------------------------------------------------------------------------------------------61 6.2.1 抓紧进行前期准备，尽快上报立项 ---------------------------------------------------------------61 6.2.2 抓紧进行前期普查调研等基础性信息资料准备工作 ------------------------------------------62 6.2.3 加大地方政府在优惠政策法规方面的支持和财税资金方面的扶持力度 ------------------62 6.2.4 建立光伏项目质量管理体系 ------------------------------------------------------------------------62 附属报告---------------------------------------------------------------------------------------------------- 64 附件-------------------------------------------------------------------------------------------------------- 123 呼和浩特城市规模化应用光伏发电发展规划项目背景和目标 1 1. 项目背景和目标 1.1 项目名称 呼和浩特城市规模化应用光伏发电发展规划 1.2 研究的编制依据 我国支持可再生能源发展的政策正在逐步完善，为落实国家发展可再生能源发电的总 体要求和为可再生能源电力发展创造良好环境，提高在电力能源消费中的比重，国家能源 局决定选择典型城市，通过实施城市规模化应用光伏发电示范项目，制定符合我国国情的 城市光伏应用项目的机制、规范、标准及其他相关激励政策，进而在其他城市推广应用。 在拥有良好资源、产业和区位优势的呼和浩特市开展城市规模化应用光伏发电示范项 目，符合呼和浩特市光伏产业发展规划纲要（2010-2020）和呼和浩特市人民政府 进一步加快光伏产业发展的若干规定的要求，可以加快呼和浩特市经济发展模式的转变 和能源结构的调整，实现该市“新能源之都”的战略目标。 按照国家能源局的安排，美国能源基金会资助提供项目前期研究资金，并由国际专家 提供国际先进政策、技术方面的咨询支持，以保证本项目的顺利实施。中国科学院电工研 究所、呼和浩特市经济社会发展研究中心、内蒙古电力科学院以及当地有关专家组成课题 组共同完成该项目的规划研究。 1.3 项目提出的理由和过程 1.3.1 中国能源、电力、环境状况 1.3.1.1 中国能源状况 我国人均化石能源拥有量很低，煤炭人均拥有量为世界平均水平的1/2，石油、天然 气人均拥有量仅为世界平均水平的1/15。2008年我国一次能源消费总量从1990年的10.4 亿吨标准煤增长到28.5亿吨标准煤，跃居世界第二大能源消费国；能源净进口量达到2.5 亿吨标准煤，约占当年一次能源消费总量10，如图1-1所示。 随着我国全面建设小康社会的推进，工业化程度提高，人民生活不断改善，未来能源 需求将持续快速增长。按照现有化石能源资源探明储量和社会发展速度，能源供应的可持 续发展已经提到了议事日程，我国的能源形势严峻。 呼和浩特城市规模化应用光伏发电发展规划项目背景和目标 2 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 亿吨标准煤 一次能源生产量 一次能源进口量图1-1 中国能源生产量与进口量对比 1.3.1.2 中国电力状况 中国的电力结构不合理，严重依赖火电的局面亟待改变。 2008年全国全口径发电量达 到34,334亿千瓦时，其中火电发电量为27,793亿千瓦时，占全部发电量的80.95，如图 1-2。 火电, 80.95 风电, 0.37 核电, 1.99 水电, 16.41图1-2 2008年我国发电量构成 长期以来我国以煤炭为主的能源结构，导致了生态环境日益恶化，发展可再生能源已 迫在眉睫。 我国十分重视可再生能源的利用和发展。2009年9月22日，国家主席胡锦涛在联合国 气候变化峰会开幕式上发表题为携手应对气候变化挑战的重要讲话，提出“大力发展 可再生能源和核能， 争取到2020年非化石能源占一次能源消费比重达到15左右” 的目标。 随着国民经济的高速发展，中国电力消费量也保持了较高的增长速度，加快可再生能 源建设势在必行，图1-3为2002-2009年中国电力消费量增长趋势图。受金融危机影响， 从2008年9、10月份开始，我国电力形势从连续6年的高速增长转变为用电量大幅下降， 电力消费量年增速仅为5.6。进入2009年，用电量逐步回升，下半年增长呈现提速趋势，呼和浩特城市规模化应用光伏发电发展规划项目背景和目标 3 年电力消费量为3.64万亿千瓦时。 全国电力供需与经济运行形势分析预测报告 （2009-2010） 分析，受各种促进经济增长的积极因素影响，预计2010年全国全年电力 消费量将达到3.97万亿千瓦时左右，全年电力消费量同比增长9。 1.63 1.9 2.2 2.49 2.86 3.2 3.45 3.64 11.60 16.53 5.60 5.96 14.15 14.63 13.51 15.45 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 消费量（万亿千瓦时） 消费量增速（）图1-3 中国电力消费量增长趋势图 1、 国家电网公司专家预测 综合分析和比较产值单耗法、人均用电量法、增长率法、数学模型法等各种方法的预 测结果，结合现有经济形势并展望至2030年，得到2010-2030年全社会用电量基准方案 2010年全国全社会用电量将达到3.97万亿千瓦时， “十一五” 期间年均增长9.9； 2012 年全社会用电量4.81万亿千瓦时，年均增长10.1；2015年全社会用电量将达到5.97万亿 千瓦时， “十二五”期间年均增长8.5；2020年全社会用电量达到7.67万亿千瓦时， “十 三五”期间年均增长5.1；2030年全社会用电量达到10.37万亿千瓦时，2021-2030年期 间年均增长3.1。 参照我国历年最大负荷利用小时数，考虑各地区的经济增长、用电结构变化、地理位 置及气候特点、需求侧管理措施的实施情况、电价水平、产业结构等因素，最大负荷利用 小时数将呈逐年降低趋势。预计2010年最大负荷利用小时数为6,200小时左右，2020年约 为6,100小时左右，2030年约为6,000小时左右。 根据预测的全社会用电量，最大负荷预测到2010年将达到6.34亿千瓦， “十一五”期 间年均增长10.4；2012年将达到7.8亿千瓦，年均增长10.9；2015年将达到9.89亿千 瓦， “十二五”期间年均增长9.3；2020年将达到12.7亿千瓦， “十三五”期间年均增长 5.2；2030年将达到17.2亿千瓦，2020-2030期间年均增长3.1。 2、 电力企业联合会专家预测 呼和浩特城市规模化应用光伏发电发展规划项目背景和目标 4 2007年电力企业联合会理事长赵希正指出，到2020年我国全社会电力消费量将超过6 万亿千瓦时。 按照我国现有经济发展和资源状况，在充分考虑煤电、水电和核电发展的情况下，未 来我国仅靠这些能源仍然不能满足全部电力供应需求，因此加快可再生能源电力建设不仅 是优化能源结构、满足电力需求、改善生态环境、实现可持续发展的必由之路，也是国家 能源战略安全的保障。 1.3.1.3 中国环境状况 中国现有以煤电为主的的电力能源结构不仅加速化石能源资源的枯竭，而且造成日益 严重的环境、经济问题及社会负面影响。燃煤产生的二氧化硫导致了严重的酸雨发生，全 国发生酸雨的面积占到了国土面积的三分之一，2008年监测的477个城市（县）中，出现 酸雨的有252个，占52.8；燃煤排放大量二氧化碳带来全球变暖的温室效应。 据有关部门统计，全国烟尘排放量的70、二氧化硫排放量的85、氮氧化物排放量 的67和二氧化碳排放量的80都来自于燃煤，表1-1是中国燃煤发电排放的SO 2 数量。 2008年，中国二氧化硫排放为2,321.2万吨，烟尘排放为901.6万吨，工业粉尘排放为584.9 万吨。 表1-1 中国燃煤火电排放SO 2 统计 年份 2004 2005 2006 2007 2008 燃煤火电年排放SO 2（万吨） 1,200 1,300 1,350 1,259 1,150 全国SO 2 年排放 （万吨） 2,255 2,549 2,589 2,467 2,321 百分率 53.2 51.0 52.1 51.0 49.6 图1-4所示是中国不同部门二氧化碳排放量统计图，2007年，电力和供热部门的二氧 化碳排放量占全国排放量的50。根据国际能源署燃料燃烧二氧化碳排放2009报告， 2007年中国二氧化碳排放量为60亿吨，占全球排放的21，居世界第一，即使中国温室气 体排放以年2.9的速度缓慢增长，到2030年，温室气体排放量仍将会是2007年的两倍。 呼和浩特城市规模化应用光伏发电发展规划项目背景和目标 5 图1-4 中国不同部门二氧化碳排放量 作为负责任大国，中国必须采取有效措施解决环境问题。 2009年11月25日，国务院总 理温家宝在国务院常务会议正式对外宣布控制温室气体排放的行动目标 到2020年单位国 内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40-45。 1.3.2 太阳能发电的发展预测 2007年，国家发展和改革委员会在可再生能源中长期发展规划中明确提出加快发 展包括太阳能在内的可再生能源，降低煤炭在整个能源消费中的比重，力争到2010年使可 再生能源消费量达到能源消费总量的10，到 2020年达到15。太阳能是可再生能源中的 重要组成部分，具体目标是2010年太阳能发电装机容量达到30万千瓦，2020年达到180 万千瓦。 根据IEA对太阳能发电平均水平的预测，到2050年全球电力需求的12由太阳能发电 供给。以此推算，到2050年我国太阳能发电量需达到约1.1万亿千瓦时。太阳能发电按照 年满发小时数1,500小时计算，则太阳能发电装机容量应达到约7.3亿千瓦。随着安装容量 的不断增加，太阳能发电在电力结构中的作用越来越明显，图1-5为太阳能年发电量发展 趋势预测。 呼和浩特城市规模化应用光伏发电发展规划项目背景和目标 6 0 2,000 4,000 6,000 8,000 10,000 12,000 2008 2015 2020 2030 2050 亿千瓦时图1-5 中国太阳能年发电量发展趋势预测 1.3.3 城市规模化光伏发电应用的重要意义 1. 开展城市规模化光伏发电应用的必要性 1 优化电力结构 要实现到2020年我国非化石能源占一次能源消费的比重达15％和满足未来用电需求 和电力系统可持续发展的战略要求，优化电力结构刻不容缓。 2 保持光伏产业可持续发展 截至2008年底，中国光伏系统的累计装机容量达到140兆瓦（不足世界累计安装量的 1） 。2008年中国光伏系统的安装量总计约40兆瓦，仅为当年太阳电池生产量2,000兆瓦 的2，意味着太阳电池产量的98需要出口。国内光伏企业面临着市场完全依赖国外市 场的困境，要保持国内光伏企业长期健康可持续发展，必须尽快扩大国内光伏应用市场。 3 提高城市电力供应的安全性 城市规模化光伏发电应用，可以直接接入城乡配电网，避免了长距离输电，是城市电 力系统的有益补充；同时，这种应用方式启停方便，负荷调节灵活，各系统相互独立，可 弥补集中供电系统在安全稳定性方面的不足，保障电力供应。 4 促进建设资源节约型、环境友好型城市 城市是电力消费的主要场所，城市利用电力的方式和效率对城市的生态环境和社会经 济发展具有影响作用。随着我国工业化、城镇化进程的加快，将会出现更多的新兴城市。 因此必须全面贯彻落实科学发展，推进生态文明建设，努力形成节约资源能源和保护生态 环境的产业结构、增长方式和消费模式，推进以能源节约、新型能源推广应用和二氧化碳 排放强度降低为主要标志的低碳发展模式，带动和促进经济可持续发展，缓解生态压力，呼和浩特城市规模化应用光伏发电发展规划项目背景和目标 7 建设资源节约型、环境友好型社会，促进人与自然的和谐发展。 5 保护环境和节能减排 我国二氧化碳排放量居世界第一， 甲烷、 氧化亚氮等温室气体的排放量也居世界前列。 为保护、提高我国的环境质量，积极开发利用太阳能等清洁可再生能源是必不可少的。 6 启动建设应急光伏电源项目，完善应急机制 在人口集中的城市开辟应急避难场所，给灾难中的民众以临时安身之地，便于救助与 安置。应急电源可以在常规电源失效时发挥关键作用，保证通讯、急救、避难所等设施的 电力供应。安装太阳光伏发电电源，不依赖常规能源，无消耗，无污染，安全可靠、免维 护，电网断电时可提供基本需求的应急电力，保障电力供应。 2. 城市规模化应用光伏发电示范项目的必要性 1 促进光伏发电在城市规模化应用 建筑光伏发电系统是在建筑上，主要是屋顶上安装太阳光伏发电系统，通过公共电网 末端并入的光伏分布式电源，是太阳光伏发电在城市推广利用的最佳形式，欧、美、日光 伏发电应用在城市的推广利用主要是从建筑光伏系统起步的，目前技术已成熟，管理也步 入制度化。 屋顶光伏发电系统是太阳能发电系统与建筑结合的早期形式，由德国率先提出，先是 示范应用进而逐步推广1991-1995年，实施1,000光伏屋顶计划；1995-1998年经过技 术和经验积累提出10万屋顶计划； 2000年德国政府制定“可再生能源法” ；到 2003年秋天， 完成10万屋顶计划总装机容量300兆瓦；为了进一步加快发展光伏发电系统的推广，2004 修正可再生能源法，制定更加吸引私人投资光伏发电系统的上网电价补贴计划； 2008年德 国修改上网电价方案，加快了固定电价逐年下降的速度；截至2008年底，德国光伏发电系 统累计装机容量5.3GWp。在德国的带动下，世界各国纷纷效仿德国政策制定本国建筑光 伏发展计划。 德国的发展经验证明，在城市发展太阳光伏综合示范应用工程的效果是很好的，特别 是将光伏发电系统与建筑结合，可降低系统成本，不占用土地，非常益于建设低碳城市。 同时，通过示范应用项目，既可充分展示我国太阳能光伏发电技术的水平，为大规模利用 太阳能积累实际经验和技术数据，对我国太阳能光伏发电市场的发展是非常重要的。 2 制定符合国情的城市光伏应用项目的机制、规范、标准和投融资激励政策 国外的光伏激励政策 建筑光伏发电系统在城市光伏技术应用中具有巨大前景，在欧、美、日本等国家已经呼和浩特城市规模化应用光伏发电发展规划项目背景和目标 8 得到了广泛应用。各国光伏应用市场的激励政策可分为第一种是给予固定的有投资效益 的上网电价，代表国家是德国；第二种是给予占初始投资成本一定比例的财政补贴，代表 国家是日本；第三种就是如美国加利福尼亚州将两种激励政策混合执行，如表1-2所示。 其他的激励政策还包括低贷款利率和减税等。 表1-2 国外部分国家的激励政策 类型 国家 激励政策 德国 2004年上网电价法，电价0.45-0.62欧元/千瓦时，有效期20年，每 年递减5-6.5；