“三小電” 在新農村建設中的地位和作用
許洪華 李安定
小型風力發電、風光互補發電技術成熟, 成本低廉,適宜于內蒙古、甘肅、青海、新疆、西藏等省區及沿海島嶼的推廣應用;微小水電具有良好的經濟性,對解決中國南方無電山區供電問題可說是最佳手段;光伏發電系統沒有機械運動部件,無需燃料、無污染、無噪音,具有很長的工作壽命,中國2/3以上的地區屬太陽能資源豐富和較豐富地區,具有廣闊的發展前景。 1 “三小電”的發展現狀
1.1發展現狀
1.1.1小型光伏發電
(1)世界光伏產業發展概況
世界太陽能光伏發電產業快速發展,2004和2005年甚至出現了光伏產業不能滿足市場需求的局面,供不應求還將因此而持續幾年。以太陽電池的年生產量(MWp)為例,最近10年的平均年增長率為33%(由1994年的69.44MWp增加到2004年的1200MWp),最近5年的年平均增長率為43%(由1999年的201.3MWp增加到2004年的1200MWp)。盡管因高純硅材料短缺影響了太陽電池/組件的產量,但2004仍比2003年增長了61.2%(2003年為744.3 MWp),2005年太陽電池/組件產量達到1817.7MWp,比2003年增長了51.5%。
生產規模不斷擴大和自動化程度持續提高是太陽電池生產成本降低的重要方面,太陽電池單廠生產規模已經從20世紀80年代的1~5MW/年發展到90年代的5~30MW/年和本世紀的50~500MW/年。2003年世界重要廠商的成本為2~2.3美元/Wp,售價2.5~3.0美元/Wp,最近因材料緊缺有所回升。當供求關系越過平衡點后,成本會比前一個供求關系對應點更低,這也是30年來經驗曲線中曾經出現過的現象。預計2030年度成本將與煤電相當。
(2)中國光伏產業發展概況
中國于1958年開始研究太陽電池,于1971年成功地首次應用于中國發射的東方紅二號衛星上。于1973年開始將太陽電池用于地面。中國光伏工業在20世紀80年代前期尚處于雛形,一些半導體器件廠利用殘次半導體硅片和p-n結二極管工藝制作太陽電池,年產量一直徘徊在10kW以下,價格昂貴。市場的發展很緩慢。地面太陽電池應用限于小功率電源,如航標燈、鐵路信號系統、高山氣象站的儀器用電、電圍欄、黑光燈、直流日光燈等,功率一般在幾瓦到幾十瓦之間。
1981~1990 (“六五”“七五”) 期間,國家開始對光伏應用給以支持,在許多領域開展了示范應用,如微波中繼站、部隊通信系統、 水閘和石油管道陰極保護系統、農村載波電話系統、小型戶用系統和村莊供電系統等。
進入21世紀后,光伏市場發展較快。2002年國家啟動了“西部省區無電鄉通電計劃”,通過光伏和小型風力發電解決西部七省區(西藏、新疆、青海、甘肅、內蒙、陜西和四川)700多個無電鄉的用電問題,光伏用量達到15.5MWp(其中小型風力發電機240kW)。截止到2005年,底中國光伏系統累計裝機已經達到70MWp。進入本世紀以后,中國太陽電池的生產進入快速發展期。保定英力率先突破原有的單晶硅和非晶硅電池生產,籌建3MWp多晶硅電池生產線; 2001年無錫尚德建立10MWp太陽電池生產線獲得成功,2003~2005年,在德國和歐洲市場拉動下,無錫尚德和保定英力德持續擴產,其他多家企業紛紛建立太陽電池生產線,中國太陽電池生產迅速增長。截止到2005年底,太陽電池生產能力已經達到400MW,產量達到150MW。絕大部分太陽電池組件出口歐洲。預計2006年底太陽電池生產能力超過1000MW。
1.1.2小型風力發電
中國從事小型風力發電開發、 研制、生產的單位不斷增加,已經達到了70家左右。中國小型風電機組目前保有量超過15萬臺,是世界上應用最多的國家。2005年小型風力發電機組產量、產值、利潤有新的增長,200W、300W、500W和1000W機組產量逐年增加,占年總產量的80%,生產機組總容量為12020kW,總產值8472萬元。小型風電主要用于解決無電農牧民、邊防哨所、通訊基站等的用電問題,近幾年在城鎮中也在推廣應用。出口外銷數量增加, 國際市場看好,共出口小型風力發電機組5884臺,創匯282.7萬美元,出口到菲律賓、波蘭、韓國、日本、加拿大、英國、美國、荷蘭、新西蘭等24個國家和地區。
相關的行業及職業標準已經制定,很好的規范了行業發展。目前已經制定國家標準35個。
1.1.3微型水力發電
中國小水電資源豐富,適于農村開發,是實現中國特色農村電氣化的重要途徑,是社會主義新農村建設的需要。據普查資料,中國小水電資源的理論蘊藏量和待開發的資源潛力很大,在全國2300多個縣中,有1104個縣的小水電資源超過1萬kW,全國將近半數的縣可以立足于開發當地小水電資源,輔以其他能源,解決本地的初級電氣化用電。
按照最新的微水電容量定義(500kW以下),微水電裝機容量已接近800萬kW,涉及到的農村用電人口達4千萬人以上。這不僅拓展了微水電的發展空間和領域,也極大地提升了微水電在農村能源中的份額和地位。全國生產微小型水輪發電設備的企業約40多家,年生產能力3萬臺以上,其中一些企業產品質量可靠、技術性能先進,產品實現出口。
隨著微水電容量的擴大以及投資目的和經營方式的改變,微水電用戶對微水電設備的性能和質量要求有了很大提高,從單純的追求低價格,轉向追求高的性價比。為克服微水電無過載能力、供電規模小、可靠性差等缺點,對微水電多機并聯、并網應用及相適應的供電模式的研究正在興起,研制出的第二代微型水力發電機組,解決了多項第一代機組的技術缺點。中國在微水電研究與生產方面處于國際領先地位。
微水電投資者的主體由集體或自發自用的農戶,變成了以鄉村的電管員和水管員為主,微水電的投資人以賣電增收為目的,普通農民成為買電使用的消費者。同時國家的微水電扶持政策也明顯加強。在與《中華人民共和國可再生能源法》有關的12個配套法規中,至少有8個法規直接關聯到微水電的內容。
1.2市場需求
1.2.1解決1300萬無電人口的生活用電
中國政府已經宣布,在未來10~15年解決所有無電居民的生活用電問題。據統計,截止到2005年底全國大約還有300萬無電戶(約1300萬無電人口),其中150萬戶(約700萬人口)將采用電網延伸、小水電和移民搬遷的辦法解決他們的用電問題,其余150萬無電戶需要采用光伏和光伏/風電互補系統在2006-2015期間解決,這是一個巨大的市場。
1.2.2產品的更新換代帶來巨大市場需求
隨著產品研發與技術的不斷改進,新的產品與設備不斷涌現,同時原先的一些設備、機組已達到或超過設計壽命,需要更新換代,這是一個穩定的市場。
1.2.3推廣應用范圍擴大帶來市場的擴大
由于油價的上漲, 使得一些原先使用柴油、 汽油發電機組的單位改用 “三小電”。邊遠地區的哨所、海島漁民、野外微波站、氣象站、公路鐵路無電小站等都根據所處地區條件改用小型光伏、 風力或者微型水利作為供電來源。還有一些生態公園、庭院別墅將這種供電方式作為一種景觀,這是一個新生的市場。
1.2.4電力供應緊張帶動“三小電”發展
農村電網改造取得了巨大成就,但用電量隨經濟發展迅猛增長,農村缺電情況依然嚴重?!叭‰姟睘榻鉀Q農村用電緊張狀況創造了條件,使農民生活水平的進一步提高成為可能。
1.2.5國家關于可再生能源的產業政策為“三小電”保駕護航
隨著政府的倡導與宣傳,清潔能源與可持續發展的理念已經深入人心,《中華人民共和國可再生能源法》的頒布實施以及國家一系列扶持可再生能源產業發展的優惠政策更是為可再生能源的發展提供了有力的保障,越來越多的企業和個人投入到這個領域中?!叭‰姟弊鳛榭稍偕茉蠢玫囊徊糠直貙⒂幸粋€新的更大發展。
1.2.6國際市場
中國太陽電池、離網型小型風力發電機組、微小型水輪發電設備都在國際市場上占有一席之地。
2.1小型光伏發電
單晶硅電池的實驗室效率已經從20世紀50年代的6% 提高目前的24.7%。多晶硅電池的實驗室效率也達到了20.3%。薄膜電池的研究工作也獲得了很大成功,非晶硅薄膜電池實驗室穩定效率達到了13%、碲化鎘(CdTe) 實驗室穩定效率達到16.4%、銅銦硒(CIS)的實驗室效率達到19.5%。目前商業化晶硅電池的效率達到14%~20%(單晶硅電池16%~20%,多晶硅14%~16%) ;與此同時,光伏產業技術和光伏系統集成技術與時俱進,共同促使光伏發電成本不斷降低和光伏市場及產業的持續擴大。
中國在電池效率、專用基礎材料和專用配套設備的性能及品種方面與世界先進水平存在相當差距。
在應用方面,光伏發電除用于獨立系統用電外,在有電網地區的并網應用越來越廣泛。在系統技術方面主要追求高可靠性和低成本。看一看全國可利用的屋頂面積:中國房屋總建筑面積400m3,其中城市房屋131億m3,81.8億m3為住宅面積,農村住宅面積大約是城鎮的2倍,160億m3;城鎮住宅按照平均10層樓計算,屋頂可利用面積8億m3,農村住宅按照平均5層樓計算,則屋頂可利用面積32億m3,合計40億m3。
如果20%安裝太陽電池就會有80GWp,約占2002年全國裝機1/4;按照全年滿功率發電1500小時計總年發電量約120TWh,約占全國7.3%(2002年全國總發電量1650TWh)。如果2020年全國30GWp太陽電池全部安裝在城鄉屋頂,則占用面積僅為城鄉屋頂總面積的7.5%。除利用小光伏系統解決無電地區的用電問題外,在中國農村地區推廣小并網光電系統有重要意義。中國在農村地區應用并網光伏系統還基本是空白,應進行研究示范。
影響小光電推廣的主要障礙是成本高,沒有國家政策強有力的支持很難推廣。隨著可再生能源法的實施,小光電在農村有廣闊的應用前景。
2.2小型風力發電
小型風力發電的主要技術發展趨勢是增加可靠性和穩定性。同時在應用上不只是用于離網發電,越來越多地用于并網發電。小風電發展的主要障礙:
●生產企業規模小,贏利困難 ●片面追求低成本,產品性能、質量阻礙更多應用 ●用戶承受能力差 ●市場缺乏政府足夠支持
2.3微小型水力發電
微水電分為三個類型:0.1~3kW為戶用型,3~30kW為村用型,30~500kW為鄉用型。從整體上看,小水電的經濟、社會、環境效益都不錯,但設備技術水平卻不高。需對舊老電站進行改造和重建,采用高質量和高自動化的設備,提高小水電的開發技術水平。小水電資源大多分布在水力資源豐富的地區,這些地區水電在電網中的比重本來就很大,造成豐水期系統電力有余,小水電只有棄水;而枯水期電網缺電,小水電也不能提供更多的電力。
總體而言,三小電的技術發展趨勢:
●發展多能互補技術,提高用電的保證率。如發展風/光、光/水、風/光/水等互補系統; ●提高系統可靠性,提高效率,降低成本; ● 從在無電網地區的離網應用到越來越多的并網應用; ●從單純解決生活用電,到擴大系統規模,用于生產用電; ●不僅解決生產用電問題,還用于解決生活用能問題,如用小水電進行做飯、取暖等。 3 發展建議
依據《可再生能源法》,盡快制定“實施細則”,統一規劃,加強管理,考慮多種形式的補貼政策,激勵“三小電”發展。健全標準化體系與質量體系,繼續制定和修訂相關行業標準。
企業要不斷加強技術改進,降低成本,重視技術升級和產品創新,提高產品性能與質量,組織規模化、專業化生產,加快產業化步伐。面向農村,進一步加強技術培訓和售后服務工作。進一步加強國際交流與合作,擴大國際市場占有率。繼續推行示范項目的開展,加大宣傳力度。具體建議如下:
●列入政府規劃,把發展“三小電”看作建設和諧社會、建設社會主義新農村的政治任務; ●制訂可操作的政策細則,以國家投入為主,用10~15年解決無電人口基本生活用電; ●加強研發支持,改進技術和產品質量; ●發展示范新技術,發展多能互補系統; ●提高用能水平,除提供生活用電外,提供生產用電和生活用能; ●根據資源情況和目前發電成本,開發順序:水電、風電、光電 ●考慮在農村建設屋頂并網光伏系統的示范推廣; ●村鎮發展光伏、風/光互補路燈; ●農村示范由三小電為主組成的微電網和分布式電源系統。