在农村屋顶安装光伏20亿千瓦——江亿院士的思路可行吗?

能源双碳场 2024-04-07 05:10:55

“双碳”目标之下,新能源装机呈倍速增长。其中,以沙漠、戈壁、荒漠地区为重点的大型风电光伏基地,发展得如火如荼,预计到2030年总装机将达4.55亿千瓦。但在中国工程院院士江亿看来,这些远远不够。

“所有人都说赶紧去沙漠戈壁,那是风光电的主要开发地。不是!我国西北地区的沙漠戈壁,并不能成为风光电的主要基地。”江亿在近日举行的第二十届清华大学建筑节能学术周论坛上表示,出于长途输送、能源安全、河西走廊空间不足,以及风光电变化调节等问题,沙戈荒只能解决大约1/3的风光装机。“未来2/3的风光电,应为中东部负荷密集区的分布式。”

相比火电,风光属于低密度电源,单位装机容量占地面积较大。本就寸土寸金的中东部地区,安装空间何在?

“农村建筑屋顶是发展光伏最好的空间。”江亿表示,广大农村有着海量空间资源,其所在团队大量实地调研,综合不同机构、不同渠道的调查结果得出结论——“我国农村屋顶可安装光伏的有效面积约有273亿平方米,可安装光伏约20亿千瓦,对应年发电量接近3万亿千瓦时。3万亿度电,相当于我国去年总发电量的1/3,能占到未来我国规划光伏总量的一半左右。”

现实如此乐观吗?

早前在采访中国工程院院士杜祥琬时,能联社听到过类似观点:“西电东送不宜作为主流,中东部有丰富的可再生能源,首先要从身边取,不够再去远方要。”杜院士特别指出,农村土地和建筑屋顶资源丰富,因地制宜地开发分布式能源,在农村非常适合。

国家发改委统计数据显示,截至去年底,户用分布式光伏覆盖农户累计超过500万户。正泰、天合、隆基等企业都有自己的户用光伏品牌,并看好农村地区的发展前景。例如今年两会期间,全国人大代表、隆基绿能董事长钟宝申就提出,我国农村地区占国土总面积达90%以上,发展农村光伏潜力巨大。近日一场公开论坛上,天合富家董事长高海纯表示,天合光能刚刚为100万户老百姓提供整体解决方案,在他们的屋顶上安装光伏,老百姓在不用掏一分钱情况下,每年可获取光伏发电带来的约3000元稳定收入。

但听取江院士的观点后,能联社还是有三个担忧和疑问:

一是分布式光伏大规模集中开发的农村地区,电网承载能力往往偏弱,配电变压器及路线易出现反向重过载、电压越限等问题,部分地区现已划定“红区”、禁止发展农村分布式光伏。即便有空间,20亿千瓦这么大量装得上吗?

二是新能源出力随机波动,导致源荷时空不匹配,有地区甚至出现光伏大发时段,火电机组出力压至最低、集中式新能源全停为分布式让路的情况,到了用电高峰时刻则呈“大装机小出力”。即便装上了,消纳问题怎么解决?

三是对于农户自身来说,安装屋顶光伏的钱由谁出、要出多少、多久回本。此前不止一次出现屋顶光伏呈新型骗局的案例,经济账通常最受老百姓关注也是最难解决,如何理顺成本与回报?

“在适合安装光伏的中东部,多地已经禁止农村分布式光伏了。有些村,原来说一家一户推广,结果才装完四分之一农户就转为红区,其他户不能再装,因为配电系统超载了。”江亿也坦言,按照目前6千瓦/户的配网标准,当户均安装光伏20千瓦,同时上网必然过载。“太阳辐射高峰期,光伏集中上网,农网容量不足,负载本身就没多少,可不得崩了。到晚间用电高峰,又成了电网电力最缺乏的时段。”

对此,江亿提出农村“光储直柔”系统的思路。概括来说,就是先满足自用,再接收各户富裕电量,满足村里公共用电、大型农机充电、农业和农副生产用电等,多余电量经储存调节后,在与电网约定好的时段上网,或者根据电网调度要求上网。通过村级网调蓄,在目前农网变压器容量下,充分利用配电容量送电上网、不超载。

在江亿看来,广大农村地区不仅有空间资源,还有大量的储能资源。这是因为,农村生活、农业生产必然朝着电气化方向发展,生产用能未来变成以电为主,其中70%的农业机械都是带有蓄电池的可移动负载电源。农户拥有足够的储电资源,正是实现全面电气化的关键。

“蓄电池是最好的负载,自身既要用电也能作为储能装置,有电时候就给装置充电,多余的电存着留到没电时候用,而且充电时间无需固定,恰好匹配新能源的随机波动性。比如到了晚高峰,蓄电池就能发挥作用,在合适的时间送出合适的电力。不要去限制安装多少光伏,而是限制在任何时候,变压器上行功率不许超载即可。”江亿称。

这样的方式被江亿称为“移峰上网”。相比整县光伏模式,最大区别在于“优先自消纳”,再利用各种分布式储能资源储存辐射高峰期电量,移到晚高峰送电,或者说通过蓄能和需求响应模式进行调蓄,在指定时间段上网,农网成为单向上送电系统。由此,既能缓解电网缺口问题,又可解决容量不足问题。

围绕一系列构想,钱从哪里来?江亿算了一笔账:户内直流微网的投资在8-10万元/户,发电量除满足户内自用外,按照年输出电力15兆瓦时/户来算,年收入在3000-8000元/户(取决于上网电价)。村级公共部分投资约在200-400万元/百户,部分可从农网增容改造费用中支出,通过公用部分售电收入、上网发电收入,可维持运行管理。“针对农村屋顶光伏,现在确实还没有一个特别合适的金融工具,像当年发展房贷一样,具体模式有待创新解决。”

他还强调,绝不能把农村屋顶单纯作为资源来开发,租用农民屋顶、全部发电上网,对改变农村能源系统无任何作用。“农户应该称为屋顶光伏的所有者,而不是简单租出去。当光伏产权与房屋所有者一致时,才有可能实现阳光强时多用电、尽可能储电,晚高峰少用电、储能设施放电以增加收入。例如,每户入网功率限制上限为6kw,再实行三个时段的不同电价,阳光强时段、晚高峰时段和夜间时段,像火电分时电价一样通过大电价差,引导大家晚高峰上网。对此,目前的信息技术和调控技术可以很容易低成本实现。”

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