水电与太阳能发电应用前景比较分析

杨军锋,陈建明

(河海大学商学院,江苏 南京 211100)

能源安全对一个国家的持续发展至关重要。能源供不应求在宏观上制约一国经济发展,在微观上对低收入家庭消费产生显著冲击[1]。我国能源消费结构中煤的比重过大,历年煤炭消费量一直占一次能源的70%左右。石油、天然气、煤等化石燃料释放更多的CO2及其他有害物质,加剧了我国空气污染,成为近来肆虐沿海地区的雾霾的罪魁祸首之一。

我国正处于经济发展转型、全面推进城镇化建设的关键时期,清洁能源的开发与应用已迫在眉睫。水电作为我国化石能源之外第二大能源,一直在能源结构中占据举足轻重的地位[2-3]。然而新兴清洁能源的发展再加上水电自身所存在的问题,如对生态环境的影响,使得其发展前景难以预测[4]。新兴能源中太阳能开发与利用具有很大潜力,比较水电与之在城镇化趋势下的发展前景及发展思路将具有重要意义。

1 我国清洁能源应用现状

我国清洁能源消费比例总体呈上升趋势,所有非化石能源的消费占比从2012年的9.1%上升到2013年的9.8%。但煤炭作为我国最主要的能源,消费比重居高不下,造成我国能源消费结构不合理。2012年,中国煤炭消费占一次能源消费总量的68.5%(见表1),而世界范围内该比值不到30%。原油消费比重明显下降,这是从长远角度应对石油枯竭的宏观战略。

表1 我国历年一次能源消费结构百分比和能源消费总量

注:数据来自BP公司历年报告《Statistical Review of World Energy》

核能的利用较少,比重一直保持为0.7%～0.8%,核电消费增长率只与能源消费总量的增长持平。水电的发展基本保持较强劲的势头。风能、太阳能、生物质能等新兴清洁能源消费比重较低,但是发展速度较为可观。2012年的消费占比相比2009年增长了300%。太阳能在我国最成功的应用是太阳能热水器的推广。从2001年到2010年,我国因使用太阳能热水器累计节约标准煤逾11 000万t,分别累计实现CO2，SO2，NO2减排24 246.6，365.19，164.16万t,且总集热面积达到世界第一。光伏发电产业近十年来得到快速发展,但基本处于原材料、消费市场“两头在外”的模式,国内对光伏发电的利用相比欧盟、美国等地区较少。

2 城镇化趋势下水电和太阳能发电SWOT分析

SWOT分析法是系统分析法的一种,它最主要的特色就是将企业与其生存环境联合考虑,将企业的发展前景用四个指标来衡量,它们分别是优势(Strengths)、劣势(Weaknesses)、机会(Opportunities)、威胁(Threats),其中优、劣势主要考虑内部因素,机会和威胁则主要从外部环境来考察。通过对水电企业和太阳能发电企业(兼顾热发电与光伏发电)建立SWOT模型,可将复杂、粗略的能源发展前景考察问题变成简单、精确的因素分析问题。

考虑到我国城镇化进程给能源发展形势带来的巨大影响,在考察4个因素时将围绕城镇化这一宏观背景,分别对水电、太阳能发电企业进行SWOT分析,介绍两种能源的优点、缺点、发展机遇、挑战,为分析其发展前景奠定基础。

2.1 水电企业SWOT分析

对水电企业建立SWOT模型,列出各因素得到表2。

表2 水电企业SWOT分析

S-O分析。大型水电站发电是我国的传统能源,技术相对成熟,发电运行成本很低且收益较为稳定。能源安全和环境保护两大课题增加了对清洁能源的需求,加上我国城镇化进程中需要强有力的电力保障,中西部小型水电站发电项目将大有作为。

W-O分析。水电站初始投资成本巨大,大型电站投资主要依靠国家开发银行提供政策性银行贷款。小型水电站的建设需要地方政府的支持。部分中小水电站建设过程中存在无序开发、管理混乱、盲目投资等情况,大大降低了水电站防洪、提供灌溉、保障人畜饮水等作用。水电站建设长期涉及的移民安置问题应该与城镇化建设统筹考虑。

S-T分析。我国水资源总量充足,但人均水平很低,且电力需求量大的地区水电资源相对不足。水资源分布结构的不平衡一定程度上制约了东部发达地区的进一步发展。同时未有完全市场化的水电定价机制减少了西部水电资源丰富地区的收益。

W-T分析。水电发展一定程度上受到新兴能源发展的挑战,水电企业应增强紧迫感,积极探索绿色、和谐的发展模式,并与相关政府部门妥善解决好移民安置问题。

2.2 太阳能发电企业SWOT分析

分析太阳能发电企业的优势、劣势、机会、威胁,得到表3。

表3 太阳能发电企业SWOT分析

S-O分析。太阳能的开发利用应充分利用政策优惠,结合城镇化机遇推进行业的进一步发展。光伏产业应抓住产业调整机会进行优化整合,增强核心竞争力。

W-O分析。太阳能发电行业主要以中小企业为主,集中度低,不利于关键技术的创新。

S-T分析。太阳能发电应利用其清洁无污染的优势以及迅速的技术发展趋势尽快降低对优惠政策的依赖度。

W-T分析。光伏产业核心技术薄弱导致产品成本过高;产业链发展不平衡导致企业集中于低附加值产业,如光伏电池的生产、组件的封装;同质化生产导致产能过剩,继而造成恶性竞争。

2.3 水电与太阳能发电多角度比较

从历史与现状视角对两者做一个简单的比较,得到表4。

表4 水电与太阳能发电多角度比较

3 城镇化进程中水电和太阳能发电应用前景分析

3.1 开发利用潜力比较分析

a. 水电开发潜力。将我国水资源按流域进行划分,统计水电能理论蕴藏量1万kW及以上河流和这些河流上单站装机容量500 kW及以上的水电站,分别列出这些水电站的理论发电量(技术可开发量)和实际发电量(包括在建)得到表5。分流域得到实际值与理论值的比值即为流域水资源开发程度,以理论年发电量占比为权重取均值即得到我国水电资源总利用率[5]。

表5 我国水电开发现状

注:数据来自中国第三次水资源复查成果。其中，开发程度的合计值即为我国水电资源总利用率，该值也可由已/正开发年发电量的合计值除以技术可开发年发电量的合计值得出。

截至2005年的数据显示，我国水电资源技术可开发利用率仅略高于20%,目前该数值在35%左右。从国际视野来看,其他清洁能源发电消费比重还很小,当前全世界约20%的电力需求由水电满足。水电利用相关技术较为完善,发达国家对水电的开发已经较为充分,有50多个国家的水电技术可开发利用率在50%以上,基本达到经济可开发利用率的最高值。我国水电资源还有很大的开发空间,据国内机构估计我国水电的快速发展可持续到2025年,之后才会放缓增速。

从表5可以看出,我国未来几年水电开发的重点地区将是中西部等内陆地区,这些地区恰恰又是城镇化进程中的关键地带。充分发挥水电站防洪、灌溉功能,使之服务于土地制度改革,充分利用水电开发带来的发展机遇,可促进当地城镇化发展。

b. 太阳能资源开发潜力。太阳能几乎是“万源之源”,按照通常的说法,只要能够利用到达地球表面的辐射能的1‰,利用率为5%即可满足全球每年能源需求。我国的太阳能资源十分充裕,全国平均总辐射年总量约为1 500 kW·h/m2,98%以上地区的总辐射年总量在1 000 kW·h/m2以上,另有约3%的地区达到2 000 kW·h/m2以上。由于海拔和空气湿度等因素,西藏南部和重庆成为我国年总辐射量的极大、极小值地区,分别为2 140 kW·h/m2、905 kW·h/m2。也正是基于以上两个因素,中国太阳能年总辐射量自西北到东南呈先增加再减少然后又增加的趋势,内陆大于沿海、干燥区大于湿润区、高原大于平原。技术层面上中国绝大部分地区都适合太阳能开发利用。

城镇化的推进需要强力的电力保障,给电力市场带来大量需求。若太阳能的开发能尽快突破光伏建筑一体化技术瓶颈,迎合市场需求,太阳能发电的前景将更加宽阔。

3.2 成本与收益比较分析

3.2.1 基于投资者视角的分析

水电投资成本优势明显。水电的装机成本在7 000～10 000元/kW左右,而太阳能发电站装机成本普遍在11 000元/kW以上。从平均成本来看,水电的发电成本在0.4元/(kW·h)左右,光伏发电成本基本都在0.8元/(kW·h)以上。假设一家光伏发电企业单位装机成本为12 000元/kW,运营费用按照2%计算。按照年等效全负荷发电时间1 500 h计算,可得到在不贷款和贷款70%、利息7%两种情况下,不同单位电价对应的投资回收期(表6)[6]。

表6 光伏企业不同投资回收期所需电价

投资回收年限变化对光伏企业收回投资成本所需的单位电价影响很大。投资回收期越长投资风险越高,光伏发电企业若要实现与水电企业相同的回收期,则需要政府提供电价补贴等政策扶持,扶持的年限和力度成为关键因素,一定程度上造成光伏企业过度依赖政府支持从而增加了行业风险。

考虑投资主体,光伏组件生产等企业的发展主要依靠商业银行,大型水电站的投资建设资金主要来自国家开发银行,水电企业有一定优势。

环境成本目前虽是发电企业的外部成本,但不能排除将来“环境税”等类似税收出台的可能。水电与太阳能发电会产生一定程度的污染排放。可以根据横向比较法估计两者的环境成本[7],具体方法如式(1)。

Xc=WcXu/Wu

(1)

式中：Xc，Xu分别表示中、欧两种能源的环境成本,Wc,Wu分别表示中、欧燃油发电的环境成本。欧洲国家燃油发电环境成本取欧盟各国中间值的加权平均值,计算得到我国各地区水电、太阳能发电单位发电量环境成本如表7所示[8]。

表7 我国各地区单位发电量环境成本 元/(kW·h)

注:原始数据来自丁淑英《电力生产成本计算研究》。

水电环境成本显著高于太阳能发电,但两者在绝对值上都很小。水电在潜在成本上的劣势多由水电站移民安置问题引起。随着近来社会对移民补偿问题的日益关注[9],水电在建设成本上可能会有一定程度增加。而城镇化进程给移民安置、致富问题增加挑战的同时也带来新的机遇。

3.2.2 基于消费者视角的分析

消费者从价格、稳定性角度考虑选择取电方式。目前甚至未来10年内,水电的价格优势明显。但水电主要靠电网提供,消费者往往体会不到水电的低廉价格,在夏季等用电高峰期常常受拉闸限电所困扰。太阳能发电可以有效降低对电网供电的依赖。一些空旷的荒漠地区可以建设小型聚光光伏电站或是光热发电电站,补充电网对周边居民的供电。拥有大屋顶的用电大户若能有效利用太阳能发电,他们将能在用电高峰期更加应对自如。但前提是太阳能发电技术的创新、成本的下降,短期内实现可能性不大，只能由政府提供一部分补助或是进行相关引导,如有学者建议为鼓励太阳能发电的应用,光伏利用率较高的大屋顶用电大户可在用电高峰期享受优先供电权,可见政策可对水电与太阳能发电的消费产生显著影响。

3.3 综合利用前景分析

水电特别是以分布式电站为主的小水电与目前没有大型并网电站的光伏、光热发电将会在局部地区产生需求挤压。无论是小水电的开发还是光伏、光热发电的利用都离不开政府支持、引导。新城镇建设中,地方政府若集中精力于小水电建设,其或将没有余力支持太阳能发电。小水电成本低于光伏发电,但考虑到水电站牵扯到的移民安置工作以及对生态环境的复杂影响,支持太阳能发电似乎更为简洁。太阳能发电目前的主流是聚光光伏和光热发电,快速的更新换代过程使得发电成本不断下降的同时也将增加固定资产折旧速度,增加当前投资风险。因此，地方政府在开发建设新城镇时将可能面临小水电或太阳能发电的两难选择。

并不是没有解决办法。小水电的开发可以沿用大水电的模式更多地争取开发银行的支持,太阳能发电的发展可以以商业银行贷款为主。水电开发完成后总体收益稳定,不会给开发银行带来过多风险。政府若能明确对太阳能发电补助的年限和额度,投资光伏发电或者光热发电将更具确定性。

开发太阳能资源另一大主流是太阳能建筑一体化,不管是光伏发电还是太阳能热水器,若能和建筑实现从设计、施工到使用、维护的全方位融合,其将大大缓解城镇建设对电力的需求,并能完成大幅度节能减排。

水电的开发可以通过其防洪、灌溉、保障农业、城市用水功能的发挥,在城镇化进程中成为新型土地信托项目实施的助推器,以加速农村土地流转,既可给农民带来一部分土地财产收入,又能通过土地集中开发解决一部分移民就业问题。

4 结论与建议

通过水电和太阳能发电在城镇化趋势下的比较分析,可以发现水电在我国供电结构中的重要地位,现阶段其发电成本较太阳能发电优势较大,水电开发是未来10年内清洁能源开发重点,但是随着水资源经济可开发量的逐渐减少,太阳能发电的巨大发展潜力将得以体现。为了使两者协调发展,更好地服务于经济社会发展,可采取以下措施:

a. 加强技术与管理创新。支持水电特别是小水电的技术创新,降低小水电生产成本。寻求水电开发移民安置方法的突破,发挥水电建设外部经济。加快研究农村土地流转创新模式,如四川凉山州冕宁县建设村“农户+合作社+农户”模式,融合水电工业对农业的重要作用。有机结合积极创新与引进吸收,加快太阳能建筑一体化研究,尽快攻克光伏发电核心技术,降低太阳能发电成本。两者效益上的提升都将对社会产生正的收益。

b. 充分、合理发挥政府作用,推动融合创新。对水电和太阳能发电的投资需要政府直接支持或是提供信用担保。政府更主要的工作是引导和监管。引导关键领域如光伏产业核心技术的研发,鼓励城镇化建设与水电项目的融合创新;严格把关水电站建设,监管投资项目质量,控制其信用风险;合理放宽水电价格,尽快改变目前水电价格每千瓦时普遍比火电低0.1～0.2元的现状,推进电价市场化。

c. 实行差别化发展战略,积极服务于城镇化建设。利用太阳能资源湿润地区少于干燥地区的特点,有差别地发展水电和太阳能发电。利用两者投资主体的差异,实现两者的共同发展。充分利用两者在城镇化进程中的不同着力点,发挥水电建设外部经济,融合水电移民和新城镇建设,突破太阳能建筑一体化技术难题,使水电和太阳能发电的发展服务于城镇化建设。

参考文献：

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[3] Hino T. Hydropower development in Japan[J].Comprehensive Renewable Energy,2012(6):265-307.

[4] 吴蕴臻, 张秋野, 郭海庆.优先发展我国水电能源的思考[J].水利经济,2011,29(3):28-33.

[5] 严秉忠.我国水力资源开发程度的合理表述[J].东北水利水电,2010(10):68-71.

[6] 范相林.光伏发电成本及其影响因素分析[J].中国科技投资,2012(21):299.

[7] LECHON Y, CABAL H, SAEZ R M, et al. External costs of silicon carbide fusion power plants compared to other advanced generation technologies[J]. Fusion Engineering and Design, 2003, 69(1): 683-688.

[8] 丁淑英.电力生产成本计算研究[D].杭州:浙江大学,2006.

[9] 陈绍军,顾梦莎.水库移民长期补偿安置方式解读[J].水利经济,2013,31(4):65-69.