弃光现象成因及光伏产能转化路径研究

蒋莉　代翠玲　黄伟文

摘要：西北地区凭借丰富的太阳能资源大力发展光伏发电项目，政府出台相应政策鼓励其发展，光伏装机量在短时间内剧增，而西北地区消纳能力有限，弃光问题日益严重。文章从供给侧改革与需求侧引导的综合视角分析弃光现象成因，通过上述原因的分析，并结合相关案例，探寻光伏过剩产能转化路径，为提升西北地区光伏发电消纳能力提供理论基础和实证支撑。

关键词：弃光；消纳；供给侧；需求侧；转化路径

一、引言

随着传统能源的供给紧张和人们环保诉求日益增多，我国将目光转向太阳能等清洁能源，西北地区是我国能源资源聚集地，其拥有丰富太阳能资源，是发展光伏等新能源的良好地带。近年来，国家先后发布《可再生能源中长期发展规划》、《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》、《光伏发电项目价格政策的通知》等一系列促进新能源发展的政策法规，在政府政策的大力扶持下，西北地区的光伏发电产业发展迅猛。2017年，西北五省（区）新增光伏发电并网容量463.4万千瓦，累计并网容量3502.9万千瓦，占全网总装机的14.7%；全年光伏发电量407.3亿千瓦时，占全网总发电量的5.6%。然而由于西北地区用电需求增长缓慢和电网设施建设不完全等因素的影响，太阳能电力消纳困难，“弃光”问题日益突出，2017年，西北弃光总量高达66.7亿千瓦时，西北各省（区）存在不同程度的弃光现象。弃光限电问题成为制约西北地区新能源发展的瓶颈，解决弃光问题刻不容缓。本文从供给侧改革与需求侧引导的综合视角分析弃光现象成因，通过案例分析研究，探寻光伏过剩产能转化产业路径，分析在西北大规模发展光伏农业的经济技术可行性，并提出相应的建议，为提升西北光伏发电消纳能力提供理论基础和实证支撑。

二、西北地区太阳能运行消纳基本情况

（一）光伏装机情况

西北区域是我国能源资源聚集地，太阳能资源尤为丰富，很多投资商瞄准这一优势，在西北集中地大规模开发太阳能，致使西北地区光伏装机量爆发性增加，2013年至2017年，西北地区累计光伏装机量逐年递增（如图 1）。2013年至2107年，西北地区新增光伏装机量有增有减，2013年和2016年这两年，西北地区的新增光伏装机量高达900万千瓦；2014年和2017年，新增光伏装机量相对较少。

（二）光伏发电情况及弃光情况

由图2可知，2015～2017年，西北弃光总电量基本呈上升趋势，弃光率先上升后下降。在这三年中2016年弃光量最多，为70.42亿千瓦时。2015～2017年，西北地区总光伏发电量为950.95亿千瓦时，总弃光电量高达186.12亿千瓦时，平均弃光率19.57%。西北五省（区）中，新疆、甘肃和陕西平均弃光率排名前三。新疆、甘肃光伏发电运行较为困难，平均弃光率高达32.48%和32.91%，陕西、青海和宁夏这三个省平均弃光率分别为9.59%、7.38%、7.14%（见图 2）。

三、西北地区弃光原因分析

结合光伏多年实际运行数据分析可知，造成弃光现象主要有以下三个原因： 光伏发电装机增速与当地用电负荷增速不匹配、配套电网建设滞后及政策机制不健全等。

（一）光伏发电装机增速与当地用电负荷增速不匹配

出于西北地区经济发展和扶贫攻坚的需要，在经济增速逐渐放缓的大形势下，光伏装机依旧保持较快增长速度，从市场供需角度来看，西北区域新能源装机增速过快，社会用电需求增速放缓，全社会用电最大负荷为1152万千瓦，新能源装机却高达1337.5万千瓦，用电负荷增速与电源装机增速的不相匹配影响了太阳能电力消纳。

（二）配套电网建设滞后

我国光伏发电项目大部分集中在西北低负荷地区，当地消纳的同时，剩余电力需要通过外送进行消纳。太阳能电力外送需要建设电网线路以及其配套设施，从建设周期来看，光伏电站建成仅需半年左右，而一条330千伏的电网线路建设就得1年半，在目前的电力电网规划、建设和运行方式下，电力输送通道难以满足光电外送在建设进度、输送容量、输送对象等方面的需求。

（三）政策和机制不健全

我国当前施行政策主要是光伏发电度电补贴政策和光伏发电上网标杆电价政策，通过刺激供给侧，达到发展光伏等新能源的目的，在这种刺激下，光伏装机量、发电量持续上升。现行政策的激励重点在于供给侧，却忽视了需求侧的激励。在无需求侧刺激的情况下，作为理性人的用户倾向于更为价格低廉供应稳定的火电，太阳能电力消纳就更为困难。就电力机制方面而言，太陽能电力的调度受到原有电力运行机制和刚性价格机制的限制，难以落实节能优先调度等行政性规定，现有的电力机制不利于光伏发电项目的可持续发展。

四、光伏过剩产能转化路径探究及案例研究

有限的消纳能力限制了西北地区光伏发电项目发展，如何扩大消纳空间、提升消纳能力，这些都是需要政府需尽快解决的问题。在探究光伏过剩产能转化路径时，部分学者主张实施西电东送战略，建设远距离送电通道，从建设周期角度来说，配套电网的建设速度根本赶不上新能源项目建设的速度；从建设成本角度来说，建设远距离输电通道耗资巨大。通过建设远距离送电通道消纳电力并不是转化光伏过剩产能的最佳路径。缓解光伏产能过剩应以自主消纳为主，拉动地方用电需求，提升消纳能力，扩大消纳空间，从目前来说，光伏农业为解决光伏发电消纳能力不足提供新途径。光伏与农业一体化是光伏应用的一种新的模式，其既具有发电能力，又能为农作物及畜牧养殖等提供适宜的生长环境。与建设集中式大型光伏地面电站相比，发展光伏农业项目利于有效缓解人地矛盾，促进社会经济可持续发展，灵活地创造适宜不同农作物生长的环境，满足农业用电需求的同时，产生发电效益。 十三五规划重点指出西部大开发战略和扶助农民脱贫脱困的构想，在西北地区发展光伏农业不但可以改善光伏发电产能过剩的现状，且可以发展低碳绿色产业，实现西北经济可持续发展。笔者通过案例研究分析在西北大规模发展光伏农业的经济可行性，下文以徐州丰县晖泽新型23.8MW农业厂房屋顶光伏电站为例进行案例分析。

（一）案例研究

1. 项目介绍

徐州丰县光伏农业项目装机容量为 23.8MW，该项目占地面积60万平方米，共建设农业大棚200多座，5822个单元，主要种植食用菌。大棚屋顶面积31万平方米，采用18.8MW多晶硅光伏组件和5MW薄膜光伏组件的组合方案，共计安装38个逆变器，经升压接到110千伏，总容量3万千瓦。该项目的主要技术经济指标由计算得出，如表 1所示：

假设该项目的生命周期为25年，理论发电量的计算公式为：理论发电量=装机容量（KW）*水平面年累计辐照*系统转换效率，计算得到丰县光伏大棚理论发电量为2592.49万 Kwh/年。年均发电量以第一年系统衰减 3%，之后 24 年依次衰减 0.7%为标准，基于整个 25 年的生命周期计算得到，丰县光伏大棚项目 25 年的总发电量为 58327.71 万千瓦时，年均发电量为2333.11 万千瓦时.该项目的初始总投资分为光伏设备初始投资和大棚建设投资。项目初始投资为 15870万元。年均发电净收益=年均发电量*标杆电价-增值税-所得税，标杆上网电价江苏属于第三类资源区，故标杆上网电价为 0.75 元/Kwh，年均运营维护成本=初始总投资*年运营维护费率年运营维护费率按 2%计算。本项目以种植食用菌为主，棚内作物利润按每亩2.5万元计算，设施农业每年收入大于等于2000万元。

2. 结合案列分析在西北发展光伏农业的可行性

就资源禀赋而言，西北地域均属于我国第一二类光资源区，江苏徐州丰县属于第三类资源区，假设建设相同装机容量的光伏电站，西北的发电量远高于徐州。就土地面积而言，西北地区地域辽阔，适合大规模发展光伏农业。就气温而言，西北大部分区域属于温带季风和温带大陆性气候，全年平均气温偏低，昼夜温差大，在西北发展光伏农业，利用先进的温室大棚技术创造作物的生长环境，满足作物生长需求，进而产生作物经济收益；就收益而言，西北人民既可通过种植作物获得收益，又可通过剩余光伏电力并网获取光伏售电收益。除此之外，光伏电站的发展可带来关联效应，吸引其他产业进入西北，创造更多就业机会，助力西北脱贫脱困，一举多得。

3. 关于西北发展光伏农业的建议

政府应结合当地用电负荷增速设计光伏装机量指标；与此同时，加快配套电网建设，满足光伏发电剩余电量并网在建设进度、输送容量、输送对象等方面的需求；在政策方面，西北地区各级政府应加大对光伏农业的财政资助，并建立和完善监管体系；加强人才培养和科学技术投入，鼓励相关科研院所与相关企业合作，创新性开展关于光伏农业的方面研究，促进西北地区光伏农业项目持续健康发展。

五、结语

在国家大力推进新能源战略的背景下，中国新能源发展取得了巨大成就，太阳能等新能源的快速发展 有效缓解了火电等传统能源对环境的污染，但由于规划、配套电网建设、政策等方面问题导致西北地区出现严重的弃光问题。对于西北地区来说，“农业与光伏一体化”是光伏过剩产能转化最佳路径，在西北发展光伏农业，可加快太阳能多元化应用的速度，推动构建清洁低碳、安全高效的现代能源体系的进程，与此同时，助力西北人民脱贫脱困，做到真正精准扶贫。

参考文献：

[1]林伯强.解决“弃风弃光”问题刻不容缓[N].中国证券报，2017-02-15.

[2]国家能源局.2013年光伏发电相关统计数据[R].2013.

[3]国家能源局.2014年光伏发电相关统计数据[R].2014.

[4]国家能源局.2015年光伏发电相关统计数据[R].2015

[5]国家能源局.2016年光伏发电相关统计数据[R].2016

[6]国家能源局西北分局.2017年西北区域并网运行情况[R].2017.

[7]韩秀云.对我国新能源产能过剩问题的分析及政策建议——以风能和太阳能行业为例[J].管理世界，2012（08）.

[8]范高锋，张楠，梁志锋，王靖然.我国“三北”地区弃风弃光原因分析[J].华北电力技术，2016（12）.

[9]周强，汪宁渤，冉亮，沈荟云，吕清泉，王明松.中国新能源弃风弃光原因分析及前景探究[J].中国电力，2016（09）.

[10]舒印彪，张智刚，郭剑波，张正陵.新能源消纳关键因素分析及解決措施研究[J].中国电机工程学报，2017（01）.

[11]李璨. 基于生命周期的光伏发电项目综合效益评价研究[D].青岛科技大学，2017.

[12]房裕东，黄绍华，秦树香，沈文杰，魏端，杨美娴，郑博，李育军.光伏农业发展现状与前景分析[J].长江蔬菜，2015（18）.

（作者单位：江苏大学财经学院）