光伏扶贫地区分布式开发利用及消纳研究

周鹏程 ，王晟嫣，陈威成 ，吴南南 ，刘 澄

（1.华北电力大学 经济与管理学院，北京 102206；2.南京南瑞集团公司，江苏 南京 211000）

0 引言

光伏扶贫作为国务院扶贫办确定实施的 “十大精准扶贫工程”之一，是实施精准扶贫、精准脱贫的重要举措，是推进产业扶贫的有效措施，是造福贫困地区、贫困群众的民生工程［1-3］。党的十八大以来，中共中央结合能源产业特点，积极探索发展光伏扶贫模式。2014年，启动了光伏扶贫试点工作，2015年下达了安徽、河北、山西、宁夏、甘肃、青海共6省（区）光伏扶贫试点专项建设规模150万kW。2016年，国务院扶贫办和国家能源局联合印发了《关于实施光伏发电扶贫工作的意见》，光伏扶贫在全国全面展开。截至2018年9月，累计下达光伏扶贫规模1544万kW，已在全国26个省（区、市）建成并网光伏扶贫项目1363万kW，累计帮扶224万建档立卡贫困户［4］。光伏扶贫项目开启了扶贫开发由“输血式扶贫”向“精准扶贫”的转变，一次投入、长期受益。从光伏产业角度看，实现了拉动产业发展、光伏应用与农村资源的有效利用。

鉴于此，本文对光伏扶贫地区分布式开发利用及消纳的相关问题进行了研究。首先梳理了我国分布式光伏的扶贫政策、补贴政策、消纳政策；其次，分析了扶贫地区分布式光伏接入对配电网电压质量、可靠运行、谐波抑制的影响；再次，研究了光伏扶贫地区分布式光伏的接入模式、建设模式和投运模式，并分析了扶贫地区分布式光伏的成本收益指标；最后，提出了光伏扶贫地区分布式光伏发展保障策略。

1 我国分布式光伏相关政策梳理研究

1.1 分布式光伏扶贫政策分析

2014年10月，国务院扶贫办和国家能源局联合印发《关于组织开展光伏扶贫工程试点工作的通知》（国能新能〔2014〕495 号），提出在山西、安徽、甘肃、青海、宁夏等6省（区）37个县开展试点。《通知》指出要通过支持片区县和国家扶贫开发工作重点县内已建档立卡贫困户安装分布式光伏发电系统，增加贫困人口基本生活收入；要因地制宜，利用贫困地区荒山荒坡、农业大棚等建设光伏电站，增加贫困人口收入。

2016年12月，国家能源局印发《太阳能发展“十三五”规划》（国能新能〔2016〕354 号）［5］，明确大力推进分布式光伏扶贫、鼓励建设光伏农业工程、创新光伏扶贫模式等多种开展光伏扶贫工作的重点任务和政策意见。

2018年3月，国务院扶贫办和国家能源局联合印发 《光伏扶贫电站管理办法》（国能发新能〔2018〕29号）［6］，该办法明确光伏扶贫是资产收益扶贫的有效方式，是产业扶贫的有效途径；明确光伏扶贫电站原则上应在建档立卡贫困村按照村级电站方式建设，对于促进光伏扶贫工作规范化，切实保障光伏扶贫实施效果发挥重要作用。

1.2 分布式光伏补贴政策分析

2017年12月，国家发改委印发《关于2018年光伏发电项目价格政策的通知》（发改价格规〔2017〕2196号），该通知规定，降低2018年1月1日之后投运的光伏电站标杆上网电价，Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ类资源区标杆上网电价分别调整为0.55元/kWh，0.65元/kWh，0.75元/kWh（含税）。自2019年起，纳入财政补贴年度规模管理的光伏发电项目全部按投运时间执行对应的标杆电价。2018年全国光伏发电上网电价如表1所示。

表1 2018年全国光伏发电上网电价 元/kWh

1.3 分布式光伏消纳政策分析

2015年10月，国家发改委印发《关于开展可再生能源就近消纳试点的通知（暂行）》（发改办运行〔2015〕2554号），该通知明确，在可再生能源富集地区，一方面要积极加强输电通道和配电网建设，促进可再生能源外送，扩大消纳范围；另一方面要以可再生能源为主、传统能源调峰配合形成局域电网，减少外送线路建设需求，促进可再生能源积极消纳的良性循环。

2016年3月，国家发改委印发《可再生能源发电全额保障性收购管理办法》（发改能源〔2016〕625号），该办法提出了保障性收购电量和市场交易电量的划分，在通过计划方式优先安排一部分保障性发电量，保障可再生能源项目合理收益的同时，使其超出保障性范围的发电量参与市场交易。

2018年10月，国家能源局印发《清洁能源消纳行动计划（2018—2020 年）》（发改能源规〔2018〕1575号）［7］，该计划提出了更加有力有效促进清洁能源消纳的措施，形成全社会促进清洁能源消纳的工作合力，推动建立清洁能源消纳的长效机制，为促进清洁能源高质量发展、推动我国能源结构调整提供可靠保障。

2 扶贫地区分布式光伏接入对配电网影响

2.1 对配电网电压质量的影响分析

1）造成电压偏差。随着大规模分布式光伏并网，电力网络网状结构的改变必然会引起馈线中传输功率值和方向发生变化，并影响稳态电压分布。当分布式光伏电源接入时，将减少线路上的电压损失。将分布式光伏接入到配电系统末端时，甚至会抬高系统末端电压。分布式电源接入后电压相量如图1所示。

图1 分布式电源接入后电压相量图

2）引起电压波动。分布式光伏发电接入低压配电网，因其短路容量相对较小，在功率波动时也将产生较大的电压变化［8］。通过采用功率追踪控制，有效提升分布式光伏发电的效率。当外界条件发生变化时，输出功率随之变动，从而引起电压波动。

2.2 对配电网可靠运行的影响分析

随着大规模分布式光伏接入配电网，配网网络结构和潮流分布发生改变，从放射状的网络变成一个由电源和用户交互的有源网络，因此，系统供电可靠性分析模型和计算方法发生了变化［9］。一方面，分布式光伏接入配电系统，增加了对负荷点的供电路径，系统可靠性指标有所改善；另一方面，分布式光伏随机功率本身具有较大的不确定性，又会对系统可靠性造成不利影响。

2.3 对配电网谐波抑制的影响分析

分布式光伏通过功率变换器并网接入并向电力系统注入谐波电流，导致电压波形出现畸变，进而可能引起系统间发生并联谐振现象。此外，分布式光伏的谐波电流含量也与并网接入系统的光伏发电容量相关［10］。一般来说，分布式光伏渗透率越高，则同一馈线沿线各负荷节点的谐波畸变越大；若分布式光伏的接入位置越靠近线路末端，则总谐波畸变率越大。因此，需要对电力系统参数进行仿真模拟，明确谐波电流分布情况，限制接入电网的光伏发电容量［11］。

3 光伏扶贫地区分布式建设与投运模式研究

3.1 光伏扶贫地区分布式项目建设模式

1）户用光伏发电扶贫。利用农户屋顶或院落建设千瓦级的户用光伏系统，投资由中央政府、地方政府和贫困户各承担1/3，系统产权和发电收益均归贫困户所有，农户负责日常清扫，运维公司负责专业维护。通过户用式光伏电站建设，帮助贫困户建立了稳定、便捷、长久的增收脱贫项目。

2）村级光伏电站扶贫。建档立卡贫困村，以村集体为主体，利用集体土地建设千瓦级的小型光伏电站，投资由地方政府和贷款投入，电站产权、发电收益归村集体共有，光伏运维企业和村集体负责专业维护。

3）集中式光伏电站扶贫。利用荒废土地建设集中式地面光伏电站，投资企业拥有光伏电站产权，并将部分收益返还给贫困户。此外，贫困户还可通过出租土地和在电站工作获取收入。

4）光伏农业扶贫。光伏农业扶贫包括但不限于太阳能光伏农业大棚、太阳能动力水泵、太阳能杀虫灯和太阳能光伏养殖场等模式。对于大型集中式农—光互补、渔—光互补电站，可发展生态旅游业、餐饮业，拓宽农户收入渠道。

3.2 光伏扶贫地区分布式投资运营模式

1）政府贴息模式。在农户自筹资金上，以贫困户自筹为主，同时根据农户自身情况采取不同的帮扶措施。对尚无筹资能力的贫困户，采用小额贷款或互助资金等方式解决，并从每年的发电受益中逐年偿还，由地方政府给予贴息支持；村集体光伏电站，由地方政府投资公司统贷统还，分若干年从发电受益中偿还，政府贴息。

2）政府补贴模式。贫困户只需要承担1/3的建设费用，其余由地方政府出资，光伏电站产权及收益均归贫困户所有。地方政府建立光伏发电扶贫项目运维专项资金，采购技术服务，选择技术实力优势企业，成立光伏发电运维中心，建立远程运行监控平台，实现光伏发电终端数据瞬时采集和故障的及时排除，并集中购买光伏发电设备保险，确保光伏扶贫项目正常运行。

4 光伏扶贫地区分布式成本效益研究

4.1 扶贫地区分布式光伏成本项分析

4.1.1 直接成本费用

直接成本费用主要包括建设分布式设备购置费、施工和安装费、项目管理咨询费、土地占用费用等初始投资项目成本。

4.1.2 间接成本费用

间接成本费用主要包括了配电网备用成本、配电系统接入和改造成本、分布式设备回收的环境成本等。

1）配电网备用成本。随着大规模分布式光伏接入，提供备用装机的常规电源和相应电压等级电网需扩大规模，为配电系统提供备用和常规机组的发电成本可视为分布式光伏的备用成本。

2）配电系统接入和改造成本。当分布式光伏并网接入容量超出配电网的接纳能力范围时，配电网不得不为分布式电源进行线路、变压器、开关等设备的改造。

3）分布式设备回收环境成本。分布式设备寿命期结束回收时可能会对环境造成一定程度的影响，即使该成本难以量化，但也属于间接成本费用。

4.2 扶贫地区分布式光伏收益项分析

4.2.1 直接收入收益

直接收入收益主要包括分布式光伏电费收入收益和政府补贴收益。电费收入收益包括光伏扶贫户自发自用节约的电费和多余上网的售电收入；政府补贴收益包括一次性投资补贴或电价补贴。

4.2.2 间接收入收益

间接收入收益主要包括减少用户停电损失收益、延缓配电网改造效益、减少线损产生的效益以及节能和环境效益。

1）减少用户停电损失收益。用户负荷点的供电可靠性（在一定范围内）会随着分布式光伏的接入而提升，有效降低了因停电造成的损失，间接为用户带来了收益。

2）延缓配电网改造效益。分布式光伏并网接入有效缓解了配电网升级改造的压力，降低负荷变压器的负载率，延长配电网的寿命周期。

3）减少线损产生的效益。扶贫地区的分布式光伏可就地消纳，有效减少电能传输距离，降低了配电网线损率。

4）节能和环境效益。该收益项主要包括节能代替火电机组发电而减少的耗煤成本和污染物（CO2、NOx、硫化物等）的减排效益。

综上所述，扶贫地区分布式光伏成本收益项构成如图2所示。

图2 扶贫地区分布式光伏成本收益项构成

5 光伏扶贫地区分布式发展保障策略

5.1 建立光伏扶贫发电补贴动态调整机制

实现分布式光伏的快速健康发展，既要保持一定水平的激励程度，鼓励投资者投资项目，又要防止过度激励，造成市场过热。建议国家有关部门建立分布式光伏扶贫发电补贴政策定期评估机制，委托第三方机构开展定期评估，综合考虑分布式光伏发电成本、项目盈利水平和规划目标的实现进度，每年末提出下一年度补贴标准调整方案并适时公布，形成每千瓦时发电补贴逐年、次降低的机制，做到尽可能多的补贴分布式光伏发电量，促进光伏发电上网价格逐步达到常规电价水平。

5.2 完善光伏扶贫规划与补贴资金联动机制

为落实国家规划的分布式光伏扶贫工作发展目标，建议有关部门和电网企业应努力做到可再生能源基金应收尽收、挖掘潜力。更为重要的是，国家在制定分布式光伏扶贫工作规划的同时，应对补贴资金来源做出安排，对电价上调有合理预期，避免出现光伏扶贫规划与补贴资金措施不相协调。

5.3 鼓励电网接入分布式光伏扶贫激励机制

一方面，应维持现有成本分摊方式不变。考虑到分布式并网成本分摊管理的成本和可操作性，建议仍然维持现有并网成本分摊方式，仍由电网企业向所有分布式扶贫光伏项目业主，按照国家政策要求，提供优惠并网服务条件，简化并网成本分摊管理。另一方面，应建立健全电网企业并网成本疏导机制。对于电网企业支持分布式扶贫光伏发展所投入的成本，纳入国家可再生能源基金补偿范围，由国家组织相关科研机构研究确定补偿标准，根据装机容量或发电量，定期支付给电网企业。

6 结语

光伏扶贫地区大多为偏远山区，电力负荷仅为照明等居民生活用电，光伏电量就地消纳能力不足，且主网网架较为薄弱，电网建设成本巨大，难以有效送出。建议依托智能微电网技术，探索利用山区库容式小水电站进行储能和调峰，实现光伏发电和小水电互补，同时开展冬季供热的电能替代工作，对于采用木柴、铜碳等化石燃料直接燃烧作为取暖方式的用户进行电气化改造，挖掘负荷侧用电潜力。

对于光伏扶贫地区建立的千瓦级的户用式光伏电站，在检修安全、潮流分布、电压线损等方面控制难度极大，对配电网的自动化水平提出了极高要求。同时，由于运维管理上的差异，不同贫困户之间的收益也存在较大差异。因此，对于分布式光伏电站的建设应充分考虑电网的消纳、承受能力，统一规划、合理建设、科学运行，杜绝分布式光伏电站的无序发展。