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光伏发电现状浅析
返回列表 来源: 海南省绿色金融研究院 发布日期: 2021.11.22 浏览次数:


光伏发电是目前技术成熟度最高、成本最低的可再生能源发电技术之一,在技术和经济性方面为光伏未来成为电力系统主体电源奠定了坚实基础。


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同时,借助光伏发电应用在全球的蓬勃发展,我国光伏制造业取得了突飞猛进的发展,在国际上具有相当大的影响力和较强的竞争力,必将成为十四五时期的重要战略性新兴产业之一。



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光伏产业曲折之路 飞速发展不忘初心



当前我国引领全球的光伏发电应用市场和光伏制造业建立在产业长期积累之上,谋划光伏未来的发展不应忘记光伏产业曾经走过的曲折道路。


我国光伏发电从起步到目前大致可以划分为三个阶段。



第一,摸索阶段。 从上世纪80年代初光伏发电开始在我国无电地区有少量的应用,到2003年初国家通过光伏等手段解决无电地区通电问题,在西部地区开始实施“送电到乡”项目,再到2005年,“送电到乡”项目基本完成,光伏装机总量突破100MW花了近30年的时间。


第二,示范应用阶段。得益于欧美日等国家和地区通过补贴鼓励光伏发电应用,形成了快速增长的光伏发电应用市场,带动了我国光伏制造业得到了快速发展。与此同时,我国政府相关部门也借鉴国外经验尝试了多种补贴光伏发电应用政策措施,包括核准制、特许权、太阳能光伏建筑示范项目、金太阳工程等,有力地促进了屋顶光伏、分布式光伏电站和集中式光伏发电等多种形式的示范应用。我国光伏发电累计装容量从100MW增长到1000MW仅用了5年的时间。


第三,固定上网电价补贴阶段。 经过示范应用阶段各种政策措施的试点,过渡到激励效果比较成功的固定上网电价政策,该政策给项目投资人较为稳定的投资收益预期。因此,从2011年开始我国光伏发电应用进入了快车道,累计装机容量从1000MW增加到10000MW仅用时3年。受欧美等国家和地区“双反”政策约束我国光伏产品出口量大幅下降,为帮助光伏行业健康发展,国务院于2013 年 7 月发布《国务院关于促进光伏产业健康发展的若干意见》,该政策出台后从2013年开始光伏发电发展速度进一步加快,每年新增装机容量均超过10000MW。经过10余年的政策扶持光伏发电度电成本大幅下降,在部分太阳能资源条件较好的地区具备了平价上网的条件,2019年能源主管部门开始了平价上网项目的尝试,光伏发电开始了逐步摆脱对补贴的依赖走向独立市场化发展的阶段,接下来2020年、2021年光伏平价上网项目覆盖面逐步增加,预计几年内将会实现全面平价上网。



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技术驱动赢发展空间 非技术成本亟待降低

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中国光伏发电取得的举世瞩目的成就主要归功于光伏全产业链的技术快速迭代更新。技术进步的关键和核心是光伏制造业相关工艺优化和太阳电池和光伏组件转换效率提升。


技术进步的环节主要包括多晶硅原材料制备、拉单晶技术、硅锭和硅片切割技术以及PERC等新型高效率电池技术。光伏产业链上游多晶硅原材料制造成本下降以及硅片工艺的改进,直接导致了下游电池片和组件成本的下降。根据德国弗劳恩霍夫协会的数据,受硅锭尺寸增大、硅片切片变薄、太阳电池效率提高等因素综合影响,太阳电池用硅量从16g/W降低到了4g/W。


从全球范围看,过去10年多项可再生能源发电技术实现了成本的大幅度下降,尤以光伏发电的成本下降为最,下降幅度约为82%,见下图1。




中国光伏行业协会的数据显示,国内市场光伏发电成本也有显著的下降,见下图2。

2020年光伏组件价格较2019年下降10.3%,低至1.57元/W;光伏发电系统造价较2019年下降12.3%,低至3.99元/W。组件在系统造价中的比重降低到50%以下。由此可见,未来降低光伏发电系统成本不仅仅应该关注组件、逆变器等平衡部件的技术成本,而且也应关注光伏系统建设过程中的非技术成本,非技术成本或成为制约未来光伏度电成本进一步下降的关键。 


 

2020年光伏组件价格较2019年下降10.3%,低至1.57元/W;光伏发电系统造价较2019年下降12.3%,低至3.99元/W。组件在系统造价中的比重降低到50%以下。由此可见,未来降低光伏发电系统成本不仅仅应该关注组件、逆变器等平衡部件的技术成本,而且也应关注光伏系统建设过程中的非技术成本,非技术成本或成为制约未来光伏度电成本进一步下降的关键。 


为不断提高光伏发电的效率,世界各国纷纷投入巨资开展太阳电池等光伏领域的基础研发,下图3所示为世界各国打破太阳电池效率纪录次数占比情况,美国和日本占比分别为第一名和第二名,我国占比排名第三。我国在太阳能电池领域的技术创新成果相较于我国制造业和光伏发电应用第一大国地位尚显不足。为推动光伏产业可持续发展,建议国家持续引导科研院所和光伏企业加大基础研发的投入,以弥补我国光伏领域基础研究的短板。



光伏制造业国际领先   产业集中度持续提高

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当前,我国提出了国内大循环为主体、国内国际双循环相互促进的新发展格局。光伏发电巨大的潜在应用为光伏制造业提供了广阔的国内外市场前景。通过光伏制造业的不断技术升级,催生新的下游应用市场机会,从而促使光伏产业成为我国开展双循环发展的典范。例如,下图4所示我国光伏组件产量连续多年位居全球首位。



光伏制造业通过规模效应降低制造成本满足下游应用市场降成本的要求。相比传统火电站电站动辄几百兆瓦的规模,即便是行业内体量较大的集中地面光伏电站容量也仅仅是几十兆瓦,更不必说数目众多的分布式以及户用光伏系统。但是,光伏制造业企业呈现规模扩大、产业集中度日益加深的态势。多晶硅方面,市场占有率排名前5的企业销量占比由2018年的60.3%提升到2020年的87.5%;排名靠前的多晶硅企业规模进一步扩张,产量超过5万吨的企业由2019年的3家,增加到2020年的4家。硅片方面,市场占有率排名前5的企业销量占比由2018年的68.6%提升到2020年的88.1%。与上游的多晶硅和硅片不同,电池片和组件的集中度相对较低,但也呈现出集中度进一步提高的趋势,电池片市场占有率排名前5的销量占比由2018年的29.5%增加到2020年的53.2%;组件方面,市场占有率排名前5的企业销量占比由2018年的38.4%增加到2020年的55.1%。



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光伏应用正蓬勃发展,市场布局受消纳约束

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随着光伏发电成本的下降,我国光伏发电进入平价上网时代,光伏发电年新增装机容量可达千万千瓦。截至2019年,我国的光伏累计装机容量占全球的36%,见下图5。到2020年底,我国光伏发电新增装机容量连续8年居世界首位,累计装机容量连续6年居世界首位。

 


光伏发电在电力系统总装机容量和发电量中占比较小,但增速较快,在新增装机和新增发电量中均占据显著地位。2020年,全国全口径发电装机容量和新增发电装机容量分别为220058万千瓦和19087万千瓦,光伏发电累计装机容量和新增装机容量分别为 25343万千瓦和4820万千瓦,累计装机容量和新增装机容量占比分别为11.5%和25.3%。由于光伏发电的利用小时数较小,光伏发电在发电量的占比显著低于装机容量。2020年全口径发电量和新增发电量分别为76236亿千瓦时和2967亿千瓦时,光伏发电在总发电量和新增发电量中的占比分别为3.4%和12.5%。西部省份太阳能资源丰富且省内总体电力装机相对较少,光伏和风电已经成为第一、第二大电源;其中光伏发电已经成为青海省第一大电源。


根据国家电网统计数据,受国家新能源监测预警机制的引导,新能源发电主要向易于消纳的地区布局, 90% 的太阳能发电新增装机分布在太阳能利用率高于 95% 的省区。2020年,全国光伏新增装机4820万千瓦,其中集中式光伏电站3268万千瓦、分布式光伏1552万千瓦。从新增装机布局看,中东部和南方地区占比约36%,“三北”地区占64%。2020年,光伏发电2605亿千瓦时,同比增长16.1%;全国弃光电量52.6亿千瓦时,平均利用率98%,全国平均弃光率2%,与去年持平。2020年,全国光伏平均利用小时数1160小时,平均利用小时数较高的地区为东北地区1492小时,西北地区1264小时,华北地区1263小时,其中蒙西1626小时、蒙东1615小时。2020年,光伏消纳问题较为突出的西北地区弃光率降至4.8%,同比降低1.1个百分点,尤其是新疆、甘肃弃光率进一步下降,分别为4.6%和2.2%,同比降低2.8和2.0个百分点。


相比较而言,东部省份的太阳能资源条件更差,土地资源更为紧张。但是,从光伏发电装机容量分布来看,受前几年累积的弃光问题的影响,形成了当前总装机容量前5名的省份均为中东部省份的分布格局。



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面临新发展机遇 光伏产业值得思考的几个问题

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一是光伏全生命周期的排放问题。 “30·60目标”约束下,光伏发电要零碳,光伏制造过程也要零碳。要发挥光发电能源替代和碳减排的作用,不仅要考虑其发电过程中无需燃料和不产生碳排放,而且要考虑全产业链的能量回收期缩短和碳减排效果提升。当前,在产业链能量消耗比较高的多晶硅原料环节,有部分企业已经开始考虑到制造过程用绿色能源的问题。但是,从行业整体来看,仍存在对煤电依赖较高的问题,未来要满足光伏发电全产业链零碳的要求,多晶硅原料环节需要重点关注。


二是光伏发电的非技术成本问题。 过去十余年光伏度电成本下降归根结底是多晶硅材料及与之配套的硅片、电池片和组件技术的进步,而影响光伏发电度电成本的其他非技术成本因素对降低光伏发电度电成本的贡献并不显著,未来值得认真思考非技术成本降低需要如何进行机制创新来解决。


三是光伏发电成本下降与选址布局间的平衡问题。 太阳能资源条件是影响发电成本最为显著的因素之一。光伏发电是依靠太阳能辐射来发电,光伏发电系统安装的位置太阳能资源越好单位装机的发电量越多、发电成本越低。然而,受消纳条件的约束,光伏发电系统不得以安装在太阳能资源相对较差的中东部地区。未来希翼在降低增加光伏消纳能力所需投入和提高光伏发电产出之间找到最优解的方案。


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