1、国内图书分类号：TM926；F272 学校代码：10079国际图书分类号：3382密级：公开专业硕士学位论文陕西电网光伏发电接入可行性及环境 效益研究硕士研究生：曹宇 导0F：董军教授 申请学位：工商管理硕士 专业领域：工商管理(MBA) 培养方式：在职 所在学院：经济与管理学院 答辩日期：201 5年3月 授予学位单位：华北电力大学万方数据Classified Index：TM926；F272UDC：3382Thesis for the Master DegreeThe Feasibility&Envirenment Research onPhotovoltaic Power in Shaa2、nXi Power GridCandidate：Cao YuSupervisor：ProfDong JunSchool：School of Economics and AdministrationDate of Defence： March，2015North China Electric Power UniversityDegree-ConferringInstitution：万方数据华北电力大学专业硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文陕西电网光伏发电接入可行性 及环境效益研究，是本人在导师指导下，在华北电力大学攻读硕士学位期间独 立进行研究工作所取得的成果。据本人所3、知，论文中除已注明部分外不包含他人 已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均 已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作一：督日期： pf多年3月，矿F1华北电力大学硕士学位论文使用授权书陕西电网光伏发电接入可行性及环境效益研究系本人在华北电力火学攻 读硕二L学位期问在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归o#北r巳 力大学所有，本论文f(JgfJ芒内容不得以其它单位的名义发表。本人完令了角犁华：I匕 f乜力大学关于保存、使用学位论文(IJ规定，fIJ意学校保留并向国家仃火部或机 构送交论文的复印件和1!：f版本，同意学校将学位论文的全4、部或部分内容编入有 关数据库进行检索，允许论文被查阅和借阅，学校可以为存在馆际合作关系的兄 弟高校用户提供文献传递服务和I交换服务。本人授权华北电力大学，川以采川影 印、缩印或扫描等复制手段保存、可以公布论文的全部或部分内容。本学位论文属于(请在以上相应方框内打“4”)： 保密口，在 年解密后适用本授权书 不保密口作者签名：同期： 2ots-主,E 3，孑|_导师签名： 裕髟H期：2，f，年3】，9，九VI万方数据华北电力大学硕士学位论文摘要能源是我们人类社会生存发展的重要物质基础，社会和经济的可持续发展更离 离不开安全、清洁、经济的能源。全球能源的生产和消费总量不断地增加，煤、石 油等化石能5、源的大量开采和使用导致全球能源资源紧缺，环境污染加剧，人类社会 的生存和可持续发展面临着严峻的挑战。最近几年来，我国中东部地区在秋冬季节 经常性地出现严重的雾霾污染，影响范围之大、PM25等污染强度之高、雾霾天气所 延续的时间之长，都是前所未有的，严重影响了广大人民群众的生产生活和身心健 康。同时，因为能源消费所造成的环境污染带来巨大的经济损失、社会生产生活成 本增加，引起了世界各国的广泛关注。我国多地持续大范围的雾霾污染，客观来讲， 在一定程度上是受到冬季不利气象条件影响，主要原因是由于我国能源消费总量快 速增长、能源消费结构以煤为主、中东部火电规模不断扩大、城市家庭机动车数量 大幅增加等因6、素导致的，从本质上讲主要是我国能源发展方式不合理、深层次结构 性矛盾长期积累的集中暴露。因此，我们迫切需要在能源利用上探索新的出路，减 少污染排放，实现可持续发展。当前，发展清洁能源是我国应对气候变化、解决能 源和环保问题的首要选择，也是我国治理当前雾霾等环境污染、实现社会经济可持 续发展的必由之路。近年来的雾霾重重，更坚定了我国政府发展绿色能源的决心。 众所周知，太阳能是取之不尽、用之不竭的新能源。近年来，在国家政策的大力扶 持和政府相关部门的推动下，太阳能光伏发电发展迅速，陕西地区太阳能光伏发电 也有较快的发展。陕西太阳能资源丰富，是我国太阳能辐射的高能地区之一。特别 像陕北、关中等地区，7、海拔高、平均日照时间长、太阳能辐射强度高，并且具有散 射辐射少、直接辐射多的特点，对于太阳能的开发和利用特别地有利。截至2013年6月底，陕西省光伏发电并网容量6万千瓦，同比增长200。光伏 电站主要集中在陕北的榆林和延安地区。本文以2015年陕西电网为基础，对陕西将建成和即将建成投运的光伏项目和其 接入系统方案展开研究，主要致力于对陕西电网光伏发电项目进行经济评估，并对 陕西电网接入的光伏项目进行整体环境效益评估。文中对陕西光伏基础数据及风电 出力互补特性进行了分析研究，利用财务评价方法对光伏发电项目进行个体项目的 经济性评估；通过研究2015年所有接入陕西电网的光伏发电项目，进行环保效益研8、 究，即二氧化碳、二氧化硫、烟尘等的节能减排效应；针对上网电价政策对光伏电 站发展前景的影响进行了分析；最后，结合分析研究的成果，指出了当前陕西以及 西北地区光伏发电所存在的问题，并结合实际，提出了意见和建议。关键词：光伏发电；陕西电网；经济性；环保效益；万方数据华北电力大学硕士学位论文AbstractEnergy is one of the important material base our existence and development of human society,the sustainable development of society and economy are i9、nseparable from the safe，clean and economic energyThe worldS energy production and consumptioncontinues to increase，a large number of development and fossil energy use in strained resources，environmental pollution，climate change and other problems，human survival and development face serious challeng10、esIn recent years，ChinaS rare haze pollution parts occur frequently，it is large range，high strength，long time，to the peopleS production and living of the masses，have serious impact on the physical and mental health，hugeeconomic loss and social cost increases，caused widespread concemMore for a wide r11、ange of smog pollution，objectively to a certain extent is affected by adverse weather conditions in winter,the main reason is due to the rapid growth of ChinaS total energyconsumption，energy consumption structure is given priority with coal，eastern thermal power scale expands unceasingly,city family12、 number significantly increase caused by factors such as vehicles，essentially mainly unreasonable energy development mode in ourcountry,longterm accumulation of deep-seated structural contradictionTherefore，weurgently need to explore a new way in energy use，to reduce pollution emissions，achieve sust13、ainable developmentAt present，the development of clean energy is ChinaS responseto climate change，the first choice to solve the problem of energy and environmentalprotection，IS the current our country governance haze such as environmental pollution，the only way for social and economic sustainable de14、velopmentIn recent years，the fog haze strengthened our country governmentS determination to develop green energy As is known to all，solar energy is the inexhaustible and inexhaustiblenew energyIn recent years，by the national policy and the relevant government departments vigorously support， the sola15、r energy photovoltaic power generation has developed rapidly,and solar photovoltaic power generation also has a rapid development in Shaanxi ProvinceShaanxihas the abundant solar energy resourcesand it is one of the high energy region of solarradiationEspecially like the guanzhong region of shaanxi，16、high altitude，average sunshine time is long，solar radiation intensity is high，and has the characteristics of less scattered radiation，more direct radiation，for the development and utilization of solar energy inparticularBy the end of June 20 1 3，Shaanxi gridconnected photovoltaic capacity of 60000 k17、ilowatts，up 200from a year earlierPhotovoltaic power station mainly concentrated in the northem Shaanxi Yulin and Yanan regionThis paper researches the pv projects on the basis of Shaanxi power所d in 201 5It dedicats to research not only about the pv proj ects that will be built but also the pv proje18、cts that will be put into operation would be builtBased data and wind power output2万方数据华北电力大学硕士学位论文of the Shaanxi photovoltaic complementary characteristics was analyzed，using the method of financial evaluation to individual photovoltaic power generation project economic evaluation of the project；By19、 studying all the access of shaanxi power鲥d photovoltaic power generation project in 20 1 5，was studied by means of environmental benefits，carbon dioxide，sulfur dioxide and fuel dust and SO on energy conservation and emissions reduction effect；Against a feedin tariff policyS influence on the photovo20、ltaic power station development prospects are analyzed；Finally,combining with the results ofanalysis，points out the current shaanxi province and the existing problems in the photovoltaic power generation in northwest China，and connecting with the actual，put forward opinions and SuggestionsKeywods：Ph21、otovoltaic project，Shaanxi power酣d，Economic analysis，Environmentalprotection benefits万方数据华北电力大学硕士学位论文目录摘要IAbstract II第1章绪论111课题研究背景和意义112光伏发电研究现状及发展动态3121国外相关研究及发展动态3122国内相关研究及发展动态413主要研究内容5 第2章光伏接入技术特性和效益分析理论721光伏发电出力的基本特性722太阳能光伏发电对电网系统规划的影响8221对系统规划的影响8222对电网规划的影响92-3光伏发电对系统运行的影响10231对电网系统安全稳定性的影22、响10232对电能质量带来的影响11233对调度运行的影响1124光伏发电出力特性指标1225陕西光伏发电出力特性分析1426经济评价基础理论1 7261财务评价与国民经济评价 j 17262财务评价方法1 8263财务评价方法的特点19264不确定分析法 ： 1927本章小结 20 第3章光伏发电现状与发展趋势2l31国外光伏发电发展现状21311光伏发电总体情况21312分布式光伏系统发展经验22313大型光伏电站发展经验23314太阳能热发电发展现状24315太阳能发电未来发展趋势2532我国太阳能光伏发电的发展现状与规划27321太阳能光伏发电的发展潜力27322我国太阳能发电现状与规23、划2933陕西光伏发电概况3234存在的主要问题3435本章小结 36 第4章陕西光伏基础数据及风电出力互补特性分析37万方数据华北电力大学硕士学位论文41陕西光照资源的情况37411我国的太阳能资源的理论总量和资源宏观分布情况37412中国荒漠光伏发电重点开发区域分布及实际开发潜力38413陕西太阳能资源3942陕西电力系统现状及发展规划40421电力系统现状40422陕西电网系统规划4143陕西光伏与风电出力互补特性4244本章小结45第5章光伏发电并网可行性及环境效益评估实证研究4751光伏发电的经济效益评估47511基础数据47512项目财务评价4852环境效益分析50521光伏发电替24、代火电节能效益分析50522光伏发电带来的C02、S02等减排的效益5153上网电价政策对光伏电站发展前景的影响51531光伏电站上网电价政策及盈利水平测算52532对陕西光伏电站发展前景的影响分析5454本章小结54第6章结论和建议5661结论5662展望5663政策建议58参考文献 j 。 60 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果64 致j射64 作者简介 666万方数据华北电力大学硕士学位论文第1章绪论11课题研究背景和意义能源是人类赖以生存和发展的重要物质基础，是国民经济的基本动力。传统能 源消耗的消耗方式离不开煤、油、气。随着世界各国社会经济的快速发展，人们在 享受能源所带来的科学25、技术进步、经济社会发展等利益的时候，能源消耗的比重越 来越大，也遇到了一系列的能源安全挑战。由于能源的短缺、各国之间资源的争夺 以及过度地使用能源所造成的环境污染等问题，对人们的生存和可持续发展造成了巨大的影响。北美的能源独立发展趋势重塑了全球能源格局，全球能源资源的布局 也发生了转变，并将在世界能源市场的产生重要影响。在这样的全球能源环境下， 我国的一次能源消费在2012年增长了88，当年世界的平均增长率为25。我国作 为全球能源消费的大国之一，国家的能源战略应怎样确保国家的能源安全?根据当 前全球化石能源的开采速度和已探明的总体储量，从全球能源权威机构的统计分析 数据来看，世界原油的剩余储26、量可供开采的年限至多有41年，约占全球能源年总消 费量的405，国内剩余可开采年限为15年；全球剩余的天然气预计可开采619年， 约占全球能源年总消费量的241，我国的剩余天然气可采年限为30年；全球煤炭 的剩余可开采年限大约为230年，约占世界能源年总消费量的252，我国剩余的煤 炭可采年限为81年；另外，全球铀的剩余可开采年限为71年，约占全球能源年总 消费量的76，我国剩余的铀大约可开采50年左右。目前，我国已经成为了全球能源消耗的第一大国。据相关研究表明，国内的一 次能源主要以煤炭为主，大约占一次能源消耗量的68。相关数据显示，2012年我 国的煤炭消耗总量大约在35亿吨，其中包括电煤27、18亿吨、原料煤9亿吨，除此之外，用于直接燃烧的煤炭量在8亿吨左右。我国大气污染的最主要来源是由于煤 炭和石油等化石能源燃烧所产生的烟尘排放以及氮氧化物、二氧化硫等，它们分别约占全国总量的74、56、86，其燃烧所生成的PM25大约占国内总量的60。京津冀鲁和长三角地区最近几年遭遇严重的雾霾污染，人民的生产生活受到极大的影 响。据统计，京津冀鲁、长三角地区的煤电装机总量已经超过13亿和14亿千瓦， 所占全国装机总量分别达到15和16，其煤电装机总量和单位国土面积分别是西北 区域的26倍和13倍。所以，我国中东部地区的煤炭消耗总量大、耗能高的产业集 中分布，是其近年来频遭雾霾污染的重要原因比。另28、外，机动车尾气的大量排放(目 前主要采用石油等化石原料为动力原料)，使雾霾污染更加严重。传统的依靠煤炭、石油、天然气等一次能源的消费方式，己无法满足当前世界各国绿色、健康、可持续发展的需要，亟需转变能源消费方式，采取新的能源消耗方式替代以往的传统能万方数据华北电力大学硕士学位论文源消耗方式，亟需创新、研发新的技术，用来解决世界性的能源危机，以清洁能源 替代传统能源来实现可持续健康发展。能源消费结构和消费方式的不合理，不仅危及国家能源安全，而且严重破坏生 态环境、污染空气、危害人民群众身体健康。近年来，罕见的烟雾污染频繁出现在 我国的一些地区，大范围，高强度、长时间，给人们的生产和生活带来严重的29、影响， 身体和心理健康，造成巨大的经济损失，社会成本增加，引起广泛的关注。由于我 国的能源消费总量增长迅速、能源消费的结构主要以煤炭为主、中东部地区的火电 规模在不断扩大，加之城市、乡镇家庭机动车数量的大幅增加，一定程度上使得多 地持续大范围的雾霾污染加重。客观上来讲，冬季不利的气象条件也加剧了雾霾污 染的程度；从本质上讲，国内的能源发展方式是不合理的，雾霾污染问题是长期积 累的深层次结构性矛盾的集中暴露。十八大以来， “中国梦”、“美丽中国”等成为举国上下关注的热度词汇。关 于“中国梦”，除了关系我国当前和长远发展的宏观战略之外，和全国人民生活息 息相关的民生问题也成为了社会的焦点话题。当前30、，发展清洁能源是我国应对气候 变化、解决能源和环保问题的首要选择，也是我国治理当前雾霾等环境污染、实现 社会经济可持续发展的必由之路。近年来严重的雾霾污染，更加坚定了中国政府研 究和发展绿色、清洁能源的决心。我国持续加大清洁能源发展力度，从2006年开始， 陆续制定实施了可再生能源法、节约能源法、循环经济促进法、 清 洁生产促进法国务院关于促进光伏产业健康发展的若干意见等法律制度；并 根据“十一五”、“十二五”规划纲要颁布了新能源发展规划、太阳能发展规划、 节能减排规划等清洁能源发展专项规划；同时出台了“金太阳”、“金屋顶”等新 能源税收、财政补贴、价格和金融等扶助性政策。太阳能、风能发电将成31、为我国重要的绿色能源支柱，战略意义重大，然而清洁 能源的发展也存在着先天性和人为性的一些不足。比如，我国东西部能源需求与煤 炭资源和太阳能、风能等可再生能源资源呈现逆向分布；太阳能和风能的间歇性和 波动性，对当前传统电力系统的安全、可靠和经济运行带来了极大的挑战；煤炭、天然气等各类能源的价格相对水平存在不确定性，价格风险带来光伏变电站等璎目投资风险；环境治理的外部收益不能得到有效的补偿、能源环境政策的不完善以及 排污费率制度的不确定性、国家各类能源税收的调整都会对太阳能光伏等分布式能 源市场产生重要的影响；另外，太阳能光伏等分布式电源设备的规范以及设计标准、 并网标准等有关技术标准的制定，没有32、成熟的经验可循，均在摸索阶段。因此，开 展分布式能源并网经济性及环境效益研究，对于光伏发电企业(个人)和电网企业 而言具有十分重要的现实意义。在此背景下，本文将运用经济管理相关理论，选择 太阳能光伏作为对象，通过对陕西省光伏发电现状进行调查分析、研究探讨，并在 此基础上试图探索出适合光伏发电并网的解决方案，研究成果可为光伏发电企业入万方数据华北电力大学硕士学位论文网、供电企业服务分布式新能源接入、实现可持续发展提供借鉴。12光伏发电研究现状及发展动态太阳能光伏发电是一种永不枯竭的清洁能源。它的广泛存在，利用清洁发展， 储量的“无限”和安全等优点，目前已成为世界上最理想的替代能源u。2012年底33、， 全世界的太阳能新增装机容量约为31GW。“，较2011年的279GW增加了11，累 计装机量达到985GW，创造了历史新高。作为一种新的发电技术，其发展前景广阔。目前世界各个国家均高度重视光伏发电系统的并网技术以及其经济效益和环境效益，己成为当前世界管理科学领域的一个研究热点，国内外已经开展了大量的相 关研究和探索实践，并取得了许多可供参考和借鉴的成果。121国外相关研究及发展动态法国科学家贝克雷尔(Becqurel)在1839年已经发现，半导体材料经过太阳光 照射后，其不同部位之间能够产生电位差，这就是后来被称为“光生伏特效应”，也称“光伏效应”“。美国科学家皮尔松和恰宾在1954年，于34、美国贝尔实验室第一次 成功研发了可以实际应运用的单晶硅太阳电池，标志着太阳光能转换为电能的实用 光伏发电技术的诞生 。欧美日等国都高度重视光伏系统的技术及经济性研究。欧盟在第5至第7框架 计划所列的“能源、环境与可持续发展”主题下，扶持了大量的与分布式发电并网 技术和可再生能源相关的科研项目嘣1。美国政府则通过资助美国国内的研究机构、高等院校、电力相关企业和重点实验室开展专题及交叉项目研究。欧美这些项目的 实施，为太阳能光伏等分布式发电技术的成熟化、规模化应用奠定了基础，也促成 德国、美国、日本在太能阳光伏发电领域一直保持着世界领先的位置H。相关资料 数据表明，截至2013年2月，日本的太阳能35、发电业务计划己超过1000万KW，欧 盟在2030年的太阳能光伏发电量预计将增加到大约200GW；美国在2020年的光伏 发电累计安装量将增加到大约36GW”1。针对改善光伏发电系统本身的性能，提高其经济收益和环境效益， JNagarjuna Reddy、MKalia Moorthy和DV Ashok Kumar(2008)对太阳能光伏电池和逆变器的 控制策略进行了建模，通过改进逆变器的控制策略，来增加光伏电池的转化效率 。 TOstrem、WSulkowski(2006)和Mostafa IMarei(2004)等人对逆变器控制策略进行了优化，在如何增强光伏系统本身的抗干扰能力方面进行了研究36、，使其兼顾了 STACOM和APF的功能副。MThomson和DG Infield(2007)根据太阳光辐 射和光伏输出之间的关系，建立了光伏出力的模型，根据每日辐射的曲线(分钟)万方数据华北电力大学硕士学位论文来描述一天的户型太阳能光伏发电系统的出力情况，同时指出了光伏接入点电压的 上升是光伏入网容量的一个约束条件u 4|。Shafiqur Rehman(2007)等人利用每天的 平均太阳能辐射量和光照时间等气象数据，论证了沙特阿拉伯国家5MWp的太阳能光 伏电站并网成本。Jose1BemalAgustn(2006)等人利用资本回收期和净现值等，对西班牙的太阳能光伏并网系统进行了经济效益和环37、境效益研究。122国内相关研究及发展动态2004年lO月份，中国光伏产业发展研究报告发布，该报告是由国家发展改 革委员会牵头，国家电网公司和相关发电集团等企业撰写的。报告对我国目前的太 阳能资源状况、太阳能光伏发电技术以及该产业的发展和市场前景进行了细致的研 究和分析。该报告指出，在未来几年我国将持续加快光伏产业的发展步伐，加大太 阳能发电等相关产业的政策扶持力度。当前我国已经跻身全球光伏产业和市场发展 最快的国家，且我国的大多数地区都具有安装光伏发电设备的基础条件，因此必须 进一步推动我国光伏市场和产业地深化发展。当然，在发展过程中也务必要不断克 服、有效解决目前我国太阳能光伏市场和相关产业38、发展所面临的问题和障碍；另外， 报告还就我国太阳能光伏市场和相关产业的发展提出了可行的意见建议。由此报告 中涉及的太阳能光伏发电相关内容可看出，该报告具有一定的纲领性和前瞻性，对 我国的光伏市场和相关产业的发展具有指导意义。同世界发达国家相比，目前我国的太阳能光伏发电及相关产业仍处于初级阶段。 近年来，太阳能光伏等分布式能源在我国得到了高度重视和快速发展，财政部、住 建部相继出台了“金太阳”、“金屋顶”等光伏发电补贴和支持政策。相关数据显 示，截至2013年10月初，在国家电网公司所管辖区域内，累计受理1500余户分布 式电源报装业务、装机量达到210万千瓦，累计有360余户的分布式电源完成了39、并 网运行，发电容量达到45万千瓦、累计发电量近9900万千瓦时。同时，其作为新 兴能源产业也面临着各种问题和发展瓶颈，由于国内社会各方面对发展分布式能源 的定位、重点和模式认识不同，鼓励政策实施细则迟迟难以落地，审批的程序有待 进一步优化，另外企业在享受电价补贴后，往往为了追求效益的最大化进而转向加 码电站建设，一定程度上影响我国分布式太阳能光伏发电和相关产业的发展。国内有关太阳能光伏发电相关研究多从技术角度出发，与市场及应用有关的研 究主要从宏观环境入手。国内的专家和学者于20世纪90年代陆续进行了太阳能光 伏系统经济效益等方面的研究。1993年，沈维祥对国外的太阳能光伏系统进行了研究，主40、要讨论了其经济效益 1；1994年，林安中对中国的太阳能电池组件平衡系统 和太阳能的发电成本进行了研究，还分析了将来的供能成本 ，但是上述两项研究 成果都是基于国外的研究数据，缺少符合我国实际情况、不同地区和环境条件下的应万方数据华北电力大学硕士学位论文用数据。2005年，张希良在国内率先开展了对户用发电系统的经济性研究，主要运 用动态平直成本法，计算了我国的新能源发电技术的经济性参数和供电成本 。2000年，施祖麟和戴亦欣分析了我国太阳能发电系统在市场竞争中的优劣，并结合 我国的实际情况提出了针对性的意见和建议u引。马胜红(2005)提出了太阳能光伏 发电的发展方向和在中国电力能源结构中的战41、略位置，保障能源和环境的可持续发 展是中国面临的重要战略问题 。新能源光伏行业专家赵玉文(2008)提出了未来 几年光伏产业的发展趋势，并对多晶硅的生产情况进行了展望，他认为多晶硅产业 的发展将成为引导光伏产业市场化的关键因素比 。沈飞、梁雪春(2006)对太阳能 光伏工业中的主要产品，比如太阳能光伏产品、光伏热发电、太阳能光伏利用与城 市建筑一体化进行了技术评价，为加快发展我国太阳能产业，解决我国日益严重的能源短缺、环境污染等问题提供可借鉴的依据“1。周世清等(2007)以我国的太阳 能光伏产业发展为研究重点，结合相关的产业组织理论和可持续发展理论，提出了 我国太阳能光伏产业的可持续发展理论42、研究体系。主要包含太阳能光伏产业可持续 发展的基本涵义、理论模式和运行机制等比引。总体上看，美国、德国、日本等发达国家，在太阳能光伏发电等新能源领域的 理论研究、装备制造、技术应用等处于领先水平。虽然我国的太阳能资源十分丰富， 但是太阳光伏并网发电及其相关产业在我国是一个新兴的事物，抑或说我国的太阳 能光伏并网发电等还处于初级的阶段，和欧美日等发达国家相比较，存在很大的差 距。国内目前并没有成熟的经济学研究方法，我国关于光伏并网发电的经济性及环 境效益研究的文献极少，在有关新能源的文献中会捎带提及，往往只对光伏发电的 相关技术方法进行分析，抑或只对目前太阳能光伏并网发电的现状和所面临的问题 进43、行简要的描述，缺乏更进一步的的分析研究和探索论证。13主要研究内容在当前严峻的能源形势和人类生态环境持续恶化(气候变暖、雾霾等)的压力 下，几乎所有国家均将新能源的开发及利用作为未来的能源发展战略。太阳能作为 可再生能源，以其资源丰富、无地域界限、清洁等得天独厚的优势成为人们关注的 焦点。从上世纪八十年代以来，美国、德国、日本和其他国家相继建立了中长期的 能源发展规划，这一举措为其太阳能光伏技术和相关产业的发展起到了极大的助推 作用。最近几年以来，在我国政府的重视和相关政策的扶持下，国内的太阳能光伏 发电发展迅速。陕西作为我国西北经济社会发展的龙头身份，其光伏发电方兴未艾， 陕北、关中一带势头44、尤猛。本文以陕西电网的太阳能光伏项目和接入系统方案为基 础，从当前陕西电网太阳能光伏并网的现状入手，通过研究分析太阳能光伏并网对万方数据华北电力大学硕士学位论文电网的安全稳定运行带来的影响，研究其运行特性，寻找抑制其不良影响的应对措 施，消除其对电网安全稳定运行的不良影响，增强电网对太阳能光伏并网的适应性， 为电网公司积极应对光伏等分布式新能源接入提供重要的理论基础；以成本一效益法 作为研究的理论基础，引入光伏系统经济性的评价方法。从太阳能光伏发电的产业 链、光伏发电项目安装、运维、现金流量与资金的时间价值等方面，对太阳能光伏 发电工程(项目)进行分析研究，随后对影响系统经济性的因素进行了逐一45、分析，对 项目实施中可能存在的风险进行了识别。除了对接入后的安全稳定、并网经济性进 行分析之外进行分析研究之外，本文还结合当前日益突出的环境问题，以太阳能光 伏发电并网为切入点，分析研究分布式新能源并网的环境效益，并对未来陕西太阳 能光伏发电进行了展望，结合实际提出了可供借鉴的意见建议。第1章绪论。主要介绍了本论文所进行的研究的背景、目的和意义，同时对 当前国内外太阳能光伏发电领域的研究现状和发展动态进行了梳理和介绍。另外， 还对本文的研究思路、主要内容和整体框架结构等进行了介绍。第2章 光伏接入技术特性和效益分析理论。本章首先分析光伏发电出力基本 特性，并提出光伏发电对系统规划运行的影响，在46、此基础上总结提出光伏出力特性 指标。结合相关指标，对陕西光伏电站出力特性、效益等进行了分析。第3章 光伏发电现状与发展趋势。梳理了国外太阳能发电并网规划、运行方 面的实践和研究成果，分布式太阳能发电发展有关情况，对我国的太阳能发电相关 情况也进行了介绍和展望。第4章 陕西光伏基础数据及风光互补特性分析。在详细介绍陕西光照资源情 况的基础上，分析了风电、光伏发电之间的互补特性，对于衡量系统接入风光电源 难度、配置系统调峰备用容量有着积极作用。选取春、夏、秋、冬四个典型日，利 用实际出力特性数据，针对陕西光伏、风电规划装机分析风电、光伏发电的互补特 性。第5章 陕西光伏发电并网可行性及环境效益评估47、实证研究。本章以陕北某太 阳能光伏变电站财务分析评价为切入点，分析了陕西太阳能光伏发电所带来的节能 效益、环境效益。另外，还对上网电价政策对太阳能光伏发电站的影响进行了研究 分析，力求从多个角度讨论陕西太阳能光伏发电并网所带来的利好。第6章 结论和展望。本章主要对本文的主要观点和结论进行了梳理，站在全 局角度，对太阳光伏发电进行了展望，并提出了合理的意见和建议，为后续研究探 索太阳能发电并网提供可借鉴的资料。6万方数据华北电力大学硕士学位论文第2章光伏接入技术特性和效益分析理论21光伏发电出力的基本特性太阳能光伏发电的出力具有自己的特点，它和风能发电的出力相比，主要有两 个方面的差异：一方面，48、太阳能光伏发电和风能发电在机理上有所不同；另外一方 面，太阳能的强度变化规律、时空分部等与风能有所不同。太阳能光伏发电的出力 主要由太阳辐照所决定，晚上没有功率的输出。另外，因为受到云层遮挡等因素的 影响，太阳能光伏电站的出力有一定的波动性和不确定性。太阳辐射的种类主要可以分为三种，即反射、散射以及直射。太阳能光伏变电 站所在地的温度、太阳位置和太阳能光伏电池运行的状态等多方因素，决定了其在 某一时刻的出力。一般来说，太阳能光伏发电的日发电曲线是一条拱形曲线，这条 曲线通常状况下是中午时刻的数值为其峰值，当天的日落时间、日出时间为其边界。 一般来说，这条曲线在晴天相对来讲是比较光滑的，在阴天或49、者多云的情况下，云 层的遮挡会影响太阳辐照，太阳能光伏电站的曲线会产生一定的波动，但是其中间 高两侧低的基本趋势没有改变。不同季节的日照长度不一，夏天的发电时间长于冬 天的发电时间，所以冬天太阳能光伏发电的发电曲线区间普遍要比夏天的发电曲线 短。当前，所广泛应用的太阳能光伏组件大致有双轴跟踪方式、单轴跟踪方式和固 定式三种模式，发电曲线一定程度上受太阳能光伏组件不同模式的影响。所谓的太 阳能光伏组件的单轴跟踪方式，是指可以通过太阳的高度角位置，来实时跟踪东西 方向，这种模式下的发电曲线的两侧隆起的更快，每天所发的电量比固定式要高一 些；与单轴跟踪方式相比，双轴跟踪方式除了能在东西方向上跟踪太阳50、高度角，并 且还可以在垂直的方向上对整角做倾调，最大程度地确保太阳能发电系统能够在不 同的季节获得最大的出力。不同跟踪方式全年辐射量对比图21不同跟踪方式全年辐射量对比7万方数据华北电力大学硕士学位论文图2-2典型晴天和多云天光伏电站出力特性上图是太阳能光伏发电系统的典型晴天、阴(多云)天日出力曲线。从图中可 以清楚地看到，晴天的时候，太阳能光伏电站的出力时间在早上六点到下午六点之 间，正午的时候其出力最大，这种情况下的出力曲线非常光滑，很像数学中的正弦 半波；在多云或者阴天的时候，受云层遮挡的影响，使辐射的强度变化较大，进而 导致此时的出力曲线出现明显波动，出力时间也基本集中在早上六点到下午51、六点之间。22太阳能光伏发电对电网系统规划的影响221对电网规划的影响2211对电网系统电源规划的影响 如果分布式太阳能光伏发电系统的规模和所占的比例都比较大的时候，它对电源规划的影响和大型的太阳能光伏电站基本上是一样的。因此，本章节所研究的内 容，对分布式的太阳能光伏发电系统和大型的太阳能光伏电站都适用。对常规电源容量替代所产生的影响：所带负荷的电力供应可靠性是对电源规划的 基本要求，在日常的运维过程中，由于发电机组正常的检修维护、或者因外力导致 系统无法正常运行，从而带来的负荷缺电的概率，也就是我们所说的系统负荷缺电 率(LOLP)，要控制在一个合适的区间之内。发生相同的电源故障的情况下，52、在电 网系统负荷高峰时段的系统缺电的概率最大、所造成的缺额也最高，这是因为在负 荷高峰时段系统电力的需求最大。为满足电网系统的负荷需求，应熟知在负荷的高 峰时段，太阳能光伏发电系统可提供的稳定出力，这会直接影响当日其它常规电源 开机规模的大小，进而影响到常规电源的规划容量。从出力特点来看，太阳能光伏发电的出力比较大的时间区问为每天的早上十点 到下午两点，天气晴朗的情况下，其出力可达装机容量的80以上。可是，从负荷 特点来看，当前国内各网省电网的日负荷特点大多都具有白天、夜晚双高峰的特征， 并且晚高峰的负荷普遍要高于日高峰。晚上九点左右通常为晚高峰时段，这个时间万方数据华北电力大学硕士学位论文段53、基本上没有太阳能光伏发电出力，此时也就不存在我们所说的容量替代效益。随 着我国常规电源单机规模的不断增加，再加上电网系统自身调节能力的不断增强和 其自身规模的持续增大，一般情况下，这些机组的运行方式在白天不会发生改变。 另外，为了确保晚高峰的电力可靠供应，但是这个时段太阳能光伏发电系统不具备 发电能力，因此，实施太阳能光伏发电之后，并不能完全取代常规电源的装机容量 需求。对电网系统灵活电源需求的影响：从上面的研究分析可以知道，太阳能光伏发电 的特点是夜间不发电，白天发电。我国的陕西、甘肃、青海等西北地区的太阳能发 电规模较大，但是这些地区的负荷水平相对较低，并且甘肃、青海和宁夏等地区的 电力负54、荷峰谷差相对来说比较小，在太阳能的发电规模较大，同时，在白天太阳能 发电大发，这样就会大幅降低电网系统的净负荷水平，还有可能出现白天的负荷比 晚上符合低的情况，进而会大大改变电网系统负荷特性，最终会影响水电、火电等 常规电源的运行方式。比如西北省区的青海，通过测算预估可知其在2015年的日最 大负荷为700万kw左右，根据其电网的负荷曲线特点，其中午12点的电网负荷大 概为660万kw，晚上最低的负荷大约在580万kw，这两个时段的最大负荷差仅为80万kw。如果青海省的太阳能光伏发电装机达到100万kw以上，就会对影响到电 网系统的负荷特性，其等效负荷曲线就可能会出现白天低于夜晚的特点。电网系55、统 等效负荷的峰谷差，可能会随着太阳能光伏装机容量的不断增加进而被进一步扩大， 进而要求电网系统需要具有更高的调峰能力。另外，太阳能光伏发电的出力与天气的变化息息相关。在天气多云的情况下， 太阳能光伏发电的功率会出现剧烈、快速的变化，据相关研究数据表明，在多云天 气下，太阳能光伏发电功率的最大变化率，每秒钟可超过10的额定出力。在东北、 华北和西北等地，电源装机绝大部分是以火电为主。在太阳能光伏发电的规模不断 扩大，同时光伏发电出力发生快速波动的情况下，需要增加天然气发电、抽水蓄能 发电等灵活调节电源的建设规模(因为常规火电的调节能力不能及时追踪太阳能光 伏发电的变化)，从而可以提高整个电网系56、统的调节能力，进而可以满足太阳能光 伏大规模并网后的功率平衡。222对电网规划的影响2221大型光伏电站对电网规划的影响 我国的陕西、甘肃、青海和新疆等地可以充分发挥其沙漠区域较广以及太阳能资源相对丰富和稳定等优势，大力发展清洁能源，建设大规模的太阳能光伏发电基 地。由于这些荒漠化地区的负荷小，电网系统接纳太阳能光伏发电的能力非常有限， 需要通过超高压或者特高压输电系统，进行远距离输送，将其电能输送到中东部等 负荷密集的地区。当太阳能光伏发电的规模比较小的时候，主要经由高压输电线路9万方数据华北电力大学硕士学位论文输送到本省负荷中心，还需要同时加强省内的高压电网建设；随着太阳能光伏发电 的规模57、不断扩大，需要同时加强区域电网内省际电网之间的互联，以将太阳能光伏 发电送入区域电网内进行消纳；当其规模进一步增大的时候，还应加快建设跨区域 电力外送通道，实现电能的大规模跨区外送。与此同时，还应该全面考虑水电、火 电和风电等各类电源的配合，进而提高输电的利用效率，实现区域内光伏发电与水电、火电和风电的打捆协调外送。2222分布式光伏发电系统对电网规划的影响 随着分布式太阳能光伏发电系统的并网，会对区域电网的配电网规划带来很大的影响。 在用户侧大规模接入分布式太阳能光伏电源，将深刻影响配电网的结构，并且使电网的负荷增长和分布情况很难预测。同时，还会改变配电网的潮流方向，将潮 流方向从单向变为双58、向；除此之外，配电网频率、电压的稳定性，以及其所配置的 继电保护配置和调度运行，都会受到影响。因此，配电网的结构设计和协调等方面 的问题就迫切需要解决。23光伏发电对系统运行的影响231对电网安全稳定运行的影响(1)对电网电压和稳定性的影响 随着光伏发电容量所占的比例不断增大，光伏发电系统就会影响系统配电网的电压控制，还可能影响电网系统的安全稳定。例如，如果我们在某个区域电网的大负荷区 内，投资建设并上网运行了大量的光伏发电系统，Fh于该地区的日照特性基本相同，所 以假设该区域的日照发生突然变化，比如日照强度突然减少，那么该地域的太阳能 光伏发电的功率将会突然大大减少，该地区就会出现很大的功率59、缺额；如果这一变化带来的功率缺额很大，就会使该地区的电压质量普遍受到影响，甚至会对电压的安全 稳定性带来较大的不利影响。所以，要是在负荷密集区大力发展太阳能光伏发电，就 应该提前预估好其可能对电网稳定性和电压所造成的影响，将太阳能光伏发电系统所占的比例控制在一个合理的区间。(2)对电网频率的影响 随着太阳能光伏发电容量占电网内总发电量的比例不断地增大，再加上其本身所具有的随机性，会给电网内的频率带来波动。如果某电网系统大部分使用火电机组 作为一次调频机组，那么太阳能发电出力变化所带来的频率波动，就会对汽轮机叶片 等一次设备的运行寿命造成不利影响。同时，为了确保今后能够更好地接纳大规模、 大容量60、的光伏并网发电系统所发电能，其电网系统内须有足够的调峰电源，而且还能够满足其电能的时变性。10万方数据华北电力大学硕士学位论文232对电能质量的影响(1)对电压质量和控制的影响 光伏并网发电系统会给高压输电网和配电网的电压质量和控制带来影响。通常，集中供电的配电网呈现辐射状。在安全稳定的运行方式下，其电压沿馈线的潮流方 向持续降低。在光伏电源接入配电网接之后，就会升高沿馈线各负荷节点处的电压， 这是由于馈线上的传输功率的减少，这就可能导致配电网馈线上某些负荷节点的电 压发生偏移或超标。另外，日光照射很大程度地影响着光伏并网发电系统的运行，光 伏发电量经常发生变化，但是配电网中一般是通过电容电抗61、器的投切来调节电压，除 此之外通常没有别的动态无功调节设备，如果这类太阳能光伏发电量所占的比例较大， 配电线路上的负荷潮流会随着光伏发电的易变性而产生波动且发生较大变化，进而使 电网运行时的电压调整难度增加，如果调节不好，就会导致电压超标。太阳能光伏并 网发电系统的容量大小、安装位置等因素，决定了其对于电网系统电压的影响程度。 当某地电网内的光伏并网发电系统所占的比例或规模比较大的时候，因辐射量突变等 因素使太阳能光伏并网发电系统的电源急剧减少或瞬间失去，通常来讲，当地的配电 变压器须提供这部分功率，将会导致其安装母线处甚至整个配电网的电压骤降，这样 会对电网系统的电能质量带来较大的破坏。(262、)谐波污染 太阳能光伏并网发电系统所生产的直流电，需要经过逆变，被转换称为交流电，然后并入电网，这是会产生谐波，对交流侧的电网带来谐波污染。如果滤波器的设计良 好，并且电网内的光伏并网发电系统规模较小的时候，其并网发电所产生的谐波污染 一般能被控制在合理的范围内。可是，在今后的电网运行过程中，光伏并网发电系统 的规模和占电网内总发电量比例会不断扩大和上升，我们就必须要重视有关的谐波管 理。如果交流侧来自多个谐波源的能量发生叠加，就有可能达到电能质量不可接受的 谐波含量。除此之外，如果电网系统内包含有多个谐波源，系统内就可能产生高次谐波 的功率谐振。233对调度运行带来的影响(1)增大断面交换功63、率的控制难度 光照强度等因素对光伏并网发电系统产生较大的影响，导致光伏并网发电系统向交流电网输送的功率一直在不断地发生变化。如果有容量或规模较大的太阳能光 伏并网发电系统存在于某一输电断面的某侧电网内，就会使该输电断面的功率出现波 动，这将给断面两侧电网系统间的交换功率的平稳控制带来不利影响。(2)制定日发电计划的困难增大 以往以火电、水电等为主的传统的电网系统发电计划，特别是日发电计划，主要靠万方数据华北电力大学硕士学位论文的是对电网负荷的精准预估。但是，由于太阳能光伏发电系统的发电量受气候等因 素影响显著，使得整个电网系统的负荷总量具有随机性和时变性。进而给电网的日发 电计划的合理制定，造64、成了较大的困难。(3)对电网调控带来挑战 由于太阳能光伏发电系统受气候等外界因素影响比较大，会使配电网侧的能量管理面临极大的挑战，加之其投资人和电网公司系多个不同的经济实体，所以可能经常 会根据其自身需要来启动、维护和停运其所运维、投建的太阳能光伏并网发电系统， 这就大大增加了电网公司调控电力的难度。当然，如果高压输变电网络有大规模大 容量的太阳能光伏并网发电系统并网，同样的问题也会出现在高压电网管理者的面1上日|J o24光伏发电出力特性指标有两个主要的因素决定了太阳能光伏电站在全年的自然出力特性，其中一个因 素是气温，气温越低越利于光电进行转化；另外一个因素是太阳辐照，如果太阳辐 照数越高65、，那么该光伏电站的出力就会越接近峰值功率。从影响的快慢来说，因太 阳辐照受到云层移动等的影响而具有相对较快的变化率，气温相对来说变化较慢。为较好地提取光伏电站出力的统计特性，满足电力系统规划和运行分析的需要， 本文建立3个层次的7个指标，如表21所示。表21太阳能发电出力特性指标体系层次 指标 用途 月平均出力系数分析自然出力下光伏发电各月电量分布情况 光伏出力出力变化率 校核系统负荷跟踪能力衡量在进行电力平衡分析时， 容量置信度光伏电站可为系统提供的保证出力光伏与负荷调峰需求度 评估由于光伏电站并网， 系统新增的调峰容量需求95风光最大出力系数光伏与风电 95风光最小出力系数综合评价光伏与风66、电出力的互补性 风光联合出力变化率(1)光伏出力月平均出力系数，是指在考虑太阳能光伏发电自然出力的情况下，将每月逐时 点的光伏发电出力系数取平均值后得到月平均出力系数。这项指标主要用于分析自 然出力下光伏发电各月电量分布情况。出力变化率，是指在分钟级的时间尺度研究全年的光伏电站出力变化率，并研 究变化率的概率分布情况。这项指标主要用于校核系统负荷跟踪能力是否能够满足zkq20160118万方数据华北电力大学硕士学位论文大规模光伏电站出力变化的要求。为便于计算，定义分钟级出力变化率如下：分钟级出力变化率=拦塑型荛罱主嘉掣c2舢有关研究资料表明，我国目前投运的太阳能光伏电站最大出力变化率一般在每分67、钟百分之二十至七十之间(西藏羊八井100千瓦光伏电站，最大出力变化率为70； 浙江250千瓦屋顶光伏工程，最大出力变化率20)。(2)光伏与负荷 容量置信度，就是按从大到小的顺序，把负荷高峰时段的光伏电站出力系数进行排序，太阳能光伏电站在某一保证率下(例如95)的最小出力系数。其公式和 示意图见下。I尸y=刀j臆m)_o95(22)0X100l 0n100蓬R霎哥基 米容量置信度0095 1累积概率图2-3 光伏电站容量置信度示意图这项指标主要用于衡量在进行电力平衡分析时，太阳能光伏电站可为系统提供 的保证出力。调峰需求度：将等效负荷曲线的峰谷差与原负荷曲线的峰谷差相比较，如果等 效负荷下的峰68、谷差变大了，则记录该日系统调峰需求的变化量。把调峰需求变化量 从小到大排序，在某一保证率下(如95)的最大调峰需求变化量。最大调峰需求 变化量除以光伏电站装机容量即为光伏电站的调峰需求度。调峰需求度的公式表达 和示意图如下所示。zkq20160118万方数据华北电力大学硕士学位论文r肘卯VBR)_o95(2-3)螺、咖1灌夔篚i匿薇状薹i耋|墓扛些要塞茎j二二二：一一S一果【一，一，一米一一一一一一一7一(1)季(日)特性 根据统计分析，陕西光伏的年利用小时数为1530小时。从光伏出力的季特性看，陕西光伏各月的平均出力在O14-019之间，其中6月平均出力最大，12月平均出 力最小。总体来看，69、陕西光伏的季特性为春夏两季大，秋冬两季小。典型晴天、多云天日出力曲线如下图所示，晴朗天气光伏电站出力形状类似正 弦半波，非常光滑，出力时间集中在7点到19点之间，中午时分达到最大，而多云天气由于受到云层遮挡，辐照度数据变化大，导致光伏电站出力短时间波动大。14zkq20160118万方数据华北电力大学硕士学位论文08：庶：|乒一善一j毛 i06一父Z： JHV!+一t。j02，一一一102一r-1，、 ，；一一f一，jo! 一。F型-x。 l0 l。一。Zj!。一。J00：0006：001 2：00 1 8：00 00：00 00：00 06：0012：00 18：00 00：00图25陕西典70、型晴天和多云天光伏电站出力特性(2)出力概率分布 不考虑夜间光伏电站出力为零的时段，仅对白天的出力概率分布进行统计分析。下图给出陕西光伏出力水平的概率分布，光伏出力低于装机容量10的概率为464，低于装机容量20的概率为658；而全年光伏电站出力超过装机容量70 的概率为0。概率分布 。如钙如筋加m5O 90 80-907080607050-60405030-402030 10-20琶伏逆变器寿命：ll 52【)二5，伏乡Hf：寿命il25303)353540隧髓经还时问a l2lf)T 5夫型光伏l乜站建设j菠本 2 535 215，f瞅死W一1、南欧光伙发l。瞧成本01 4020()10071、17 f)昕()12f欧，乏f kW沁一1)辩荨欧一粥：j、，l!f齐f；逢j勺，lq，匕伏035022015发IU如E奉f【坟，Lk、Vh一1 j(2)光热发电 光热发电的技术发展趋势是大规模化(包括槽式、塔式等)、与常规火电厂联合运行、分布式热发电、光伏一光热联合利用等方面。 以美国为例，目前在运的光热发电电站的基本技术经济参数如表24所示。表35光热发电技术经济性汇总(美国)槽氏 塔式 碟式 投资成本(美元千瓦时) 23002500 2500-2900 5000800026万方数据华北电力大学硕士学位论文发电成本(美分千瓦时)I12 15 I30未来太阳能热发电的技术发展任务主要是使发电72、的平均成本比目前能降低50 左右，总体在2025年左右能达到与燃煤发电相当的水平。具体对不同的太阳能热发 电技术来说：(1)发展塔式发电技术，使其在大规模发电市场上可以承担腰荷到基荷发电， 成本能够与传统的化石燃料发电技术竞争，平均发电成本达到004-,006美元千瓦 时：(2)发展抛物面槽式发电技术，使其能够作为分布式发电承担腰荷发电，成本能够与传统的化石燃料发电技术竞争，平均发电成本达到004O06美元千瓦时；(3)发展碟式斯科林系统，使其能够在特定市场作为分布式发电，在偏远地区 和乡村发电市场中应用。在城市中可以用于腰荷及分布式的冷热电联供系统。32我国太阳能光伏发电的发展现状与规划3273、1太阳能光伏发电的发展潜力我国太阳能资源非常富足。据统计，国内每年地表的太阳辐射能约为147x108 亿千瓦时，相当于燃烧49万亿吨标准煤释放的热量，大约相当于上万个三峡发电工 程发电量的之和。全国各地每年的太阳辐射量达到9332330千瓦时平方米，中值 大约是1620千瓦时平方米。图3-3国内太阳能资源分布图(单位：千瓦时平方米)从我国太阳的年辐射总量分布来看，西藏、青海、甘肃、宁夏、山西、陕西北 部、四川西部、新疆中南部、内蒙古中西部等地区的太阳辐射总量非常大。国内太阳能资源的分布特点是：N22。N350这一地带是太阳能的高值中心和低27万方数据华北电力大学硕士学位论文值中心，四川盆地是低74、值中心，青藏高原则是高值中心；太阳的年辐射总量，东部 地区低于西部地区，除了西藏和新疆两个自治区以外，大多数是南部低于北部；由 于我国南方大多数地区的云雨雾天气较多，在N300,-,N400这一地带，太阳能的分布 情况与一般的太阳能随纬度的变化而变化的规律完全相反，太阳能是随着纬度的增 加而增长。依据接受太阳能辐射量的大小，我国可分为五类地区。前三类地区每年的日照 时数会大于2200小时，年日照时数是指太阳全年在垂直于其光线的平面上的辐射强 度大于等于120Wm2的时长。光伏发电利用小时数则主要依据年辐射量折算，首先 将年辐射量折为标准曰照条件(1kWm2)下的日照小时数，将得到的标准小时数乘75、 以光伏发电系统效率(非光电转换效率，而是光电板以外的系统效率)即为年发电 利用小时数。以一类地区2330 kWhm2年辐射量为例，如果考虑80的系统效率，则 其年发电利用小时数为1864小时。每年的辐射总量会高于1390千瓦时平方米， 是国内太阳能资源富足或较富足的地区，面积也比较大，大约占到国内太阳能资源 总面积的23以上。我国西北部的青藏高原、甘肃北部、宁夏北部和新疆南部等地区的年日照时数大约是3,200-,3，300小时，年辐射量约为1，860-7， 330 米，相当于燃烧225285千克标准煤燃烧所释放出来的热量，是国内太阳能资源最 富足的地区，太阳能的利用条件良好。表3-6 我国太76、阳能资源辐射量分省分类 地区 年日照时数 年辐射量分布省份分类 (小时) (千瓦时平方米)一类 32003300l 8602330青藏高原、甘肃北部、宁夏北部、新疆南部 内蒙古西部、宁夏南部、甘肃中部、青海东二类 30003200 16301860部、西藏东南部、新疆北部、河北西北部山东、河南、河北东南部、山西南部、吉林、 三类 22003000 13901630辽宁、云南、陕西北部、甘肃东南部、广东南部、福建南部、江苏北部、安徽北部 四类 1 4002200 11601390 福建、浙江、广东部分地区五类 100014009331160 四川中东部、贵州粗略预估我国现有建筑屋顶面积总计约4077、0亿平方米，如果把1用来安装光伏 系统，可安装太阳能光伏发电装机容量大约为3550-6620万千瓦，每年的发电总量287-,543亿千瓦时。国内的荒漠化土地面积约为264万平方公里，干旱区的荒漠化 土地面积为250多万平方公里，基本都处在光照资源富足的西北地区。如果利用我 国戈壁和荒漠面积的3来计算，太阳能光伏发电可利用资源潜力可以达到27亿干万方数据华北电力大学硕士学位论文瓦，每年的发电量大约可达到41万亿千瓦时。太阳能光伏发电除了受到太阳能资源的约束，还受水资源的约束。当前太阳能 光伏发电技术平均用水量与湿冷火电机组基本一致，大约是空冷机组平均水平的5-6 倍，如果在缺水的区域发展太阳能光78、伏发电项目，也必须将此区域发电用水纳入当 地全社会用水平衡综合进行考虑。322我国太阳能发电现状与规划3221我国太阳能发电到2011年底，全国太阳能光伏发电装机总容量为214万千瓦，同比增长了723，基本分布在西北、华东和华北电网地区，装机容量分别为162万千瓦、28万千瓦和19万千瓦，占全国风电总装机的754、131和89。201 1年太阳能光伏发电净增容量是1 88万千瓦，基本分布在西北、华东和华北 电网，发电净增容量分别是151万千瓦、17万千瓦和17万千瓦，占全国太阳能光伏 发电净增容量的803、90和90。2010年和2011年我国各电网太阳能光伏发 电装机容量情况见下图。踟加踟加79、0巨北 囝20lO年2011图34 2010年和2011年底全国太阳能发电装机分布从各省的情况来看，国内太阳能光伏发电装机规模最大的7个省区分别是青海、 宁夏、江苏、甘肃、安徽、西藏和山东，共计太阳能发电并网规模达到了199万千 瓦，大约占到国内总规模的928。青海的装机规模达到了96万千瓦，占国内的448，居国内第一位。全国各省(直辖市、自治区)太阳能九伏发电装机情况如下 图所示。29万方数据华北电力大学硕士学位论文一j鎏|。!i|慈鎏iiij溪羹|藜慧鋈iji一一I藜蓥_1 ooL一逶l童漤鬻羹羔鬻攀燮登攀戮攀二 一羔翌-二攀一二一羔翟妻8。i一。1：；：。_ _溪爹。“：i ji寥i溪鎏80、_一i蒸_；灏，I _紊?“Ii蓁曩斟臀：裔学ilI整|翌警j誊|j篷 羔0_图3-6 我国太阳能发电的类型(截至2011年底)目前，从太阳能发电技术发展情况来看，国内已经掌握了晶硅和薄膜光伏电池 产业化的技术，并且在塔式、槽式太阳能热发电技术方面取得比较大的进展。国内 首个兆瓦级太阳能热发电项目一一中科院电工所15MW八达岭塔式光热示范项目，该项目在2012年11月正式开始建设。国内首个太阳能热发电商业化项目一一鄂尔多斯5万千瓦槽式太阳能热发电站项目，该项目也在2011年4月完成了特许权的示 范招标。3222太阳能发电有关规划依据国家发改委在2012年8月公布的太阳能发电发展“十二五”规划、81、可万方数据华北电力大学硕士学位论文再生能源发展“十二五”规划，提出了太阳能资源富足且具有荒漠和闲散土地资 源的地方，建设一些“万千瓦级的大型太阳能光伏电站；大力发展和建筑物一体 化的分布式并网太阳能光伏发电系统，大力提倡在交通、通信、照明等领域采用分 散式的太阳能光伏电源，并且探索发展太阳能热发电技术。此规划还提出，到了2015年，太阳能的发电装机将达到2100万千瓦，这其中 包含建成太阳能光伏电站装机1000万千瓦、太阳能热发电装机100万千瓦，并网和 离网的分布式太阳能光伏发电系统的装机容量达到1000万千瓦。到了2020年，太 阳能发电装机将达到5000万千瓦，这其中包含建成光伏电站装机82、2000万千瓦、太 阳能热发电装机300万千瓦，并网和离网的分布式光伏发电系统装机容量达到2700 万千瓦。表37太阳能发电建设布局(单位：万千瓦)发电类别2015年规划装机2020年规划装机1太阳能电站 1100 2300 光伏电站1000 2000 光热电站 100 3002分布式光伏发电系统10002700合计 21005000依据上述的规划，分布式光伏发电系统装机规模占太阳能发电总装机的占比将 会从2011年的269，上升至2015年的476、2020年的54。太阳能光伏电站 的占比将从2011年的73，下降到2015年的476、2020年的40。长期来看， 因为资源、场地的约束，以后83、分布式光伏发电系统的发展空间还是非常有限的，国 内以后更大规模的太阳能发电开发，依旧需要靠集中式开发的大型太阳能光伏电站 和太阳能热发电站。一 够图372015年、2020年我国太阳能发电的类型万方数据华北电力大学硕士学位论文将来国内的大型太阳能电站主要分布在西部和北部地区，大约占我国规划总规模的 一半；分布式太阳能光伏发电主要分布在中东部的广大地区。综合考虑国内的太阳 能资源分布情况、太阳能发电项目前期工作、还有国家和地方的发展规划等，2015 年2100万千瓦太阳能发电，2020年5000万千瓦太阳能发电开发分布如图38所示。 按开发分布情况来看，西北地区由于大型太阳能光伏电站的迅速发展，84、占国内太阳 能发电装机的占比达一半以上，西北地区作为国内最主要的太阳能发电开发地区的 地位将会长期保持。“三华”受端地区由于分布式太阳能光伏发电系统的迅速发展， 占国内太阳能发电装机的占比会在2020年之前占30左右。，j、L4 8201 5年 2020年l、图3-8 2015年、2020：年我国太阳能发电布局工业和信息化部在2012年2月出台太阳能光伏产业“十二五”发展规划， 伴随着太阳能光伏发电技术水平的提高，造价成本的降低，光伏上网电价水平预估 也会逐步进行调整。预计到201 5年，光伏组件成本将会下降到7000元千瓦，光伏 系统成本将会下降到13万元千瓦，发电成本也将下降到08元千瓦时85、；预计到2020 年，光伏组件成本将会下降到5000元千瓦，光伏系统成本将会下降到1万元千瓦， 发电成本也会下降到O6元千瓦时。33陕西光伏发电概况近年来，陕西省按照国家西部大开发的方针政策，积极实施陕西大开发战略。 根据西北电网公司编制的西北电网滚动规划中的电力需求，陕西电网2010年需电量844亿kWh，最高负荷为15100MW；2015年需电量1240亿kWh，最高负荷为22200MW；2020年需电量1780亿kWh，最高负荷为32000MW。表38陕西电网电力电量需求预测表 水平年项目2008201020152020负荷(MW)11990151002220032000电量(亿kWm)86、719 844 1240178032万方数据华北电力大学硕士学位论文表3-9陕西电网年负荷曲线月份123456p最大负荷 887837807803799963月份78910 ll12 888最大负荷 997954804839969100表310陕西电网典型日负荷曲线时间 l2 3 45 6 7 8 夏季 809795783768769 785819841 冬季 785775772769771794834823 时间 9 lO 1112 13 14 15 16 夏季 898919937922912914929928 冬季 886892899885855868874868 时间17 18 19 287、0 21 22 23 24 夏季 954947928935 100968 897 855 冬季 912971 100984965915 853 802注：r夏=0884，丫冬=0865；p夏=O768，13冬=0769政策支持对光伏发电的推动影响很大，财政部、住建部相继出台了“金太阳”、 “金屋顶”等光伏发电补贴和支持政策。陕西发改委制定一系列措施推进太阳能发 电产业加快发展，其中包括积极推进光伏发电集中式和分布式并举开发的新格局， 重点拓展分布式光伏发电应用，推进光伏发电产业由陕北向关中、陕南地区全部展 开。2012年lO月31日娄省长主持召开光伏产业会议，要求从20132015年每年在 陕88、北上100兆瓦集中式光伏发电，并计划在2013年一2015年，平均每年大约新增光 伏发电装机容量1GW，到2015年总装机容量将会达到35GW。2013年4月16日， 陕西首个分布式电源项目一陕西中天佳阳新能源开发有限公司一期1000千瓦光伏 发电站在商洛正式并网；2014年4月16日，陕西最大光伏发电项目开工，总的装机 容量达到20万千瓦，预计于2014年底全面建成并上网发电。目前在陕西省的咸阳、渭南、商洛等地区相继有几十户居民及其他客户办理了 分布式光伏发电业务，总装机容量达306兆瓦。陕西省分布式光伏发电具有很大的万方数据华北电力大学硕士学位论文潜力，按陕西省城市居民450万户统计，户均89、拥有屋顶面积8平方米、利用率30 估算，可布置太阳能面板1080万平方米，按每千瓦72平方米太阳能板面积计算， 城市居民屋项光伏潜在发电容量可达1500兆瓦。按农村居民500万户统计，户均拥 有屋顶面积36平方米、利用率30估算，可布置太阳能面板5400万平方米，农村 居民屋项光伏潜在发电容量可达7500兆瓦。按陕西省工业、商业厂房屋顶面积预计 约980万平方米、利用率30估算，可布置太阳能面板294万平方米，厂房建筑光 伏潜在发电容量可达410兆瓦。以上三种光伏发电方式的潜在发电容量总计可达9410兆瓦。34存在的主要问题(1)太阳能发电等发展布局亟待统一规划。由于国家太阳能发电发电规划只确90、 定了2015年、2020年全国总的太阳能发展规模和不同的太阳能发电类型的规模，并 没有确定各省区太阳能发电发展规模，加上受到在2011年7月24日出台的国家太 阳能光伏发电上网电价政策激励原因，太阳能发电建设出现了“爆发式”增长的态势。 仅2011年第四季度，太阳能资源富集的青海和宁夏就有143万千瓦光伏发电集中建 成投产，而此前两省累计并网容量仅为27万千瓦。这种“爆发式”的增长导致项目设 计与施工、设备制造与采购、项目管理与运行等各个环节都承受很大压力，既不利 于太阳能发电产业可持续发展，也不利于太阳能资源和土地资源的高效利用。(2)大规模光伏发电的配套电网建设滞后，市场消纳存在问题。国91、内适合建设 大规模的太阳能电站地区，主要集中在西部和北部的大多数地区，这些地区大多地 域范围广，电力负荷水平低且分布不均，网架结构较薄弱，大规模太阳能发电的消 纳和送出存在一定难度。另外，各地太阳能光伏发电的发展规划主要是由省政府主 导完成，大规模太阳能光伏发电电网的建设和市场的消纳需要与之相配套的具体规 划方案，这是目前我们缺乏的。以青海省举例，规划的太阳能光伏发电项目主要分 布在海西州地区的柴达木盆地，但目前省内、区域内以及跨区送出消纳市场尚不明 确，柴达木盆地本地负荷水平仅40万千瓦左右，但并网太阳能装机己过百万千瓦， 大规模开发的太阳能发电项目陆续并入海西电网以后，将会超出海西电网现有92、的系 统消纳规模，现在无法完全就地消纳，存在外送能力不足的矛盾突出。随着太阳能 发电规模的不断增大，太阳能光伏发电基地存在着与风电基地相同的远距离、大容 量外送需求。(3)问题最为突出的就是大规模太阳能光伏发电的电源配套调峰。太阳能光伏 电站的时段性、随机性、间歇性的发电特性，需要电网给其提供额外的调峰容量， 因此在我国大规模开发太阳能发电项目的时候，也需要考虑与之适应的调峰电源的 建设，但我国太阳能资源富集的西北等地区调峰能力不足，煤电装机中供热机组比 重大，其在供热期煤电调峰能力受到限制，受多目标水库调度的影响，水电站调峰34万方数据华北电力大学硕士学位论文能力受到制约，加上风电的大规模发93、展，系统调峰平衡问题更加突出。(4)太阳能光伏发电大规模发展也会对电网的安全稳定运行造成很大影响。太 阳能光伏电站具有时段性、随机性、间歇性的特性，给电力系统安全稳定运行带来 很大的挑战。当前，我国太阳能光伏发电站大多数处于自由运行的状态，自动化、 智能化的水平相对比较低，基本上不具备低电压穿越、有功无功调节、发电功率预 测和发电计划申报的能力，无法给电力系统的安全稳定运行提供保障支撑。大规模 的太阳能光伏发电并网，可会使配电网中的潮流能由下一级电网向上一级电网输送， 对配电网的潮流控制、电能质量保证、短路电流控制、安全可靠运行、无功电压调 节等带来新挑战，太阳能光伏电站大规模的集中并网会对电94、网调峰、调压、稳定性、 电能质量和调度运行带来的影响越来越明显；太阳能光伏电站比较容易受电网扰动 影响而大规模的脱网，对电网造成二次冲击，电网出现严重故障的时候，太阳能光 伏电站运行策略不当会使得电网电压难以控制。除此之外，太阳能光伏发电带来的 谐波和电压波动在会对直流输电工程和电气化铁路供电工程安全可靠的运行造成一 定程度上的影响。(5)光伏发电项目的存在并网标准缺失的问题。目前，国家已经出台了风电并 网及运行方面的多项规范及技术标准，但太阳能光伏发电并网和运行方面，只有国 家电网公司编制并发布的光伏电站接入电网技术规定、 光伏电站接入电网测 试规程等企业标准，国家还未出台太阳能光伏发电并入95、电力系统的技术规定、运 行规则和调度管理的相关规范及技术标准，太阳能光伏发电的发展与电网发展的协 调难度比较大，发电计划与调度管理工作缺乏相应的依据和考核办法，这些方面的 原因也不利于国内太阳能光伏发电行业的稳健发展。万方数据华北电力大学硕士学位论文35本章小结本章全面梳理了国外太阳能发电并网规划、运行方面的实践和研究成果，分布 式太阳能发电发展有关情况，对我国的太阳能发电相关情况也进行了介绍和展望。 伴随着世界各国对太阳能光伏产业政策的全力支持，太阳能光伏产业在世界上将会 得到快速的发展。我国的光伏企业可以说是几经沉浮，目前随着各地补贴和运行管 理细则、政府帮扶政策等的相继出台，我国的分布式96、光伏市场开始从欧美“双反” 寒冬走向触底反弹。2013年光伏遭遇的行业性困境来自传统出口导向型经营模式在 欧美两大光伏市场“双反”制裁面前的不适应。针对这种情况，我国中央政府在这 一年多的时间里频频向光伏企业伸出“父爱”政策援手，加之中国企业家逆境求变 的商业精神，中国光伏产业逐渐从光伏组件出口受阻、国内需求不振的泥潭中抽 身，转而走上了“内需拉动型”的康庄大道。太阳能发电规划(2011-2015年)提出，到2015年光伏电站装机达到1000万千瓦，而目前仅陕西、甘肃、青海、宁 夏、新疆5省(区)投产和在建项目就有近800万千瓦，开展前期工作的项目还有1094万千瓦。36万方数据华北电力大学硕97、士学位论文第4章陕西光伏基础数据及风电出力互补特性分析41陕西光照资源的情况411我国的太阳能资源的理论总量和资源宏观分布情况我国位于北半球欧亚大陆东部，绝大多数地区均属于温带地区和亚热带地区， 日照的时间比较长，太阳能的资源相当丰富。根据我国建国后700多个气象台站长 期观测积累的数据表明，国内各地的太阳辐射总量约为每年335103840x103MJm：间，平均值大致为586x103MJm2，我国大多数地区的太阳能资源都 非常富集。详见中国太阳能资源分布见图41 H制。蠹一20卜一l：谴d翩0黧嘲一一；、霪s8。t-8620-”“口一；i|图41 中国太阳能资源分布图陕西的陕北地区太阳能开发98、和利用的条件非常好，此地海拔较高、阴雨天气比 较少、日照时间比较长、辐射强度很高、大气的透明度也很好，太阳能的资源分布 非常丰富。陕西每年的太阳总辐射总量约为4410MJm25300MJm2，太阳辐射分 布的年际变化也比较稳定，空间的分布特征北部高于南部，南部与北部相差大约为1200MJm2，高值区主要分布于陕北长城沿线地带和渭北东部地区，低值区位于关万方数据华北电力大学硕士学位论文中西部。薹薹袁阳麓瓷蠢较丰富援 太秘藐资藩V毅嚣 畚酗爱资源赞乏基 一s一、厂、“气一!猡。砀；Z、，?4螽州审。写壤爹。”、Mo、量踞精i：鲻事。多一：厂气：。确蟹串“二“惫=二窖一f_”=：=歹一鸯洛带图禾2陕99、西太阳能资源分布图位于陕西省最北部的榆林市，黄土高原的最北边，毛乌素沙漠的南部边缘地区， 海拔平均高度为1000m1500m。榆林区域的气候是中温带半干旱大陆性季风气候， 四季分明，日照强，昼夜温差大，每年的平均降水量为314mm-,486mm，每年的平 均日照时数大约为2600h-2800h，每年的日照率平均为60-64，每年的太阳总 辐射量平均为5000 MJm2,-,5200MJm2。太阳能资源富足，适合建设大型的光伏电 站。中电投公司在靖边建设的光伏电站工程总的装机容量约为10MWp。其主要任 务是发电。场址地处榆林市靖边县城东北10km处的北临九里滩村南，吴定高速公 路北，此地区可用100、土地面积约为O8 km2，光伏电站的占地面积约为O52 km2。场址 地处N 370 36 7 50”N 370 37 7 08”，E 1080 54 7 43”E 1080 55 7 21”，场址海 拔高度约1309m-1318m。站点地区地形开阔、地势平缓，周围无山丘及建筑物， 地貌类型属于黄河支流芦河流域的沙滩草甸。站点西仅7km处是吴定高速公路县城 出口，南有银青高速，交通便捷，运输便利。412中国荒漠光伏发电重点开发区域分布及实际开发潜力由于太阳能的能量密度较低，与传统的发电模式相比，光伏发电系统需要占用万方数据华北电力大学硕士学位论文的土地面积更大。目前，我国将与荒滩荒漠盐碱地等地101、区、城市建筑物相结合的小型光伏发电系统集中高压并网型光伏电站列为主要的发展领域。国内荒漠总面积为108万平方公里，其中沙漠、沙漠化和半沙漠化土地就高达85万平方公里H ，约 占荒漠总面积的四分之三。到2020年如果全国安装10GWp的光伏发电容量，并且 均安装到沙漠地区，按照1平方公里安装50MWp太阳电池来计算，只需要200平方公里面积的沙漠即可实现这一目标。而这还占不到全国沙漠和荒漠面积的万分之二点五。由此可见光伏发电荒漠地区的开发具有十分广阔的发展潜力。413陕西太阳能资源(1)陕西省区域概况陕西省地处E105029一-E111015和N31042一-N39035，东与黄河相隔、山西相望102、， 西与甘肃、宁夏相连，北与内蒙古相邻，南与四川、重庆相连，东南与河南、湖北 相接。陕西土地总面积约2058万km：，南北长870km，东西宽约200km-500km，2008年年末总人口为3762万人。 陕西地形复杂多样，西高东低、南北均高、中间较低，北部是陕北的黄土高原，中部为关中平原，号称“八百里秦JII”，南部是陕南秦巴的山地。省内山脉较多，主 要有太白山、化龙山、华山、终南山、白于山。陕西以秦岭为界，长江水系和黄河 水系分属南北河流，有汉江、丹江、嘉陵江和渭河、泾河、洛河、无定河等。陕西南北气候相差较大，横跨3个气候带。陕西南部属于北亚热带气候，陕北 大部分地区及关中地区属于暖温带气103、候，陕北北部长城沿线属于中温带气候。气候 总特点为：春季温暖干燥，风沙较多，雨水较少降，气温回升快但不太稳定；夏季 炎热，雨水较多，间有伏旱；秋季凉爽，空气湿润，气温下降较快；冬季寒冷，气 候干燥，雨雪较少，气温较低。陕西年平均气温为137。C，自东向西、自南向北逐 渐递减，陕北7。C11，关中1113，陕南1415。1月平均气温1135，最高气温428，最低气温一327，7月平均气温为2128，无霜期是160天-250天。平均年降水量在340mm-1240mm。降水量南多北少，陕南属于湿润区，关中属于半湿润区，陕北属于半干旱区。 榆林地处陕西最北部，位于陕甘宁晋蒙五省区的接壤地带。东与黄河相104、隔、山西相望，西与甘肃、宁夏相连，北与内蒙古相邻，南与延安相接。2008年榆林市常 住人口约33398万人。榆林是我国的能源化工基地，也是本世纪国内的能源接续地， 是西电东送、西气东输、西煤东运的重要源头地。陕西矿产资源丰富，国内已经发 现的8大类48种矿产资源，主要是煤、石油、天然气、岩盐等优质能源矿产资源， 分别占陕西总量的862、434、999和100。除此之外，高岭土、铝土矿、 石灰岩、石英砂等矿产资源组合的配置也较好，具有巨大的开发潜力。万方数据华北电力大学硕士学位论文(2)陕西光能资源陕西省的年平均日照时数大约为1270h-2900h，年平均太阳总辐射量是4410MJm2,-,53105、00MJm2。高值区主要分布在陕北长城沿线地带及渭北东部地区， 太阳的年总辐射量为5000MJmz5300MJmz，低值区主要位于关中西部，太阳的 年总辐射量为4400MJm2,-,4800MJm2。夏季太阳的总辐射量最大，是1553MJm2-1782MJmz，占年辐射量的3039。夏季太阳的总辐射有两个高值地区，一个 是陕北的北部，一个是渭北东的部。榆林地区日照时间长、日照强度高、阴雨天气少、地势海拔高、辐射强度大、 大气的透明度较好，每年的日照时数大约是2600h-2800h，每年的日照率平均为60-64，每年的太阳总辐射量平均为5000MJm2,-,5200MJm2，属太阳能资源比 较较106、富足的地区。42陕西电力系统现状及发展规划421电力系统现状地处西北电网东部的陕西电网在西北电网中占有非常重要的地位，主要以330kV输电网为主网架，1lOkV为配电网(有少量220kV电网)。其中330kV的输 电网东起华阴，南至安康，西到宝鸡，北至神木。省际(陕甘)问有4回330kV线 路与甘肃电网相连，其中，雍城一秦安、雍城一天水、雍城一眉岘、桃曲一西峰谷一回， 并通过330kV罗灵线与华中电网实现背靠背直流联网。330kV主网已覆盖全省lO 个地区。陕西电网结构依其地理分布、资源及经济特点，在关中地区形成了多个330kV 单环网网架，以关中电网为核心，通过330kV金一黄一延一榆一神线107、路、桃一延一 榆一神线路延伸至陕北，通过马一汉(汉中)线、柞一南双回线、罗一张线4回线路扩展到陕南的汉中、安康、商洛地区，同时通过4回330kV线路与西北甘青宁电网 联网。陕西电网属于比较典型的以燃煤火电为主的电网。关中地区电网集中分布了全 省接近90的火电电源容量，水电则集中分布在陕南。根据2009年9月中国电力 工程顾问集团西北电力设计院、西北电网有限公司编制的西北电网“十二五”电 网规划设计，截至2008年底，陕西全口径发电装机1704827MW，其中：水电192887MW，占1131；火电151194MW，占8869。全社会用电量达到719亿kWh。网内建成330kV线路总长度5791108、km，330kV变电站37座，总变电容量17070MVA；220kV线路总长度96km，220kV变电站1座，总变电容量240MVA。 陕西电网存在问题有： (1)电网结构比较薄弱。相对于当前电力需求增长较快的形势，电网建设相40万方数据华北电力大学硕士学位论文对滞后。(2)电源建设与电网建设的进度不协调。电力体制、投资体制改革后，电源 建设先于电网送出工程，电源和电网企业在项目初期阶段工作衔接不够，影响电力 输出。(3)火电小机组比重大，电源装机技术水平较低，供电煤耗高。 (4)环境保护任务繁重。422陕西电网系统规划(1)电力需求预测 根据2008年7月西北电网公司编制的西北电网20082109、012年滚动规划中电力的需求，2010年陕西电网年需量为844亿kWh，最高负荷15100MW；2015年的年需量为1240亿kWh，最高负荷22200MW；2020年年需量为1780亿kWh， 最高负荷32000MW。陕西电网电量需求预测见表41；年负荷曲线见表42；典型 目负荷曲线见表43。表4一l陕西电网电力电量需求预测表 水平年项目2008201020152020负荷(MW)11990151002220032000电量(亿kWm)719 844 12401780表42陕西电网年负荷曲线单位：月份123456p最大负荷 887 837 ：807 803 799 963月份78910 11110、 12 888最大负荷 997 954 804 839 969 100表43陕西电网典型日负荷曲线单位： 时间12345678夏季809795783768769785819841 冬季 785775772769771794834823 时问91011 12 13 14 15 16 夏季 8989199379229129l-4 9299284l万方数据华北电力大学硕士学位论文冬季 886 892899 885 855 868 874868 时间 17 18 19 20 21 2223 24 夏季 954 947928 935 100 968 897855 冬季 912971 1009849659111、15853 802注：Y夏=0884，丫冬=O865：13夏=0768，p冬=0769(2)电网规划 陕西电网按自然地理分为关中、陕南、陕北3个区域，其中关中电网为陕西电网的负荷中心。 西北电网“十一五”规划及2020年远景目标研究报告显示， 至2020年，陕西的关中电网将新增周至、新区等330kV变电所，接入就近相的对 应330kV电网；陕北电网中的延安榆林电网仍解列运行，榆林电网将形成两个330kV的南北双环网；陕南电网与主网仍有5回330kV联络线，汉中电厂以两回330kV线路接入城固变，新建城固南郊勉县330kV输变电工程。西北电网“十一五”规划及2020年远景目标研究报告显示，202112、0年西北 电网将形成甘陕断面4回750kV线路、甘宁断面2回750kV线路、宁陕断面2回750kV线路、新疆与西北主网断面4回750kV线路的电网结构。即至2020年，陕 西电网与甘青宁电网将有6回750kV线路、4回330kV线路相连。43陕西光伏与风电出力互补特，|生陕西风能、太阳能资源均较丰富，分析风电、光伏发电之间的互补特性对于衡 量系统接入风光电源难度、配置系统调峰备用容量有着积极作用。本章将对陕西省 的光伏发电出力与风电出力的互补性进行分析。选取2015年春、夏、秋、冬四个 典型日，利用2011年实际出力特性数据，针对2015年光伏、风电规划装机分析风 电、光伏发电的互补特性。为了113、使分析结果更具代表性和可参考性，分析时选取2015年作为目标水平年 (2015年光伏装机175万千瓦，风电装机容量1143万千瓦)。图43为2015年陕 西光伏发电、风电及两者叠加的典型日出力曲线。春季典型日：由图(a)可以看出，光伏发电出力呈典型的正弦半波状，2月10日最大出力约为177万千瓦；而风电在春季全天的出力都较大，光伏出力较大时 风电也基本处于大发状态，夜间无光伏出力风电出力也相对较小。夏季典型日：由 图(b)可以看出，光伏发电出力仍呈正弦半波状，8月2曰最大出力约为155万千 瓦；白天光伏出力较大时风电出力较小，夜间无光伏出力时风电出力较大。秋季典型日：由图(C)可以看出，10月114、3日光伏发电出力波动较大，日出力 曲线不再是正弦半波状，最大出力约69万千瓦；风电在白天和晚上的出力都较小。 冬季典型日：由图(d)可以看出，12月18日光伏发电出力仍呈正弦半波状，最大万方数据华北电力大学硕士学位论文出力约为58万千瓦；光伏出力较大时风电也基本处于大发状态，夜间无光伏出力风电出力也相对较小。W譬4000弧0M 6000l?厂。；麟ijiM妻aoo。il；一jl，“1，一!l30005-乎j j1V10002000!。，j：髫筝t，。ti谚；j?、 # 0争_憎、o-8：小，。j一?j2。0。一一一 、一，一，-n一一，、一，j一(a)2月10日(b)8月2日*巯电一一光俄一风115、光综台一，f”多彩蠢，”瓢；曩okI一一4：008：0012：00 16：00 20：C时刻(C)10月3日(d)12月18日_。图4-3陕西风电和光伏的典型日出力曲线总体而言，光伏电站的大出力时刻主要集中的8：0017：00之间；而风电的大出 力时刻随季节而变化。在光伏出力最大时刻，风电有可能达到最大出力，也可能出 力水平非常低。由此说明光伏出力与风电出力之间的互补性不明显。为了获取新能源发电最大出力在时刻上分布规律，对光伏电站出力、风电出力和两者叠加后综合出力的最大值在时刻上的分布情况进行了统计分析，结果如图44所示。43万方数据华北电力大学硕士学位论文(a)风电全年最大出力的时刻概率分布116、2520 。概率15分布一、土0、，5蓁囊。蠢羹，11囊瑟二鬟I羹蹶，I二：鎏IO3 4 5 6 7 8 9 lO 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 2l 22 23时刻 (b)风光综合出力全年最大时刻概率分布图4_4陕西风电与风光综合出力的日最大出力的时刻分布曲线由图44可以看出，陕西风电日最大出力在时刻上的分布较为平均，出现在23：00至次日凌晨2：00的概率相对较高。将风电出力与光伏出力进行叠加后，风光 综合出力的最大值主要集中发生在23：001：00以及11：0016：00，两个时段最大出 力出现的累积概率达到64。通过对比可以得出，风光综合出力最大值在时刻上117、的 分布较风电出力更为集中。图45所示为大出力时段(即23：001：00以及12：0017：00)光伏电站出力和风 电出力叠加后的综合出力在各个出力水平上的概率分布。可以看出，风光综合出力 低于总装机容量10的概率为34，介于10-20之问的概率为20，介于4050之间的概率接近20，而大于60的概率极小。万方数据华北电力大学硕士学位论文图45陕西风光综合出力在大出力时段的出力分布表44给出了一年中光伏和风光综合出力在各出力水平的概率分布。可以看出， 风光综合出力超过风光总装机容量60的概率极低。其中，风光综合出力小于风光 总装机容量10的概率为285；小于风光总装机容量20的累积概率为459118、； 而小于50的累积概率则达到了937，换言之，全年中绝大部分时间内，陕西风 光综合出力将会低于其总装机容量50。表44陕西光伏电站出力和风光综合出力的概率分布 风光综合出力与总装机的比值概率() 风光综合出力与总装机的比值 累积概率()O10285 102851020 175204592030-12530 58430409640 6804050257 50 93750606360100060700070 100070800O80100080900090100090100O0100100044本章小结(1)陕西属于中国太阳辐射能量比较高的地区之一，此地区晴天多、阴雨天45万方数据华北电力大学硕119、士学位论文少，光照时间较长、太阳辐射强度较高，太阳能资源富足，海拔地势高、大气透明 度比较好，年日照率约64，年日照时数高达2835小时，其特点为直接辐射多、 散射辐射少，非常有利于太阳能的开发利用。(2)陕西电网2011年光伏电站累计发电量约19亿千瓦时，同比增长13亿 千瓦时，增长率为219，占陕西全网整体发电量的019。2011年陕西电网光伏 发电利用小时数1480小时，受气象要素等影响，同比增加9小时。(3)截止2012年，现己核准准许上网光伏项目共计27项，总计910MW陆续 将拟于2015年建成投运。(4)陕西光伏电站大出力时刻主要集中在8：0017：00之间，而风电大出力时刻随季120、节而变化，造成光伏出力与风电出力之间的互补性不明显。(5)从全年来看，风光合计出力小于风光总装机容量的10概率大约是285； 小于50的累积概率达到937；综合出力高于60的概率较低。(6)陕西光伏出力与风电出力之间存在相互挤占消纳空间的现象，在光伏出力 最大时刻，风电有可能达到最大出力。万方数据华北电力大学硕士学位论文第5章光伏发电并网可行性及环境效益评估实证研究51光伏发电的经济效益评估现以陕西榆林靖边某光伏发电项目为例进行经济效益评估，其他工程类似。此 光伏发电项目建设规模是10MWp，每年可增加的上网电量约为111366万kWh。 以一回35kV线路送到当地的110KV变电所。规划工程121、的占地面积大约为487万 m2，固定资产总投资金额为2436031万元。参照国家发改委与建设部联合颁布实施的建设项目财务评价方法与参数(第三版)，考察该项目的盈利能力和贷款偿还能力，分析该项目的经济效益与所产生的费用，按照国家现行的税务管理制度和 价格体系及合理的数据进行全面预测评估、评价分析财务状况，为该项目的可行性 发展和财务盈亏模式提供正确的判断依据。511基础数据5111本项目投资总额及资金筹措 (1)根据项目记录，本项目建设期为1年，运行期25年，计算期取26年。 (2)项目投资总额本项目建设期内总投资为2232558万元，其中铺底流动资金为4928万元，单 位造价为2142958元122、kw。该项目的总投资情况为：资本金4465万元，以企业自 行筹资的方式解决；剩余1786058万元从银行贷款，按照复利结息，贷款期限为14年，贷款的年利率为595。 (3)项目主要设备清单表51项目主要设备清单序号设备名称 型号规格 单位 数量1光伏发电组件 多晶硅280Wp块360602并网逆变器 500kW厶211213直流配电柜 BL220厶50IZ：l4交流配电柜 380厶50口5升压变压器 D15100035厶10口47万方数据华北电力大学硕士学位论文6高压开关柜 DQ6535 厶10口7机电线路电缆216mm2千米 268控制电缆 075kw 千米 11910kV配电系统高Dyn-123、65 厶6口压开关柜10 箱式变压器 10kV二6S套11l运行工作站 南瑞系列 套112 五防系统 四方套113 故障录波系统四方套114 保护柜 南瑞系列 厶2口512项目财务评价5121盈利能力分析 该工程项目投资总额的税前财务内部收益率为789，投资回收期为1205年；本工程全部投资税后财务内部收益率为658，投资收回期约为1225年。项目其他指标如下所示：表5-2光伏变电站主要指标序号 经济指标名称 数值光伏发电项目投资总额12232558万元项目单位造价22142958元kW年运行小时数317182光伏发电站运维人员4 10人额定发电功率510MW自用电率61上网电价714 7t；124、光伏电站供电功率810MW年上网电量9 163568万kWh内部收益率(税前)1078948万方数据华北电力大学硕士学位论文内部收益率(税后)1l658投资回收年限(税前)12 1205年投资回收年限(税后)13 1225年投资利润率14 137投资利税率15 3565122清偿能力分析(1)借款偿还期。本项目按约定长期贷款条件还贷，本项目国内长期贷款暂按偿还期21年进行计算。 (2)还贷资金。光伏发电站的还贷资金主要包含还贷利润、折旧和摊销。 (3)还贷平衡计算 利息备付率=息税前利润当期应付利息100=(利润总额+当期应付利息)当期应付利息丰100 偿债备付率=可用于还本付息的资金当期应还125、本付息的金额*100=(息税前利润+折In+摊销)应还本付息金额*100 通过计算，本项目从第12年起，利息付率和偿债备付率均大于1。 (4)资产负债分析。项目在建设期内资产负债率适宜，最高达到6727，说明该项目具有较好的偿债能力。t5123盈亏平衡分析盈亏平衡分析又称保本点分析是指在项目达到设计生产能力的条件下，通过盈 亏平衡点分析项目成本与收益的平衡关系的一种方法。盈亏平衡点生产能力利用率=年固定成本(年含税营业收入一年可变成本年营 业税金及附加)其中，第11年盈亏平衡点生产能力利用率=12398，第12年盈亏平衡点生产 能力利用率=239，通过计算生产能力利用率，在营运期的第11至12126、年期间，能 实现盈亏平衡，在营运期的第12年往后该项目适应发电量变化的能力增强，抵御 抗风险的能力也增强。5124财务评价结论 由于光伏发电项目属于新兴产业，参考资料建设项目经济评价方法与参数(第三版)中也未对该项目的基准收益率作出过明文规定，故本报告的财务评价是49万方数据华北电力大学硕士学位论文参考风力发电基准收益率来计算的。 本财务评价，采用动态分析的方法，执行现行财务会计制度进行测算。项目全部投资额税前财务内部收益率为789，风力发电基准收益率5，该项目的盈利能力明显高于风力发电。 通过对本项目的方案进行分析表明，在项目建设运营过程中，如果业主能够充分考虑项目的多种因素，充分利用国家政127、策对此项目的优惠，同时积极申请清洁能源收益，该项目的收益水平会有较大的提高。52环境效益分析下面，主要通过光伏发电取代部分火电的节能效益以及光伏发电取代火电的 C02和S02减排的效益，进行环境效益评估分析。521光伏发电替代火电节能效益分析光伏发电并网后，光伏发电发电取代部分火电发电量，减少国家矿产资源煤炭 的消耗。光伏发电并网后国家煤炭消耗减少，不仅节能效益非常明显，同时也将减 少人们对矿产资源的过度开采。在进行光伏发电的节能效益分析时，系统电力电量需求、电源装机均按全口径 考虑。陕西按照最大负荷2353万千瓦，水电装机330万千瓦，火电装机3628万千 瓦，接纳主网功率200万千瓦，风电128、开发规模300万千瓦考虑。在光伏发电利用率95前提下，2015年陕西电网光伏接纳能力为175万千瓦。2015年冬季陕西水电调节能力在83万千瓦149万千瓦之间，从下图中可以看出， 在0点18点之间，风电和光伏大发，水电调节到最低出力，18点以后负荷晚高峰 到来，水电开始多发；火电机组承担了大部分的调峰。受系统调峰能力不足影响， 凌晨时间段出现弃风，中午时间段出现弃光。50万方数据华北电力大学硕士学位论文-弃光 弃风负荷锻J调火电黧_lIJ调水电接纳光伏 m接纳风电 一火电最低 瓣强迫水电叫I、HJJ、州l 一图512015年陕西冬季日电力消纳累积图根据陕西光伏发电的电量和光伏发电并网后系统火电129、煤耗水平的变化，陕西光 伏发电并网后，2015年陕西煤炭的消耗量可减少49万tce。表53光伏发电的节能效益项目不含光伏发电含光伏发电 光伏发电发电量(亿kWh)0 1457火电发电量(亿kWh)1549154143火电发电煤耗(gcekWh)30983101煤炭消耗(万tce)49254786522光伏发电带来的C02、S02等减排效益根据节能减排手册20069、能源发展“十一”规划、我国发电环境空间 研究等相关制度文件，我国不同地区电力行业单位发电量污染物排放所造成的经 济损失是不同，总体上看东部地区经济损失远远高于西北地区。我国每消耗一吨标 准煤，碳排放系数为067ttce，对应C02排130、放系数为2457ttce。据此可计算出2015 年陕西可减少二氧化碳排放SUMc02=2457X49=120万t。2005年陕西地区单位发电 量污染物排放造成的经济损失为0005元】(wh。按此计算，随着2015年光伏发电 项目的投产，替代燃煤火电，到规划水平年相应可减少污染物排放损失730万元 年。53上网电价政策对光伏电站发展前景的影响依据国务院关于促进光伏产业健康发展的若干意见(国发2013124号)的万方数据华北电力大学硕士学位论文相关要求，国家发改委调整光伏发电站的标杆上网电价，执行三类资源区的差异性 电价政策。包括陕西在内的西北光伏电站装机容量占全国80以上，电价调整方案 对陕西光131、伏电站投资建设最具吸引力，对陕西光伏电站发展前景产生重要影响。531光伏电站上网电价政策及盈利水平测算5311光伏电站上网电价政策要点总体而言，光伏电站上网电价政策出台正当其时，明确了国家大力支持光伏发 电发展的大方向，提振了光伏电站投资建设的信心，具体要点如下：一是光伏电站执行分资源区标杆电价制度，与现行风电上网电价接轨。把全国 分成三类太阳能资源区域，制定相应的光伏电站标杆上网电价。一类地区为光照资 源条件优越地区，主要包括西北大部分地区和蒙西：二类地区为光照资源较好地区， 包括西北、东北、华北部分地区等；三类地区是除一类和二类资源区以外的其它区 域。表54全国光伏电站标杆上网电价表 光伏132、电站标杆上网电价资源区 资源区所包括的地区(元千瓦时)宁夏，青海海西，甘肃嘉峪关、武威、张掖、酒泉、敦 一类090煌、金昌，新疆哈密、塔城、阿勒泰、克拉玛依，内蒙古除赤峰、通辽、兴安盟、呼伦贝尔以外地区 北京，天津，黑龙江，吉林，辽宁，四川，云南，内蒙二类 095古赤峰、通辽、兴安盟、呼伦贝尔，河北承德、张家口、唐山、秦皇岛，山西大同、朔州、忻州，陕西榆林、延安，青海、甘肃、新疆除一类外其他地区 三类 10除一类、二类资源区以外的其他地区二是分资源区电价水平高于预期。三类资源区光伏电站的上网电价根据太阳能 资源条件和建设成本进行确定，20年的执行期限。与2011年规定的全国统一光伏 发电标杆上133、网电价1元千瓦时相比，第一、二类电价略有下调，但最低档价格09 元千瓦时，已明显高出此前征求意见稿提到的075或085元千瓦时。三是提出光伏电站上网电价联动调整的原则，有利于引导光伏电站有序发展， 避免补贴过度。国家政策会根据光伏发电发展规模、发电成本变化情况等多种因素， 逐步调减光伏电站标杆上网电价，和德国实施的光伏发电发展规模与电价联动的政 策相似。5312分资源区光伏电站盈利水平测算三类资源区平均有效利用小时数根据我国太阳能资源条件，并参考各资源区万方数据华北电力大学硕士学位论文2012年光伏电站实际发电利用小时数确定。在初始投资成本09万元千瓦、贷款比 例20、项目运营期20年、折旧期134、15年等边界条件下，考虑增值税即征即退50 政策，根据近期分资源区标杆上网电价测算盈利水平。表55近期分资源区光伏电站盈利水平测算结果资源区 一类 二类 三类 发电利用小时数1400-1600120啦!400100肚1200(小时)分资源区电价O90095100(元千瓦时)内部收益率2 901077797684投资回收期 8-9年 910年 1012年分资源区光伏电站投资盈利水平存在明显差异。一类资源区盈利较高，内部收 益率均超过8，最高可达到107，投资收回期约为8-9年，具有较高投资吸引 力；二类资源区盈利居中，内部收益率约为7797，投资收回期大约为910 年；三类资源区盈利较低，内部收135、益率均低于8，投资收回期超过10年，政策偏 向不鼓励在此类资源区内投资建设光伏电站。长期来看，随着国家政策对光伏组件价格下降以及标杆上网电价联动调整，光 伏电站盈利模式和投资回收期都会发生变化。预计2020年前，光伏电站初始投资 成本能够下降至o7万元千瓦，分资源区标杆上网电价按目前电价下调幅度o1元 千瓦时进行调整，在其它参数不变的条件下测算光伏电站的盈利和投资回收期。与 近期相比，长期分资源区内部收益率可望提高约15个百分点，投资回收期缩短约1年。表5-6长期分资源区光伏电站盈利水平测算结果资源区 一类 二类三类 分资源区电价O80085090(元千瓦时)内部收益率 1012494-1 1136、478-101投资回收期 78年 8-9正 910年2基准内部收益率一般为8，内部收益率8则认为项目不具备经济性。53万方数据华北电力大学硕士学位论文532对陕西光伏电站发展前景的影响分析从资源区分布看，陕西省大部分地区位于二类资源区。表57西北五省光伏电站所在资源区地区所在资源区 青海海西宁夏一类 甘肃嘉峪关、武威、张掖、酒泉、敦煌、金昌新疆哈密、塔城、阿勒泰、克拉玛依 青海其它地区甘肃其它地区二类 新疆其它地区陕西北部、关中陕西其它地区 三类(1)在现行光伏电站上网电价水平下，近期西北位于一类资源区的光伏电站具 有较好的发展空间。西北大部分地区位于一类资源区，在西北投资建设光伏电站的积极性137、普遍高于 其它地区。从盈利水平分析，青海海西、宁夏地区，投资建设光伏电站的内部收益 率超过10，甘肃酒泉、金昌、敦煌以及新疆哈密等地区的内部收益率达到9左 右，这些地区均超过基准内部收益率8，投资回收期少于10年。在现行光伏电价 政策下，并考虑到目前西北光伏电站运行基本不受限，预计位于一类资源区的青海 海西、宁夏，以及甘肃和新疆大部分地区，光伏电站具有较好的发展空间。另外， 由于9月份之前备案核准、且于今年底前投运的光伏电站仍然执行1元千瓦时， 预计年底前西北光伏电站将出现新一轮抢装的热潮。(2)受运行限电、电价调整等因素的影响，中远期西北光伏电站发展空间相对有限。未来随着光伏电站整体造价下降138、，西北光伏电站盈利水平有望提高，但是受运 行限电、标杆上网电价调整等因素的影响，盈利预期将存在不确定性，中远期西北 光伏电站发展空间相对有限。从市场消纳空间分析，根据西北光伏开发布局研究成 果，目前西北光伏电站的并网容量已达到460万千瓦，未来市场空间将逐渐趋于饱 和。并且随着西北风电装机规模不断扩大，西北光伏电站市场空间将进一步受限， 光伏电站运行限电的问题将比较突出。54本章小结光伏项目全部投资额税前财务内部收益率约为716，风力发电基准收的益率5，光伏发电项目的盈利能力优于风力发电的盈利能力。在项目的建设和运营过程万方数据华北电力大学硕士学位论文中，要是能够充分考虑项目的多种因素，充分利139、用该项目的国家优惠政策，同时积 极申请清洁发展收益，此项目的收益还会提高。应关注近期光伏电站发展趋势，全力做好陕西光伏电站并网运行工作。在当前 国家大力扶持光伏产业发展的敏感时期，针对近年陕西光伏电站可能出现的抢装热 潮，建议陕西省电力公司高度重视，加强陕西位于二类资源区的光伏电站并网运行 管理，全力保障光伏发电上网消纳，避免引起不利社会舆论。研究陕西风光水火联合互补运行的组合方案及外送方式，提高陕西光伏发电利 用效率。未来陕西光伏电站送出受限问题可能比较突出，为满足未来西北光伏发电 发展的需要，建议陕西省电力公司及相关利益方提前研究风光水火联合互补运行的 新模式，充分利用陕西区域消纳空间，并140、努力推动包括光伏发电在内的可再生能源 跨区输送。万方数据华北电力大学硕士学位论文第6章结论和建议61结论通常，对光伏发电项目多偏重于个体项目投资收益性的评价，本论文的创新点 主要体现在不仅对现有政策下依托于陕西电网的在建的某一项目进行投资赢利分 析，并将陕西电网己建、在建、待建的光伏项目作为一个整体进行研究，进而对光 伏项目进行系统性地评价。通过计算研究，本论文主要有以下结论： (1)陕西光伏电站大出力时刻主要集中在8：0017：00之间，而风电大出力时刻随季节而变化，造成光伏出力与风电出力之间的互补性不明显。从全年来看，风光 综合出力小于风光总装机容量10的概率为285；小于50的累积概率达141、到937；综合出力高于60的概率较低。 (2)从光伏电站运行维护来看，其成本较低，其度电成本主要受初始投资和年发电小时数影响。未来，光伏发电度电成本受电池组件下降的影响较大，至2015 年，我国度电成本将在2011年的O815元kWh的基础上略有下降；至2020年，我国度电成本将降至060080元kWh，相比2010年降低2030；至2030年，我国度电成本有望降至O60元kWh以下，在2010年的基础上降低30以上。(3)光伏出力与风电出力之间存在相互挤占消纳空间的现象，在光伏出力最大 时刻，风电有可能达到最大出力。(4)光伏发电项目的全部投资税前财务内部收益率为789，风力发电基准收益率为142、5，光伏项目盈利能力明显高于风力发电。(5)在该项目的建设和运营如果业主能够充分考虑项目的多种因素，充分利用 国家政策对此项目的优惠，同时积极申请清洁能源收益，该项目的收益水平会有较 大的提高。(6)光伏发电的减排效益。光伏发电是一种清洁能源，具有良好的减排效益。2015年，陕西光伏发电减排二氧化碳1 18万吨，每年通过碳交易给风电投资带来的 额外收益可以达到人民币1180万元。可以减少二氧化硫O54万吨，每年可减少经 济损失728万元。此外还可减少烟尘排放O17万吨，减少废水排放8736万吨，节 约用水40768万吨。62展望目前光伏发电的成本较高，发展速度受政府的扶持政策影响很大，光伏发电143、作56万方数据华北电力大学硕士学位论文为一种清洁的可再生能源必将逐步成为世界能源供应的主体。当我国克服了经济发展的能源瓶颈后，随着工业经济结构的调整完成，必将迎来光伏发电的快速发展。(1)世界范围内，太阳能发电步入规模化快速发展时期，预计光伏发电在2020 年前，可具备商业竞争能力。国外有关国家、机构纷纷推出提高光伏发电竞争力的计划。美国“太阳能先导计划”的目标是到2015年将光伏发电的度电成本降低到O1美元千瓦时；欧洲光伏 工业协会的“set for 2020”计划则提出让光伏发电在2020年有能力参与商业竞争。此 外，美国提出到2025年，太阳能热发电可参与市场竞争。(2)根据我国太阳能发144、电有关规划，从布局来看，未来50以上的太阳能发电 装机布局在西北地区；从类型来看，太阳能发电的长期大规模开发需依靠大型集中 开发的光伏和光热电站。从开发布局来看，包括陕西在内的西北地区由于大型光伏电站的快速发展，其 占全国太阳能发电装机的比重保持在50以上，西北作为我国最主要的太阳能发电 开发区域的地位未来将长期保持。考虑资源和场地约束，我国分布式光伏开发潜力 为35506620万千瓦，太阳能发电的长期大规模开发还是需要依靠大型集中开发 的光伏和光热电站。(3)基于提出的光伏发电出力特性指标体系，结合实证研究表明，光伏发电大 规模发展对系统规划和运行构成影响。对系统规划的影响主要包括，光伏电站145、大规模并网，必须结合光伏出力特性及 负荷特性，研究光伏电站容量置信度：加大对系统灵活调节电源的需求。对电网规 划的影响主要包括，光伏电站大规模并网，对各级电网提出新的建设和技术需求； 分布式光伏发电系统的接入将给配电网规划带来诸多影响。此外，光伏大规模并网 还对系统运行层面包括安全稳定、电能质量和调度运行等方面带来影响。(4)根据对太阳能发电出力特性的研究，随着太阳能发电的大规模发展，对负 荷峰谷差率将产生较大影响。曲于陕西省区日负荷特性以晚高峰为主，负荷高峰时段光伏电站出力为0的概 率在60以上，因此陕西光伏基本无置信容量。陕西、甘肃、青海和宁夏负荷峰谷 差率较小，光伏规划规模大，光伏出力对146、负荷峰谷差影响大。2015年，考虑风光出 力下，对系统调峰需求度陕西为O54，甘肃为O61、宁夏为059。研究2015年各 省区风光互补特性表明，95概率下风光总出力水平低于光伏和风电总装机容量的 百分比，陕西、甘肃和宁夏分别为65、55币D 40。(5)总体来看，未来西北电网调峰能力不足，不能满足2015年、2020年大规 模风电、光伏发电在区域电网内消纳。万方数据华北电力大学硕士学位论文从水电规划项目看，“十二五”未来四年投产的水电站装机容量都十分有限，调 节能力较差，除了刘家峡排沙洞电站，其他都为径流式水电站或日调节水电站。2015 年水电调节能力为8301080万千瓦，占水电装机的26147、34。根据西北各省区火 电发展规划及各类机组调节能力分析，2015年西北电网供热期火电机组的平均最小 出力可达到69，非供热期可达到63。基于系统生产模拟，2015年，西北电网甘肃嘉酒、金昌等地区的近200万千瓦光伏无法在西北区域内消纳，需跨区外送消 纳，可考虑借助酒泉直流与风电、火电打捆外送。同时通过初步计算，考虑2020 年西北光伏发电2700万千瓦并网规模的情况下，约有400万千瓦光伏发电，无法 在西北网内消纳。63政策建议(1)加强太阳能发电与其他电源及电网的统一规划，科学有序地进行太阳能资 源的开发和利用。完善太阳能规划的出台与落实机制，切实推动太阳能发电与其他 电源及电网的有序建设148、。加快抽水蓄能、燃气电站等调峰电源的建设，加快出台抽 水蓄能电价政策，提高系统接纳新能源发电的能力。加强跨省跨区电网建设，建设 与西北新能源大规模集中发展模式相匹配的电网消纳平台。(2)进一步完善光伏发电上网电价和财政金融政策。我国己出台大型光伏电站 上网电价，但是并未规定有效期限，具有一定不确定性。同时，该上网电价未考虑 太阳能资源条件的地区差异，从现有光伏发电技术和成本来看，仅在青海、西藏和 新疆等地区具有盈利空间。建议按太阳能资源条件分类制定光伏发电上网电价，并 保持政策长期性和稳定性。现有光伏发电财政补贴政策手段略显单一，建议采取多种财政金融政策，多管齐下，鼓励支持光伏发电发展，具体政149、策措施可包括加大税 收优惠力度，提供电站项目专项贷款或者贷款担保，鼓励投资多元化等。(3)对于光伏发电，随着近期光伏组件的快速下滑，陕西地区建设地面光伏电 站的盈利空间较大，考虑光伏发电并网对电网的要求，可选择电网规模相对较大， 灵活电源比重相对较高地区投资建设大型光伏地面电站。发展分布式建筑光伏系统 是启动国内光伏市场的重要方向，建议可在陕西关中等经济相对发达地区投资建设 建筑光伏系统，积累运行和管理经验。(4)采取各种措施，最大限度的挖掘区域电网内部的光伏消纳能力，优先光伏 在区域电网内消纳。优化跨省跨区联络线及水电的调度运行方式，提高光伏发电功 率预测的覆盖范围和准确度，在实时运行中提高150、光伏消纳利用；采用火电机组改造 及供热机组在线监测等措施，提高火电的调节能力；采取峰谷电价、可中断负荷等 需求侧管理和需求侧响应措施，改善系统负荷曲线。通过采取发电侧、电网侧、用万方数据华北电力大学硕士学位论文电侧的各种措施，并协调光伏与其他电源的利益关系，改变不合理的行政规章制度，促进光伏优先在西北电网内消纳利用。 (5)加快特高压外送电工程核准，加强跨区电网互联，扩大光伏的消纳范围，满足未来更大规模太阳能发电开发目标。为适应未来西北地区更大规模的太阳能发 电开发规模，应提前研究光伏发电的跨区输送方式，探索风光火联合外送的新模式， 在此基础上同步进行煤电基地和送电通道的核准。建议国家相关部门151、及早批准酒 泉湖南、哈密重庆等特高压直流工程开展前期工作，实现西北新能源在全国范 围内消纳利用。为提高酒泉风电和光伏消纳能力、提高新疆电网向甘青电网的送电 能力，增强青海水电参与调节能力，需积极推进天水宝鸡2回750千伏线路工程、 哈密南沙洲鱼卡2回750千伏线路工程前期工作，保证工程按期投运。万方数据华北电力大学硕士学位论文参考文献【l】2012年中国煤炭消费总量超全球半数J】中国能源报，2013，18(2)：3132 2】孙艳伟，王润，肖黎姗中国并网光伏发电系统的经济性与环境效益J中国 人口资源与环境，2011，(21)：15【3】Global Solar Photovoltaic Mar152、ket Report 2009RSynergys，200909 420132017年中国分布式能源行业市场前瞻与投资战略规划分析报告R前瞻 产业研究院，2013095】可再生能源中长期发展规划Z20072009：2324【6】中国电工技术学会电工高技术丛书第二分册一太阳能光伏发电北京：机械工 业出版社，2000：4357【77 Chapin D，Fuller C，Pearson GA new silieon Pn junetion Photoeell for eonverting solar radiation into electrical PowerJApplPhys，1 954，5：67153、66778EPRIDistributed energy resources：current landscape and a roadmap for the futurePalo Alto，CA，USA：EPRI20059】王成山，王守相分布式发电供能系统若干问题研究电力系统自动化，2008，32(20)：14【1 0Martins DC，Demonti RPhotovoltaic energy processing for utility connected systemIndustrial ElectronicsSociety， 2001 IECON01 The 27th Annual Co154、nference of the IEEE2001v012：129212961 1JNagarjuna Reddy，MKalia Moorthy，DVAshok KumarDesign and implementation Control of Grid Connected PV Cell Distributed Generation SystemsC IEEE TENCON 20082008 IEEE Region 1 0 Conference20081 2：1-61 2TOstrem，WSulkowski，LENorum，CWang，et a1Grid ConnectedPhotovolta155、ic(PV)Inverter with Robust PhaseLocked Loop(PLL)C，TransmissionDistribution Conference and Exposition：Latin America，IEEEPES，2006，08：1-71 3Mostafa IMarei，Ehab FE1-Saadany，Magdy MASalama，et a1A Novel Control Algorithm for the DG Interface to Mitigate Power Quality Problems， Transactions On Power Dliver156、y，IEEE，200406，19(3)：138413921 4MThomson，DGInfieldImpact of widespread photovoltaics generation ondistribution systemsRenewable Power GenerationIET 2007，1(1)Page(s)：3340 15沈维祥国外光伏系统经济性研究进展J太阳能学报，1993，14(4)：379382 16林安中光伏技术的经济分析和发NNNJ太阳能学报，1994，15(2)：190197 17张希良户用可再生能源发电系统成本效益研究J】可再生能万方数据华北电力大学硕士学位论文157、源，2005，119(1)：12-1518施祖麟，戴亦欣我国太阳能光伏发电产业发展方向及产业政策J中国人口、资源与环境，2000，(8)：8689 19马胜红，赵玉文，王斯成，孔力，李安定，朱瑞兆，胡学浩，张正敏，白建华光伏发电在我国电力能源结构中的战略地位和未来发展方向J】中国能源，2005，(6)：243220Zhao YuwenThe future of PV industry and SG-Si materialsJ】Physical 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济，2007，15(11)：414561万方数据华北电力大学硕士学位论文37高静美国新能源政策分析及我国的应对策略J世界经济与政治论坛，20161、09，(6)：58613 8MatsuiM，KitanoT，DehongXuA simple maximum photovoltaic Power tracking technique utilizing system inherent limit cycle PhenomenaCIndustry applications conference，200338th IAS annual meeting，12-16 Oct2003：2041-204739杨海柱，金新民并网光伏系统最大功率点跟踪控制的一种改进措施及其仿真 和实验研究J电工电能新技术，2006，25(1)40JungMinK，Kwan162、gHeeN，BongHwanKPhotovoltaic power conditioning systemwith line connectionJIEEE Transactions on industrial eleetronics，2006，53(4) 41周林，武剑，栗秋华等光伏阵列最大功率点跟踪控制方法综述J高电压技 术，2008，34(6) 42】余世杰，何慧若，曹仁贤光伏水泵系统中CVT及MPPT的控制比较J太阳能学 报，1998，19(4)：1643Liu XiongPoh ChiangLohA hybrid ACDC miero-gridCIntemational power 163、Energy ConfereneeIPEC2010，Oetober27-29，2010，Singapore，SingaPore：746-75144Xu Lie，Chen DongControl and operation of a DC Mierogrid with variablegeneration and energy storageJIEEE Transon power Delivery20 1 1(99)45Villalva MG，Gazoli JRComPrehensive approach to modeling and simulation ofPhotovoltaic arr164、aysJIEEE Transon power Eleetron2009，24(5)：1 198-1208 46吴理博，赵争鸣，刘建政，等独立光伏照明系统中的能量管理控制J】中国电机 工程学报，2005，25(22)：6872 47方韬，李才华，张粒子发电企业环境成本研究J】中国电力，2005，38(11)：1620 48CARTER SEmissions from distributed generationDBOLhttp：www distributed-genermioncomLibraryE-missionsPDF，2000-04-03 49王敏，丁明分布式发电及其效益J】合肥工业大学学165、报，2004，27(4)：35435850】孙可几种类型发电公司环境成本核算的分析研究J能源工程，2004(3)：2326【51】俞海淼，周海珠，裴晓梅风力发电的环境价值与经济性分析J】同济大学学报，2009，37(5)：704708【52张娜，蔡睿贤S02、NOx与C02排气罚款的应有数量级J中国电机工程学报，1 997，1 7(4)：286288 53钱科军袁越，石晓丹，等分布式发电的环境效益分析J中国电机工程学报，200828(29)：111554KIM TE，KIM JEA method for determining the introduction limitof distribu166、ted generation system in distribution systernC】Proceedings of IEEE PES SummerMeeting， Vancouver，British Columbia，Canada，200 162万方数据华北电力大学硕士学位论文【55CIVANLAR S，GRAINGER J JVoltVar control on distribution systems with lateral branches using shunt capacitors and voltage regulatorsJIEEE Transactions onPow167、erApparatus and Systems，1 985：3278-328356杨风娥我国环境标志的法律制度完善J1法制与社会，2007(12)：22822957】熊英，别涛WTO框架下的环境例外0措施及其适用规则J现代法 学，2003(1 0)：939958】赵越，赵振铎环境补贴不合理方面的探讨J】法制与经济，2008(6)：16616859张磊论WTO对环境贸易措施的放松趋势以五个典型案例为视角J世界贸易组织动态与研究，2009(1)：813 60】姜双林欧盟农业环境补贴法律制度的擅变及其对中国的启示汇J法治研究，2008(6)：3。96 1Yunwei，Li，D，Mahinda Vil168、athgamuwa，Chiang Loh，et a1Microgrid Power Quality Enhancement Using a Three-Phase Four-Wire Grid-Interfacing Compensator Industry Applications，IEEE Transactions 2005，42(6)：1 7071 7 1 962】Hisao Watanabe，Toshihisa Shimizu，Gunji Kimura，et a1A Novel Utility Interactive Photovoltaic Inverter with Generat169、ion Control CircuitC，Industrial Electronics Society，IECON98Proceedings of the 24th Annual Conference of the IEEE，1 998，08(2)：72 172563MThomson，DGInfieldImpact of widespread photovoltaics generation ondistribution systemsRenewable Power GenerationIET 2007，1(1)Page(s)：3 3-4064王一波，伍春生，廖华，许洪华大型并网光伏发电系统稳170、态模型与潮流分 析清华大学学报(自然科学版)，2009，49(8)：1093109765赵平，严玉廷等并网光伏发电系统对电网影响的研究电气技术，2009(3)：414466王一波，李晶，许洪华等考虑电网安全稳定约束的光伏电站安装容量计算 与分析太阳能学报，2008，08 29(8)：97197563万方数据攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果万方数据华北电力大学硕士学位论文致谢历时将近半年时间，终于将这篇论文完成。在论文的撰写过程中，遇到了很多 困难和障碍，都在老师、同事、朋友和家人的帮助下度过了。在此，我要衷心感谢 董军老师!在论文的撰写过程中，从最初论文的构思到观点的形成，董军老师都无 私171、地给予了我许多建议和意见，在她的悉心指导下，我的论文几易其稿，终于得以 顺利完成。她严谨的治学态度和工作作风也让我十分钦佩。在此，我还要感谢中国电科院的同事和朋友，为我撰写论文提供了很多有用的 素材，并为我讲解相关的专业理论知识，分享研究经验。我还要感谢我的班主任江 怡老师，为我提供热情的帮助。最后，我要感谢我的家人，对我工作和学业的支持。 尽管得到多方帮助，自身也努力学习、收集和掌握相关知识，但是由于个人水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师给予批评和指正! 最后，对评阅本论文的老师们致以诚挚的谢意!万方数据华北电力大学硕士学位论文作者简介电力工程师。1985年5月21日出生于山东菏泽。2004年9月考入上海电力学院计算机科学与技术(电力企业信息化)专业，2008 年7月大学本科毕业并获得工学学士学位。工作经历：2008年7月至2009年3月，在国网运行公司工作，任宜昌超压管理 处工作班成员；2009年3月至2012年2月，任职于西北电网公司，主要从事变电运 行、党群管理等工作；2012年2月至今，在国网陕西省电力公司任职，主要从事行 政管理工作。万方数据