江蘇省實現高比例光伏發電發展路徑研究

曹煒

中國能源建設集團江蘇省電力設計院有限公司

0 引言

中國國家主席習近平在第七十五屆聯合國大會一般性辯論上鄭重宣布“二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和”，為可再生能源發展提供了根本遵循［1］。在國家能源轉型戰略的引領和可再生能源相關政策的驅動下，中國可再生能源發展進入了提速期。截至2021年底，中國可再生能源累計裝機規模達10.63×108kW，占全國電力裝機的44.8%，其中水電、風電和光伏發電裝機規模均位列世界第一，發電量占全社會用電量比重達29.8%［2］。

受能源消費基數大、能源資源稟賦少、總體產業結構重等省情限制，江蘇省能源發展面臨的挑戰非常嚴峻［3］。風電、光伏發電等間歇性電源存在波動性和反調峰特性，對江蘇省電力系統發展提出了更高的要求［4］。此外，國家能源局提出要推動風電、光伏發電高質量躍升發展［5］，并提出要逐年提高可再生能源發電量占全社會用電量的比重，因此，在“十四五”及今后一段時期，如何推動光伏等可再生能源規?；?、高比例發展，值得深入研究和探討。

本文通過分析江蘇省光伏發電資源稟賦情況、裝機及產業情況，總結目前發展存在的問題，建立江蘇省光伏發電發展估算模型，對江蘇省“十四五”及中長期光伏發電發展情景開展研究。

1 江蘇省光伏發電發展情況

1.1 資源稟賦

1.1.1 主要資源特征

江蘇省日照分布的基本特征是北部和中部日照較多、南部較少，整體春夏日照多于秋冬，太陽輻射年總量按緯向分布，南北差異不大［6］。江蘇省年輻射變化范圍在4 200～5 400 MJ/m2，日照小時數在1 900～2 500 h。其中，連云港一帶年總輻射達5 400 MJ/m2以上，大部分地區日照小時數在2 300～2 500 h；鹽城、宿遷、徐州地區年總輻射基本在4 800～4 900 MJ/m2，日照小時數在2 100～2 300 h；南通、揚州、泰州及淮安等年總輻射在4 600～4 800 MJ/m2，大部分日照小時數在2 000～2 200 h；蘇南五市（南京，蘇州，無錫，常州，鎮江）大部分地區年總輻射在4 200～4 500 MJ/m2，大部分日照小時數在1 900～2 100 h，日照小時數較少。

1.1.2 資源潛力測算

資源潛力測算以土地面積為主要因素對光伏發電發展潛力進行測算，包括江蘇省內各類建筑物屋頂、池塘養殖水面、農業大棚等的面積?；陔娫匆I電網發展的策略，在資源潛力測算過程中暫不考慮電網接入和消納等因素。

1.1.2.1 集中式光伏發電開發潛力

考慮到江蘇省地少人多、未利用地缺乏的特點，江蘇省內集中式光伏發電資源主要為“漁光互補”和“農光互補”，可以表示為：

式中：Wa——集中式光伏裝機潛力，kW；a——可用土地資源供給面積，m2；kc——單位面積集中式光伏可開發比例；F——單位面積集中式光伏可裝機容量，MW/km2。

根據蘇發改農經發（2017）71 號《江蘇省“十三五”漁業發展規劃》及《2021 中國漁業統計年鑒》，2020年江蘇省水產養殖面積約為7 300 km2，標準化池塘占池塘養殖面積比重達60%，即省內可開發利用的池塘養殖面積約為4 380 km2。以可用池塘養殖資源比例20%、單個池塘開發面積占比90%、單位面積光伏裝機容量75 MW/km2計，“漁光互補”理論裝機面積可達788.4 km2，“漁光互補”理論光伏發電開發潛力可達5 913×104kW［7-8］。

根據農業部農業機械化管理司《2021年全國農業機械化發展統計公報》統計數據，江蘇省設施農業總面積為3 380.29 km2，其中連棟溫室面積為179.82 km2，日光溫室面積為254.35 km2，塑料大棚面積為2 946.12 km2。測算中，連棟溫室、日光溫室及塑料大棚均以單層計算，以可用大棚資源比例10%、大棚開發面積占比100%、單位面積光伏裝機容量75 MW/km2計，全省“農光互補”理論裝機面積可達338 km2，“農光互補”理論光伏發電開發潛力可達2 535×104kW。

1.1.2.2 分布式光伏發電開發潛力

分布式光伏資源包括居民屋頂分布式、工商業屋頂分布式及公共建筑屋頂分布式3 類，其公式可表示為［6］：

式中：Wb——分布式光伏裝機潛力，kW；Jm——可用屋頂資源供給面積，m2；β——單位面積分布式光伏可開發比例；N——單位面積分布式光伏裝機容量，kW/m2。

居民屋頂分布式光伏開發潛力：根據《江蘇統計年鑒2020》［9］，江蘇省城鎮人均現住房建筑面積47.5 m2，農村人均現住房建筑面積61.7 m2，城鎮人口5 698.23×104人，農村人口2 371.77×104人，綜合測算城鎮和農村可利用屋頂面積約為7.58×108m2。綜合考慮，以區域分布式光伏可用土地資源比例10%、單位面積分布式光伏裝機容量0.2 kW/m2計，全省居民屋頂分布式光伏理論裝機面積可達7 580×104m2，居民屋頂分布式光伏理論開發潛力可達1 516×104kW。

工商業屋頂分布式光伏開發潛力：根據住房和城鄉建設部發布的《2020年城市建設統計年鑒》，江蘇省商業服務業設施用地面積366.47 km2，工業用地面積1 016.18 km2。按照區域分布式光伏可用土地資源比例14%、單位面積分布式光伏裝機容量0.2 kW/m2計，全省工商業屋頂分布式光伏理論裝機面積可達196.07 km2，理論開發潛力可達3 921×104kW［10］。

公共建筑屋頂分布式光伏開發潛力：根據《2020年城市建設統計年鑒》，江蘇省公共管理與公共服務用地面積361.54 km2，公共設施用地面積105.78 km2。以區域分布式光伏可用土地資源比例10%、單位面積分布式光伏裝機容量0.2×104kW計，全省公共建筑屋頂分布式光伏理論裝機面積可達46.73 km2，理論開發潛力可達935×104kW［10］。

綜上，僅考慮“漁光互補”、“農光互補”、居民屋頂分布式及工商業屋頂分布式等主要發展模式，江蘇省光伏發電潛力可達1.48×108kW。

需要說明的是，以上發展潛力測算主要基于全省各類宏觀指標推算，具體規模測算需根據各地地形地貌、國土用地屬性，再排查生態紅線等敏感因素、避開城鎮建設區和規劃重要公共基礎設施用地等情況后進行詳細規劃和測算。此外，江蘇省還擁有廣闊的海域和大量的灘涂面積，可實現光伏發電裝機規模的進一步提高。

1.2 發展水平

江蘇省以發展可再生能源作為調整能源結構、推動能源轉型的主攻方向，光伏發電等可再生能源裝機規模不斷擴大，推動了全省的能源結構轉型。

1.2.1 裝機規模持續擴大

2021年，全省新增光伏發電裝機232×104kW，截至2021年底，全省光伏發電累計裝機規模1 916×104kW，位居全國第三，占全部可再生能源裝機的43.2%，占全省裝機總量的12.4%。其中，集中式光伏發電并網裝機941.1×104kW，分布式光伏并網裝機974.9×104kW。

1.2.2 替代作用日趨明顯

2021年，全省光伏發電量達195.3×108kW·h，占全部可再生能源發電量的26.2%，占全省發電量的3.3%，占全社會用電量的2.8%。其中，集中式光伏發電量達118×108kW·h，分布式光伏發電量達77.3×108kW·h。2021年，全省光伏平均利用小時數1 097 h，相比上年度提高46 h。

1.2.3 環境效益持續提升

根據GB 13223-2011《火電廠大氣污染物排放標準》等，2021年江蘇省光伏發電量相當于節約571.8×104tce，減排二氧化碳1 441.2×104t，減排二氧化硫、煙塵和氮氧化物分別為2 335.6 t、667.3 t和3 336.6 t，減排汞及其化合物約2 002 kg，環境效益十分顯著。

1.2.4 產業規模持續領先

江蘇省在光伏制造業規模、產業化技術水平、應用市場拓展、產業體系建設等方面均位居全國前列，擁有重點光伏制造企業400 余家。2020年省內硅片、晶硅電池以及晶硅組件等產量分別約占全國總產量的38.5%、38.8%和49.1%，產業集聚效應明顯［11］。

1.3 存在問題

隨著光伏發電技術進步和產業化步伐的加快，江蘇省光伏發電裝機規模大幅提高，展現出良好的發展前景，但隨著應用規模的不斷擴大，在發展過程中也面臨諸多挑戰。

1.3.1 土地資源約束趨緊

光伏發電長期受到土地資源、生態紅線、水利、林業、海域使用等因素制約，隨著生態文明建設要求的不斷提升，集中式光伏發電等可再生能源在土地資源等方面約束進一步趨緊，存在項目找地難、落地難、推進難等情況，發展空間受到一定限制。

1.3.2 光伏消納壓力增大

受土地和可再生能源資源特性制約，江蘇省可再生能源電力生產與省內負荷消納呈逆向分布［12］，省內99%以上的風電和66%以上的光伏發電分布在長江以北地區，約60%的負荷分布在長江以南地區。省內電源側調峰資源潛力有限，抽水蓄能調峰資源匱乏，過江通道輸送能力偏弱，輔助服務市場機制尚未完善，電源靈活調節能力不足，導致省內可再生能源消納壓力增大，局部地區、局部時段存在一定的消納問題［13］。

1.3.3 經濟競爭力有待提高

全省集中式光伏發電開發利用的技術成本雖已大幅下降，但非技術成本仍然較高［14］，特別是考慮增配電化學儲能的情況下，疊加電網調峰等問題，光伏發電的競爭力相比化石能源仍然偏弱，整體成本仍然偏高。

2 高比例光伏發電發展情景研究

2.1 研究思路

綜合考慮能源、電力等發展情況，建立多區域、多維度的江蘇省光伏發電發展估算模型（見圖1），采取目標回溯及趨勢外推等多種方法相結合，對江蘇省“十四五”及中長期光伏發電發展進行情景分析，科學測算江蘇省光伏發電發展規模。

2.2 研究流程

2.2.1 目標回溯法

基于2021—2030年江蘇省非化石能源占一次能源比重提升程度、國家擬下達給江蘇省的逐年可再生能源電力消納責任權重和非水電可再生能源電力消納責任權重等目標，考慮2021—2030年省內煤電、氣電、核電等各類電源增長情況，風電、光伏等不可控電源所需的調峰情況，以及省外跨區輸電情況，結合全省電力平衡約束，測算得出“十四五”及中長期光伏發電裝機規模。

2.2.2 趨勢外推法

趨勢外推法通常用于預測對象的發展規律是呈漸進式的變化，而不是跳躍式的變化，并且能夠找到一個合適函數曲線反映預測對象變化趨勢的情況。據此，以2011—2021年江蘇省集中式和分布式光伏裝機數據為基礎，分別測算得出2025年和2030年江蘇省光伏發電發展的高、中、低3 種方案。

2.3 主要參數

2.3.1 全社會用電量

預計“十四五”時期，江蘇省全社會用電量將保持4%～5%的增幅，“十五五”時期用電量增速將逐漸減小，保持1%～2%的增幅。

隨著300 MW 及以下機組的逐步退役和百萬千瓦超超臨界發電機組的增加，預計2025年，江蘇省單位千瓦供電煤耗將降至約290 g/ kW·h，2030年可降至285 g/kW·h。

2.3.2 年利用小時數

1.3.2 前屋面覆蓋物：棚膜選用透光好的長壽、無滴膜。棚膜外的覆蓋物為草苫，每片草苫厚度要達到5厘米。為了加強保溫，在草苫下加幾層紙被，也可用雙層苫。一般情況下，一層草苫可增溫10℃，4～6層復合紙被增溫7℃。所以說紙被的保溫效果不如草苫。

根據江蘇省可再生能源實際發電情況，考慮技術進步等，以省內“十四五”及中長期陸上風電年利用小時數2 000～2 200 h、海上風電2 600～3 000 h、集中式光伏發電1 000～1 400 h、分布式光伏發電850～1 100 h、生物質發電5 000 h 等情況測算可再生能源裝機及發電量。

2.3.3 單位千瓦投資

綜合考慮技術進步、鋼材價格等因素，預計到2025年、2030年，江蘇省陸上風電造價將分別降至6 500 元/kW、6 000 元/kW，海上風電造價將分別降至11 000 元/kW、8 000 元/kW，光伏發電造價將分別降至3 500 元/kW、3 000 元/kW?？紤]到生物質資源稟賦，預計2025年后，江蘇省生物質發電裝機增量將減少，裝機保持穩定。

2.4 研究結果

綜合運用目標回溯法和趨勢外推法，考慮各類預測模型的特性，以及電網消納對風電和光伏的約束條件，最終得出高、中、低3 種方案：預計到2025年，按高、中、低3 種方案全省光伏發電裝機將分別達4 200×104kW、3 800×104kW 和3 500×104kW，預計到2030年，全省光伏發電裝機將分別達6 000×104kW、5 000×104kW 和4 500×104kW。

從規模測算結果中可以看出，“十四五”時期，江蘇省光伏發電應達到消納責任權重所要求的最低值，即3 500×104kW，同時發展規模預計在3 500×104～4 200×104kW；“十五五”時期應達到2030年消納責任權重所要求的最低值，即約4 500×104kW，發展規模預計在4 500×104～6 000×104kW。

在以上測算發展規模條件下，預計到2025年，全省光伏發電量將達365×108kW·h，占全社會用電量的4.6%，相當于節約1 059×104tce，減少二氧化碳排放量2 639×104t，預計到2030年，全省光伏發電量將達660×108kW·h，占全社會用電量的7.3%，相當于節約1 914×104tce，減少二氧化碳排放量4 772×104t，可以看出，環境效益十分顯著。

3 高比例光伏發電發展路徑研究

3.1 優化光伏發電發展方式

3.1.1 加快大型光伏基地建設

充分發揮大基地“集團軍”和“主力軍”作用，有力有效支撐光伏發電躍升發展。結合生態立體土地綜合利用，充分發揮光伏發電與農林牧漁業發展協同優勢，依托農業種植、漁業養殖、生態修復等，因地制宜利用墾區農場、采煤塌陷區、沿海灘涂、養殖魚塘、農業大棚、山地丘陵等空間資源，開展集中式光伏電站建設。在太陽能資源稟賦較好、建設條件優越、具備持續整體開發條件的地區，因地制宜優化推進“光伏+”基地化開發。鼓勵推廣“光伏+”生態旅游、光伏特色小鎮等，促進光伏與農業、漁業等多種產業有機融合，擴展集中式光伏發電發展空間。

3.1.2 推進整縣屋頂光伏開發

充分發揮江蘇省屋頂資源豐富和光伏產業發展良好基礎優勢，高標準規劃、高質量建設、高效率推進屋頂分布式光伏集約化開發，圍繞黨政機關、公共建筑、工商業以及居民戶用等各類屋頂資源進行整體設計，系統推進城區、園區、鎮街和農村光伏發電規?；瘧?，重點在各類經濟開發區、工業園區、機關學校等公共建筑屋頂整體規?；七M分布式光伏發電建設，鼓勵建設和發展與建筑一體化的分布式光伏發電系統，鼓勵居民社區、家庭和個人發展戶用光伏系統，支持農居連片進行光伏發電應用開發改造，推動光伏發電入社區、進家庭。

3.1.3 創新光伏發電應用場景

一是開展光伏廊道示范，重點利用鐵路邊坡、高速公路、主干渠道、園區道路和農村道路兩側用地范圍外的空閑土地資源，推進分布式光伏開發建設。二是推動光伏與海上風電創新示范，江蘇省陸地面積有限，向海發展是中長期光伏發電發展的必然，將海上光伏與海上風電的創新融合，實現規?；墓夥l電建設。三是加強光伏發電與新型用能設施融合，通過在數據中心、5G 基站等開展分布式光伏發電建設，提升可再生能源電力消費，實現能耗節約和電力供應保障。四是推動分布式光伏發電復合發展，推動分布式光伏與儲能、微電網等融合發展。在城市商業體、綜合體、大型公交站開展分布式光伏發電與電動汽車、充電樁等相結合的光儲充一體化建設。

3.2 創新光伏發電政策機制

3.2.1 建立電力消納保障機制

建立健全可再生能源電力消納保障機制，強化可再生能源電力消納責任權重引導，鼓勵優先生產和消費光伏等可再生電量，促使售電企業和電力用戶等市場主體優先消納可再生能源電力，公平承擔消納可再生能源電力的義務，形成可再生能源電力消費引領的長效發展機制，為可再生能源健康可持續發展提供制度性保障[10]。

3.2.2 強化光伏土地支持保障

加強光伏發電發展與國土空間規劃等總體規劃的銜接和配合，完善光伏發電復合用地政策，合理保障光伏發電建設用地用海需求，提升光伏發電空間資源利用效率和利用水平。

3.2.3 深化新能源放管服改革

進一步探索和完善可再生能源項目特別是分布式可再生能源的投資管理及電網接入流程，建立簡便高效的光伏項目備案流程。探索對于暫時未取得土地使用證、房產證等的項目，采用承諾制、容缺審批等方式實施備案：屬于集體產權的，在確保產權清晰、不產生糾紛的前提下，以產權方書面說明或相關租賃合同等文件代替相關產權文件；對于依托構筑物建設的，在滿足荷載、安全的條件下探索直接備案，提升服務水平。

3.3 構建新型電力消納機制

3.3.1 逐步構建新型電力系統

一是增強系統調峰能力，優先發展調峰發電項目，大力度實行煤電深度調峰改造，因地制宜發展抽水蓄能，推動新型儲能發展應用。二是加強電網規劃建設，完善和優化500 kV、220 kV 主干輸電網絡，加強110 kV 及以下配電網，充分發揮電力系統在實現高比例可再生能源發展中的資源配置作用［15］。三是優化需求響應能力，加強電力需求側管理，完善需求響應運營機制，提升區域電網資源優化配置作用。

3.3.2 著力推動消納模式創新

探索建設新一代電網友好型可再生能源電站，合理確定光儲配比，探索和完善可再生能源配置儲能的市場化商業模式和共享共建模式，提高可再生能源系統的穩定性和電網友好性，保障可再生能源高效消納利用。推廣綜合能源服務模式，建設以智能終端和能源靈活交易為主要特征的智能樓宇、智能園區和智能工廠，推廣電動汽車V2G（車網互動）充換電設施，構建各類用能終端靈活融入、智能調控、能源互聯的微平衡系統，促進光伏等可再生能源消納利用。

3.3.3 強化源網荷儲一體發展

重點在消納條件好、發展潛力大、滲透率高的地區，推進以可再生能源為主、分布式電源多元互補、與儲能、氫能等深入融合的新能源微電網、多能互補、“源網荷儲一體化”等能源新業態，增強與電網的友好互動，實現源、網、荷、儲的深度協同，探索電力能源服務的新型商業運營模式，提高能源綜合利用效率，建立多源融合、供需互動、高效配置的能源生產和消費模式。

3.4 完善市場化發展新機制

3.4.1 完善電力市場交易機制

推動光伏等可再生能源與電力消納責任主體、高耗能用戶簽訂多年長期購售電協議，推動電力用戶直接購買可再生能源，形成可再生能源與傳統電源公平競爭的市場機制，逐步擴大綠色電力參與市場化交易比重。

3.4.2 健全綠色能源消費機制

完善可再生能源綠色電力證書交易制度，強化綠證的綠色電力消費屬性，做好可再生能源電力消納保障機制與綠證交易機制、電力現貨市場機制等的銜接，積極引導綠色能源消費，鼓勵積極開展綠證交易，推動建立綠證市場化價格形成機制。

3.5 提升產業創新發展能力

3.5.1 加快光伏發電技術創新

鼓勵支持企業加大研發創新投入，突破適用布局江蘇的顆粒硅等高效低耗硅料技術，升級鈍化發射極集和背面電池（PERC）技術，加快N 型隧穿氧化層鈍化接觸（TOPCon）、異質結（HJT）電池等技術進步，積極支持研發創新鈣鈦礦等晶體硅之外的新型電池技術。突破金剛線線體材料制造、絲網材料、低溫銀漿用銀粉制備、背板內層材料氟碳涂層等關鍵技術，研發與技術升級迭代配套的逆變器用絕緣柵雙極型晶體管元器件，大力推動大尺寸高功率、半片、疊瓦、疊片、多主柵組件制造。

3.5.2 做優做強光伏發電產業

實施可再生能源產業強鏈工程。推動核心技術自主化，加力打造一批“鏈主企業”“隱形冠軍”，推動形成更加完備、更富活力、更趨精密的光伏裝備產業鏈。推進單晶行業轉型，深入研究更高效率、更低成本的新型組件產業化關鍵技術，推動廢舊光伏組件回收處理技術及新產業鏈發展，提升光伏企業競爭力。

3.5.3 強化創新支撐體系建設

充分整合江蘇省省內外科研院所、高校、企業等創新資源，建立健全江蘇省省內骨干光伏企業、國家重點實驗室、高等院校、科研院所聯合研發攻關機制，構建以國家戰略科技力量為引領、企業為主體、市場為導向、產學研深度融合的光伏發電技術創新體系，實現共性技術共研共享。推動創建國家級和省級產業創新中心、技術創新中心、工程研究中心等，鼓勵建設共性技術研發、檢驗檢測等公共服務平臺。吸引相關領域高端人才集聚，促進前沿技術成果轉化，推動產業創新發展。

4 結論和建議

本文在對江蘇省光伏發電資源稟賦、發展水平和存在問題等情況進行分析基礎上，對江蘇省高比例光伏發電發展情景進行了分析，提出了江蘇省實現高比例光伏發電發展的路徑：

一是考慮“漁光互補”“農光互補”、居民屋頂分布式及工商業屋頂分布式等光伏主要發展模式，江蘇省光伏發電潛力可達1.48×108kW，總體來看，發展潛力巨大。

二是江蘇省光伏發電在發展過程中也面臨諸多挑戰，包括土地資源約束趨緊、電網消納壓力增大、光伏經濟競爭力有待提高等問題亟待解決。

三是通過建立江蘇省光伏發電發展估算模型，對光伏發電發展規模進行科學預測，“十四五”時期，江蘇省光伏發電規模將達3 500×104kW 以上，在3 500×104～4 200×104kW；“十五五”時期發展規模預計在4 500×104～6 000×104kW。

四是在高比例發展路徑上，要優化光伏發電發展方式，創新光伏發電政策機制，構建新型電力消納機制，完善市場化發展新機制，提升產業創新發展能力，多措并舉推動江蘇省光伏發電高比例發展。

同時，提出推動江蘇省高比例光伏發電發展的政策建議：

一是優化可再生能源頂層設計。根據國家下達給江蘇省的可再生能源電力消納責任權重和非水電可再生能源電力消納責任權重，適時研究并探索將年度光伏發電新增裝機指標分解至各設區市。

二是積極推動光伏發電項目建設。加快“光伏+”綜合利用基地進度，系統推進城區、園區、鎮街和農村光伏發電規?；瘧?，有力有效支撐光伏發電躍升發展。

三是強化土地資源保障。完善可再生能源復合用地政策，適度放寬光伏復合項目選址原則，明確光伏復合項目土地利用標準，合理保障可再生能源建設用地用海需求。