上海市分布式光伏开发模式创新机制研究

蒲军军 邢 颖

上海市节能减排中心有限公司

0 引言

“十二五”以来，本市光伏发电进入加速发展期，关键设备成本迅速下降，财政补贴持续支持，项目装机规模明显增加。《上海市能源发展“十三五”规划》中提出“大力发展分布式光伏”的要求，并提出“到2020 年全市新增光伏装机50 万kW，总装机达到80万kW”的目标。同时，规划中还提出非化石能源占一次能源消费比重、本地非化石能源占一次能源消费比重、本地可再生能源发电装机比重等几项结构优化指标，应分别达到14%、1.5%和10%左右，要完成上述结构优化指标，考虑到“十三五”期间由于崇明生态岛建设，风电建设受阻，发展速度明显低于预期，因此光伏还需在现有基础上进一步加大发展。但与此同时，原作为光伏发展主力的屋顶资源较为稀缺，有必要创新利用市政领域、农业设施、建筑立面等发展光伏[1][2]。

1 本市分布式光伏发展情况分析

本市光伏于2016-2019年持续快速增长，截至2019年底，本市光伏发电项目总装机容量已超100万kW。本市光伏开发建设呈以下主要特点[3][4]：一是项目类型以屋顶分布式光伏发电项目为主，地面光伏电站项目数量较少；二是单个项目规模日趋减小，个数急剧增加，总体规模新增量逐年递增；三是项目并网模式多为自发自用余电上网，且项目自发自用比例总体较高；四是光伏设备多采用常规设备，但建设方式较为多样，具有一定的创新性；五是光伏项目经济效益在资金补贴支持下明显改善，且项目融资渠道多样。

随着分布式光伏补贴逐年退坡、光伏发电建设成本下降、分布式光伏逐步开放就近消纳和就近交易等发展新形势的出现，本市光伏发展仍然存在场地资源紧张、落实难度加大、项目投融资困难等问题，这在一定程度上制约着光伏发电项目的发展[5]。

2 光伏依托领域创新研究

根据《国务院关于上海市城市总体规划的批复》（国函〔2017〕147号）中的相关要求，“本市应严格控制城市规模，坚持节约和集约利用土地，严格控制新建建设用地，加大存量用地挖潜力度”，预计本市未来可用于光伏建设的屋顶资源有限，需进一步挖掘存量资源，并创新开拓建设领域及建设模式，以扩大光伏发展空间[6]～[8]。

2.1 市政设施+光伏

上海市目前有多座污水处理厂、自来水厂或泵站，相关企业（如上海城投水务(集团)有限公司等）在“十三五”期间还规划新建多项污泥处理工程等市政工程,本市也可鼓励相关企业结合这些市政设施开展光伏建设。根据本市2017 年统计年鉴，截至2015 年本市拥有自来水厂37 个、污水处理厂污水处理能力818 万t/d，除去部分水厂可能存在遮挡及全地下设置外，其余均可探索建设光伏项目，根据类似污水处理厂1 万t/日的处理量约占地1.5 万m2的情况，如利用率暂按20%计，则有约100 万m2的利用面积，具有巨大的潜力。

1）自来水厂及泵站

（1）结合本市已建或新建自来水厂，在水厂沉淀池、滤池、排水池等工艺水池（非腐蚀性工艺、露天）上方建设固定式的水上光伏系统，在加药间、泵房等工艺车间屋面建设光伏系统，光伏项目应根据水厂用电情况确定采用自发自用余电上网或全额上网的并网模式；

（2）水库泵站工程与自来水厂类似，结合已建或新建水库泵站工程，在清水库上方建设固定式的水上光伏系统，在泵房、次氯酸钠加注间、办公用房等屋面建设光伏系统，并网方式根据项目规模及泵站用电情况而定。

2）污水处理厂及污泥处理厂

本市已建的污水处理厂均陆续开展提标改造工程，对部分处理设施加盖，可结合此类改造工程开展光伏发电项目的建设，如在沉淀池、曝气池等非腐蚀性工艺池（露天）上方建设固定式的水上光伏系统，在滤膜车间、加药间、泵房等工艺车间屋面建设光伏项目；污泥处理厂应选择非地下建筑的处理厂进行结合建设，结合规划新建工程在其工艺车间、污泥储存仓、储泥池等建设光伏项目，其中污水处理厂和污泥处理厂由于用电量较大，可选择自发自用余电上网的并网模式[9]。

2.2 农业领域+光伏

参照江苏省和浙江省已开展的“光伏+农业”的复合型光伏项目，本市可结合部分农业设施实施“光伏+农业”项目。

本市第三次农业普查公布的主要数据显示，截至2016 年底，本市设施农业中，温室占地面积约618万m2、大棚占地面积约13 300万m2、渔业养殖用房面积约40万m2，考虑温室或大棚的性质（是否为永久温室或大棚）、结构承载能力及周边电力接入条件等因素，如温室和大棚顶部的光伏开发利用率按10%和1%计，渔业养殖用房屋顶的利用率按25%计，则有约200 万m2的利用面积，具有巨大的潜力。

目前，青浦区已有一个光伏+渔业养殖（设施农业）的复合类项目建成并网，由于该项目为槽式养殖，需电力保持水温及含氧量，电耗较大，项目采用自发自用余电上网的并网模式[10]。“光伏+农业”主要开发模式如下：

1）种植业+光伏

（1）菌菇养殖+光伏：菌菇生长喜阴喜湿，一般菌菇安排在室内养殖。结合出菇房建设光伏发电项目，采用光电建筑一体化的建设形式建设光伏出菇房，更利于发挥遮光、保湿作用，利于养殖。

（2）花卉养殖+光伏：部分花卉也为喜阴植物，且与菌菇类似，花卉一般在阳光大棚中养殖。将原有大棚改造为光伏透光大棚，大棚顶部根据花卉需阳光程度，选择具有一定透光性的组件，保障花卉的正常生长。

2）养殖业+光伏

本市养殖业体量较小，仅在本市郊区建设有部分大型养牛基地、养鸡场或渔业养殖（设施农业）基地（如崇明光明养殖基地）等，且均建有牛舍、猪舍、鸡舍等构筑物，可依托该类构筑物，建设屋面光伏，并根据光伏装机容量及养殖基地用电量明确项目并网模式。

3）农业休闲观光+光伏

本市青浦、金山、崇明等区均在发展农业休闲旅游业，可结合农业观光中的采摘大棚、景观建筑等建设光伏项目，将光伏发电项目融入农业景观，并将光伏所发电量用于农业休闲观光设施。

2.3 交通运输+光伏

随着我国光伏行业的发展，结合道路等交通设施发展光伏等创新的跨行业结合方式层出不穷，上海作为全国路网最为密集的地区之一，高速公路及高架道路的长度也是在全国数一数二，资源量巨大，光伏与交通运输行业的结合也将是本市光伏发展值得探索的方向。主要开发方式如下：

1）交通设施+光伏（1）高架道路+光伏

本市高架道路为减少噪音扰民，在部分路段两边均安装有声音屏障，仅内环、中环、外环、南北高架、延安路高架等市区范围的高架道路长度已约250 km，屏障高约2～3m，考虑周边遮挡及承重问题，如利用率能够达到10%，则有约7.5 万m2的利用面积，可探索结合声音屏障更换或改造的机会，实施光伏组件的改造，用光伏组件来代替原声音屏障材料或在声音屏障上建设光伏发电项目。但该种方式涉及交通安全，应做深入的安全论证后，再小范围试点。

（2）公交站点或地铁轻轨站点+光伏

本市公交及地铁线路网络密集，站点众多，可结合有条件的公交车站站点候车棚或地面轨道交通站点屋顶建设小型的分布式光伏项目，所发电量供候车棚或轨交站点使用。经初步统计，结合3 号线、5号线、16号线、17号线等，共计63个地面或高架地铁站点车棚可建设分布式光伏项目。

（3）停车场+光伏

本市一般公园、旅游景区等均配套地面停车场，部分大型商超也配套建设有屋面停车场，同时还拥有P+R地面停车场、公交场站停车场等大量停车场资源，应结合有条件的停车场资源，建设光伏发电项目。由于公园、旅游景区等用电量较小，并网模式可考虑采用全额上网模式，商超等用电量较大，可考虑自发自用余电上网的并网模式。其中，在停车场建设光伏发电项目主要形式为光伏车棚，可在不影响原有场地功能的情况下，建设光伏发电项目。同时，光伏组件具有较好的吸热性，能够缓解露天停车场夏季车辆暴晒车内高温的问题。

2）交通枢纽+光伏

（1）机场或火车站+光伏

本市已在虹桥火车站（停车棚）、虹桥机场、浦东机场等多个交通枢纽建有光伏项目，上海火车站、虹桥火车站（候车大楼）等仍具有开发建设分布式光伏系统的较大潜力。同时，结合本市正在规划的高铁东站，在其规划阶段即应将光伏项目融入构筑物的设计中，应具有较大的发展规模。

（2）港口+光伏

上海作为沿江沿海城市，航运业较为发达，沿江沿海有多个货运港口，并配套有多家物流公司。其中货运港口拥有大面积屋顶或堆场资源，且周边均无大面积遮挡，较为适合开发建设光伏项目。如上海海通汽车码头有限公司不仅拥有超过10万m2的屋顶资源，还拥有超过40万m2的汽车堆场资源，可用于建设屋顶分布式光伏项目或光伏车棚项目，初步预计可建设光伏项目约30 MW。

3 建设方式创新研究

3.1 立面光伏

本市中心城区以商业办公等高层建筑为主。而近年来，随着光伏组件技术的进步，建材型组件、发电玻璃等产品的成熟，从而在建筑外立面安装光伏组件已逐步具有了可行性。目前，本市建成的立面光伏均为小型的试点示范项目，无大范围的应用。

1）立面光伏建设形式

立面光伏建设形式分为分离式和一体化两种。分离式形式仅作为发电系统，不作为建筑围护结构的一部分；在已有建筑或新建建筑已建成的外墙或幕墙外单独架设支架，支架连接在建筑主体结构上，类似在已有建筑外加“一层罩子”；该种立面光伏较难起到密封保温等作用，采用一般类型光伏组件即可，但由于光伏支架为独立结构，需考虑建筑承重、刚度、稳定性及变形能力等进行专业设计（见图1）。

图1 分离式立面光伏示意图

一体化形式是采用建材型组件来代替传统的玻璃幕墙建材，将光伏组件作为建筑建材或幕墙的一部分，既作为发电系统，又作为建筑围护结构的一部分，应与新建建筑幕墙一同设计建设或与已建建筑的外立面一同改造，组件可根据建筑业主的透光要求选择不透光或透光型组件，并可根据景观要求选择晶硅组件、薄膜组件等（见图2）。

图2 一体式立面光伏示意图

2）规模及并网模式

立面光伏建设规模与建筑立面息息相关，同时由于西侧及北侧立面普遍遮挡面积较大，故应主要考虑依靠建筑南侧立面建设光伏项目（如采用弱光性能较好的薄膜组件，也可考虑在东、西两侧建设）。同时，本市由于土地资源紧张，建筑间距相对较小，立面光伏建设还应综合各立面底部的遮挡面积考虑立面光伏的安装高度，因此立面光伏项目一般规模不大，以几十至几百kW 为主。由于立面光伏均依托工商业建筑立面，用户用电一般较为稳定，且项目规模均普遍偏小，所以立面光伏项目应主要自发自用。

3）立面光伏发展的难点

（1）立面光伏由于建设方式与普通光伏项目建设方式的不同，更应注意其结构或者支架等的专业设计、原建筑的承载能力、光反射污染、与周边景观的一致性、施工安全及后期运维安全等一系列因素，这就要求立面光伏投资或建设单位不仅需要具有新能源开发方面的经验，还需要有玻璃幕墙建设的专业经验，以确保项目的安全正常施工及使用；

（2）虽然本市具有大量的立面光伏潜在资源，但在一定时期内，本市较难出现大量需要做外立面改造的建筑，但随着时间的推移，资源将逐渐出现。

3.2 迁移式光伏

本市有部分工业企业厂区内有较大面积的待开发的工业空地，但由于无法明确何时扩建厂房或开发，故多数工业企业不愿将空地拿出做光伏发电项目；光伏开发单位也担心土地空闲时间不定影响项目收益，导致投资积极性不高。为充分利用这些暂时闲置的工业用地，可结合空地建设迁移式光伏发电项目，在工业用地闲置时，可将光伏发电项目建设在地面上，当该地块启动开发后，可结合开发进度同步将光伏发电项目搬迁至临近地块或移至新建建筑屋面。

因本市土地资源紧张，该类型项目宜结合在工业园区或工业厂区等土地权属较为清晰的场地内建设，对于留白地区应谨慎考虑实施，且项目并网方式应根据项目装机与用户用电量的匹配程度及项目经济性符合考虑。由于项目为迁移式项目，电力接入系统及线路也应考虑便于项目移动，同时，项目移动或搬迁须选择原厂址临近地区，以充分利用市政电网为搬迁前该项目接入所建设的设施资源，对于全额上网的电站项目外线部分一般由电力公司投资，其投资额较大，如在光伏项目迁建后，可能导致接入系统投资浪费。

4 结语

本文结合当前建筑资源紧张的情况，提出以市政设施、农业及交通设施等领域为突破点，实现光伏依托领域的创新。依托自来水厂和污水处理厂等市政设施的模式，需论证光伏系统的建设是否会影响净水水质及正常生产等问题；依托种植业、养殖业、农业休闲光伏等农业设施的模式，需明确依托场地的土地性质，并论证光伏发电项目的建设对农业生产的影响程度；依托高架桥、公交站点、停车场、机场、火车站或者港口等交通运输领域，因线路过长、光伏装机分布零散、电力接入线路过长，需进一步论证电力接入条件。建设方式创新主要分析了立面光伏、迁移式光伏两种光伏建设模式，立面光伏本市潜在资源较大，但建设需考虑支架结构设计、建筑承载能力、光反射污染、后期运维等一系列问题，对光伏建设单位存在一定的挑战。