东营市整市分布式光伏屋顶开发试点应用方案探讨

2022-12-21肖利坤

农村电气化 2022年12期

肖利坤

（国家电力投资集团广东电力有限公司广州分公司，广东广州 511458）

1 整县屋顶分布式光伏发展试点政策背景

屋顶分布式光伏集约化开发项目将以更大的资金投入推动光伏发电走向乡村、走进农村居民，为试点项目地区的生态文明建设、乡村振兴战略提供全面深入的综合能源服务保障，具有良好的社会效益。通过东营市整市推广屋顶分布式光伏发展的试点，一方面提高公众的认知程度和自觉意识，另一方面树立环境友好城市建设创新的标杆。随着光伏应用的深入推进，总结出光伏应用示范建设的“东营模式”和“东营经验”，打造绿色低碳发展示范工程[1]。

2 东营市光伏应用产业发展基础分析[2]

目前，东营市是山东省光伏应用产业发展条件较为优越的区域，具有良好的光伏应用产业发展基础。

2.1 东营市基本情况

东营市位于山东省北部黄河三角洲地区，黄河在东营市境流入渤海。东营市地理位置为北纬36°55′～38°10′，东经118°07′～119°10′。东、北临渤海，西与滨州市毗邻，南与淄博市、潍坊市接壤。南北最大纵距123 km，东西最大横距74 km，土地总面积8243 km2。

2.2 太阳能资源丰富

采用NASA 数据评估所在区域的太阳能资源。东营市年太阳辐射总量为1558.4 kWh/m2，太阳能资源较为丰富。光伏场区范围代表年水平面太阳总辐射量为5610.3 MJ/m2，太阳能资源按分类属我国II类资源丰富地区，具有非常好的开发利用价值，适合建设光伏发电系统。

2.3 具有丰富的屋顶资源

2.3.1 工业厂房及园区屋顶

东营经济开发区横跨主城区及沈塘、白沙、杨家、乌石4个镇，分A、B、C 3个园区，规划面积，约153.47 km2。A 园区主要位于沈塘镇，占地面积约11.47 m2，以先进制造业为主导产业，全力承接东海岛钢铁、石化配套企业和就业导向型企业，重点引进新能源汽车及零部件、绿色家电、装备制造、电子信息、生物医药、轻工纺织、农海产品加工等先进制造业；B 园区主要位于白沙镇、杨家镇，占地面积约12473 m2，全面发展高新技术产业和现代物流，培育发展大项目、大工业、大企业，打造新能源汽车及零部件、生物医药、节能环保、机械装备及金属加工、精细化工制造等各种专业园区，建设东营半岛铁路货运物流枢纽中心；C 园区主要位于乌石镇，即东营市临港工业园，占地面积17.27 km2，规划与海南相向而行，重点发展船舶与海工装备、电力、油气生产和加工、能源化工与环保新材料以及海洋能源等重大型工业，打造西海岸重要临港产业基地和对接海南的重要能源供应基地。东营经济开发区依托区位、产业和资源优势，结合三大国家战略、省区域发展新格局以及东海岛产业链的产业发展轨迹和转移趋势，正打造集群型产业园区，未来发展潜力巨大。可由园区管委会统一厂房建设标准，入园企业在厂房设计阶段考虑屋顶结构及承重，合理安装光伏设备，避免了打孔漏水或结构不合理导致光伏板无法安装的问题。

2.3.2 公共建筑屋顶

经过多年发展，东营市城市建设越来越完善，党政机关、学校、医院、村委会等已建设较为完备，且屋顶结构及承重较好，适合屋顶分布式光伏项目开发。东营市也拥有很多大型集体物业，例如大型商场、购物中心、大型农贸市场等，这些集体物业就是光伏发电应用很好的屋顶资源。

2.3.3 村居户用屋顶

东营市目前共计25个镇（街）、1779个村民委员会、全市常驻人口共219 万人，按每户6 人计算，共计约36万户，屋顶资源十分可观。近些年，东营市大部分村委会已开发建设扶贫光伏项目，这让村民对光伏发电有了直观的认识和了解，接受程度较高，户用屋顶光伏开发潜力巨大。

2.4 消纳能力稳步提升

东营市现有220 kV升压站2 座，110 kV升压站11 座，随着东营地区500 kV安澜变电站、220 kV东营南变电站等输变电工程陆续建成投产，东营市网架结构将得到大幅提升，新能源项目将具备较好的消纳及送出能力。

3 东营市屋顶分布式光伏开发方案

按照国家能源局综合司《关于报送整县（市、区）屋顶分布式光伏开发试点方案的通知》，屋顶分布式光伏项目开发分为以下4类。

党政机关建筑，屋顶总面积安装光伏发电比例不低于50%。

学校、医院、村委会等公共建筑，屋顶总面积安装光伏发电比例不低于40%。

工商业厂房屋顶，总面积安装光伏发电比例不低于30%。

农村居民屋顶总面积可安装光伏发电比例不低于20%。

针对东营市光伏应用产业发展的基础优势以及发展现状，结合东营市整市推广屋顶分布式光伏发展的试点的模式需求，拟实施以下几种开展光伏应用产业发展的模式。

3.1 工业厂房及园区屋顶光伏电站项目开发

拟选择东营经济技术开发区及市内现有相对集中的厂房屋顶开发园区屋顶分布式光伏项目，总开发规模约70 MW。

对于厂房屋顶质量较好，能够满足光伏电站的安装要求的集中连片工业厂房，可优先开发建设，此类厂房单独一家规模较大的工业企业就能够实现光伏电站的规模集中开发，具有良好的开发经济效益。

对于落户园区的新企业或扩建企业，以统一标准建设厂房屋顶，统一建设屋顶分布式光伏，以避免厂房承重或设计不满足屋顶光伏建设要求的问题[3]。

3.1.1 商业模式[4]

采用合同能源管理（EMC）方式为主，企业业主自己投资为辅的方式推广。

合同能源管理模式：电站所有权及电站发电收益属于光伏投资公司所有，光伏电站所发电量供厂房业主使用，同时给与一定的电价折扣方式的结算，电价的折扣作为使用厂房业主的屋顶租金。

3.1.2 投资效益分析

以大型分布式并网光伏电站为例，目前一般工业用电综合电价为0.65元/kWh，根据发电数据调查以及综合分析，东营地区1 MW光伏项目在25年的光伏发电周期内年均的发电量为108 万kWh。考虑到大型分布式系统造价为4元/W，前期投入400万元，如表1所示。

表1 1 MW工业厂房屋顶光伏发电项目投资收益表

从上述分析可知，在大型工业园区的厂房屋顶开发的分布式光伏电站系统具有良好的经济收益，并且项目长期收益稳定，可以采用商业企业自筹资金和引进外来企业与资金的方式，连片开发大规模的分布式光伏电站。该种商业模式已经比较成熟，考虑到东营市的现有实际情况，该种光伏应用产业方式发展潜力巨大，将成为东营地区光伏产业应用的主要模式之一，发展前景良好。

3.2 市政工程光伏推广开发

近年来，东营市相关的城镇公用事业得到了快速的发展。城镇公用事业中的光伏应用开发具有良好的推广示范意义，对于提高市民绿色环保、节能低碳、新能源推广意识有着重大的积极作用。

建议开展城镇公用事业中的光伏应用推广工作，由政府牵头，机关事务局、国资委、卫生健康局、教育局、住建局等部门配合，主要的应用形式包括党政机关建筑、学校、医院、村委会等屋顶光伏项目开发，以及光伏车棚、光伏走廊，光伏公交站、光伏-LED结合街道照明、交通/铁路信号灯、交通警示/标志灯等建筑光伏示范项目等，总开发规模约30 MW。

3.2.1 商业模式

市政工程屋顶光伏建议商业模式为政企联合进行户用光伏集约化开发。

开发企业和东营市政府签订投资开发框架协议。由东营市政府统一组织、动员、协调，由企业负责投资开发，政府也可入股与企业成立合资公司，由合资公司进行项目开发。

电能以“自发自用，余电上网”形式使用及并网，优先就地消纳，多发电量就近接入电网送出，市供电局直接和企业或合资公司进行电费结算，项目收益及用电价格由政府与企业协商确定。

由与市政府签订合作协议的企业或双方成立的合资公司负责向东营市供电局、发改局进行户用光伏项目的申报、备案、并网等手续。

3.2.2 特点分析

政企联合，以屋顶光伏作为基础电源，规划建设小型源网荷储一体化项目，可大大提高极端条件下电网的应急保障能力，保障区域能源安全。

可充分发挥政府的组织、协调、引导功能，避免户用光伏这一新兴行业粗放、无序发展。

可充分发挥大型企业的社会责任，打造示范样板工程，服务国家乡村振兴战略。

因此，市政工程光伏集约化开发由具备投资实力的大型企业统一规划开发，无疑将在金融支持、电站质量、后期运维等方面凸显优势。

3.3 村居户用光伏应用系统开发

2021年是“十四五”开局之年，在碳达峰、碳中和与乡村振兴战略的双重机遇下，户用光伏将光伏产业与乡村清洁能源建设工程、“千乡万村沐光行动”等政策紧密结合，充分发挥新能源在能源供应保障中的作用。村居户用光伏集约化开发项目将以更大的资金投入推动分布式光伏发电走向乡村、走进农村居民，为试点项目地区的生态文明建设、乡村振兴战略提供全面深入的综合能源服务保障。

东营市共计21个镇（街）常驻人口共150万人，按每户6人计算，共计约25万户，预估按照20%的比例安装，平均每户装机10 kW，预计东营市户用光伏可开发总规模为500 MW。考虑部分农户屋顶已被先行开发，预计该试点项目总规模为200 MW。

3.3.1 商业模式

开发企业和东营市政府签订投资开发框架协议。获得东营市政府支持后，由东营市政府统筹组织、动员、协调各乡（镇）政府、村委会，统一开发居民屋顶光伏项目。

用户和开发企业签订《居民光伏电站屋顶租赁合同》。

用户拥有屋顶资源，开发企业拥有光伏电站产品，甲方租用乙方光伏发电产品在自家屋顶建设居民分布式光伏电站（租赁期限25年、采用全额上网的方式）。甲方租用乙方产品所须支付的租金为电站所获得所有补贴及卖电收益，甲方享受电站固定收益。固定收益为组件数×(20～35)元，按年从结算账户中列支。

甲方在乙方指定银行开立接收补贴和卖电收益的唯一结算卡（结算账户），该卡由乙方保管并全权支配。除应支付给甲方的固定收益外，剩余款项作为租金由乙方支配，并直接支付至乙方账户。

3.3.2 特点分析

建议光伏电站所有权归开发企业，光伏电站的使用权由业主通过租赁的方式获取，充分发挥大型企业的品牌、资金、技术、管理等方面优势，做大项目规模，推进标准化施工、制定行业标准，引领行业规范化发展。委托一家具有当地开发建设经验的合作方或设计院，采取户用光伏发电项目EPC总承包方式，节省人力物力，并可充分满足农户个性化需求。

3.4 运营维护

开发企业成立专业运维队伍，由专业运维技术人员和当地运维工人组成，全面负责屋顶分布式光伏的运营维护，既保证项目运维的专业化水平，又可为当地提供劳动就业岗位，使屋顶光伏项目可得到优质的后期运维保障，消除后顾之忧，确保工程达到设计参数及寿命。

4 项目效果分析

东营市整市推广屋顶分布式光伏发展的试点的建设对于经济和社会发展有明显的带动作用。

4.1 投资拉动作用明显

东营市整市推广屋顶分布式光伏发展的试点，总规划安装总量约为300 MW，其中国有、民营及公共建筑屋顶上规划100 MW，村居户用光伏应用容量200 MW。

国有、民营及公共建筑屋顶上规划100 MW 光伏发电系统，此部分初始投资成本为4 元/W 左右，则总计带动的项目初始投资总量为3.5 亿～4.2 亿元左右，项目建设完成后，每年将带来500万～800万元的税收收入。

村居户用光伏应用容量200 MW，此部分初始投资成本为3.7～4.5 元/W 左右，则总计带动的项目初始投资总量为7.4 亿～9 亿元左右，项目建设完成后，每年将带来1000万元左右的税收收入。

综上所述，东营市整市推广屋顶分布式光伏发展的试点，就可以为东营市带来直接投资约11.1 亿～13.5亿元，每年的税收收入为1500万～1800万元左右。

4.2 产业带动作用明显

随着光伏产业的发展，除了光伏组件和逆变器以外，其余的很多结构和电气设备可以实现在本地生产及采购，由本地企业提供产品，可有效带动本地制造业企业的发展与产业升级。

4.3 节能减排效益明显

光伏发电项目的节能减排效益非常明显，按照东营市整市推广屋顶分布式光伏发展的试点总计安装约300 MW 的光伏电站计算，第一年就可产生约3.2亿kWh清洁电力，减排二氧化碳27万t左右。详细的累计节能减排效益，如表2所示。

表2 安装300 MW光伏电站的节能减排效益

碳排放交易是节能减排的重要措施之一。目前已逐步开展了碳排放交易的市电工作，如果能够将光伏发电纳入到碳排放交易的体系，将产生重大影响，对东营地区的节能减排工作产生巨大的推动效益。

5 施工技术方案及典型设计

目前屋顶多为平屋顶和斜屋顶形式，因此项目开发方案考虑采用斜屋顶及平屋顶两种典型技术方案。

5.1 平屋顶典型安装设计

常规固定支架基础主要有独立基础、条形基础、钻孔灌注桩基础、螺旋桩、预制PHC桩基础等。平屋顶光伏阵列支架安装形式有固定式水泥基础和配重式水泥基础。其中，固定式水泥基础光伏阵列支架适宜选用热浸锌碳钢支架，光伏支架与水泥基础之间的固定，可选择水泥基础预埋固定件的形式，也可以选择化学植筋的形式。配重式水泥基础只是通过重力来抵御光伏阵列在负风压的情况下承受的拉力，该方案的优点在于不破坏原屋面防水保温层，施工周期短。

考虑到东营地区受台风影响较大，出于安全性考虑，建议使用固定式配重基础。

5.2 斜屋顶典型安装设计

斜屋顶上的屋面瓦作为屋顶的装饰材料，电池板须挂在屋面上，对于安装方式有两个特点：光伏组件主要采用顺坡架空安装方式。光伏阵列相对于屋顶平行铺设，支架采用钢制预埋件点阵式固定横梁；顺坡支架安装的光伏组件与屋面之间的垂直距离满足安装和通风散热间隙的要求（架空距离一般为150～200 mm）。支架安装方式要注意挂瓦条和顺水条连接到固定瓦上。