3MW光伏电站光能、水能建设项目可行性研究报告

3M W 光 伏 电 站 光 能 、水 能 互 补 工程 可研 阶段 可行性研究报告 电 力 设 计 院 二九年一月 批 准 人： 陈 虎 审 核 人： 刘亚军 校 核 人： 王 军 编 写 人： 刘 刚 张 雷 徐 芳 席丽娜 吴 芳 宁 利 3MW 光伏电站 光能、水能互补 可行性研究报告 1 3MW 光伏电站 光能、水能互补 可行性研究报告 1 目 录 1 项目概况 1.1 项目概况 1.2 报告编制原则及依据 1.3 编制范围 1.4 项目主要内容 1.5 项目 实施的总体目标 2 地区概况及电力系统 2.1 地区概况 2.2 电力系统 3 项目提出的背景 3.1 目前我国的能源形式 3.2 我国电力供需现状及预测 3.3 世界光伏发电发展现状 3.4 世界光伏发展目标和发展前景 3.5 世界光伏技术发展趋势 3.6 中国光伏发电市场 的 现状 3.7 中国光伏发电市场的发展 3.8 中国光伏产业发展现状 3.9 太阳能光伏发电在我国能源电力供应中的地位 4 项目的必要性 4.1 满足玉树机场用电需求，提高用电可靠性的需要 4.2 合理开发利用光能资源，符合能源产业发展方向 4.3 加快能源结构调 整的需要 4.4 改善生态、保护环境的需要 5 太阳能光伏电站与 当地 水电站 电网的互补运行 5.1 地区负荷特性 5.2 太阳能光伏电站发电特性 5.3 水电站发电特性 5.4 太阳能光伏电站与 当地 水电站 电网的互补运行 3MW 光伏电站 光能、水能互补 可行性研究报告 2 6 工程任务及规模 6.1 工程建设厂址及规模 6.2 建设任务 6.3 电站与系统连接方案设想 7 光能资源 7.1 玉树州太阳辐射总量及时空、日照时数分布 7.2 气象站光资源资料 7.3 光伏电站光资源计算 7.4 光资源综合评述 8 地质工程 8.1 厂址区域稳定性评价 9 光伏发电电池组件选择和发电量估算 9.1 光伏电池组件型式确定 9.2 发电量估算 10 电气 10.1 电气一次 10.2 电气二次 11 土建、给排水及暖 通 工程 11.1 土建工程采用的主要设计技术数据 11.2 主要建筑材料 11.3 建（构）筑物抗震分类和抗震设防原则 11.4 主要建筑设施及结构体系及结构选型 11.5 光伏电站接地网及电缆沟 11.6 给排水及消防水 11.7 采暖系统 11.8 通风系统 11.9 空调系统 12 环境保护与水土保持 12.1 主要污染源和主要污染物 12.2 设计依据及采用的环境保护标 准 3MW 光伏电站 光能、水能互补 可行性研究报告 3 12.3 控制污染的设想与影响 分析 12.4 绿化及水土 的 保持 12.5 环境条件对太阳能光伏发电效率的制约因素分析 12.6 结论 13 消防、劳动安全与工业卫生 13.1 消防 13.2 劳动安全 13.3 工业卫生 13.4 其它安全措施 14 电站总平面布置 14.1 厂址概况 14.2 交通运输 14.3 电站总体布置设想 15 工程设计概算 15.1 编制说明 15.2 工程概算投资 附图 附图 1：结古镇电网地理接线图 附图 2： 结古 35kV 变电所主接线图 附图 3： 3MW 光伏电站主接线图 附图 4： 3MW 光伏电站总平面布置图 1 1. 项目概况 1.1 项目概况 1.1.1 项目名称 3MW 光伏电站光能、水能互补 工程。 1.1.2 项目执行机构 ：青海省力腾水电安装有限公司 1.1.3 建设地点 青海省玉树州 ， 青海省玉树飞机场。 1.2 报告编制原则及依据 1.2.1 编制原则 (1)认真贯彻国家能源相关的方针和政策，符合国家的有关法规、规范和标准。 (2)对厂址进行合理布局，做到安全、经济、可靠。 (3)充分体现社会效应、环境效益和经济效益的和谐统一。 (4)论证研究太阳能光伏电站与水电站的运行、互补，提出效益最大化的运行方案。 1.2.2 编制依据 (1)3 10kV 高压配电装置设计规范（ GB50060-1992） (2)供配电系统设计规范（ GB50052-1995） (3)建筑设计规范（ GB50016-2006） (4)电力工程电缆设计规范 （ GB50217-2007） (5)有关规程规范。 1.3 编制范围 对 当地有关电力系统状况 进行 分析 ，进行 光能资源 、水能资源 分析， 进行 工程地质 初勘 、光伏电池组件选型和优化布置、发电量估算 ，以及对应的 电气工程、土建、暖通、给排水工程、施工组织、工程管理设计、环境保护和水土保持综合评价， 劳动安全与工业卫生 ， 效益分析，工程投资概算，财务评价等。 1.4 项目主要内容 新建玉树州太阳能光伏电站 1 座，容量为 3MW；研究 3MW 光伏电站光能、水能互补运行方案，解决运行效益最大化问题。 1.5 项目实施的总体目标 开发当地丰富的太阳能资源，解决玉树州机场供电可靠性，形成对机场用电负荷的双电源供电，满足机场近期及中长期发展需要 ；研究 3MW 光伏电站光能、水能互补运行方案， 2 解决运行效益最大化问题。 2 地区概况及电力系统 2.1 地区概况 玉树藏族自治州位于青海省青藏高原南部，该州 总面积 26.7 万平方公里，约占青海省总面积的三分之一以上。总人口 26.7 万人，其中藏族占总人口的 96.3%，是青海省主要的林、牧区。境内有格拉丹东雪峰、可可西里冰川、各日各雅雪山和扎日根雪山，这些巨大的固体水库蕴育了长江、黄河和澜沧江三大水系，其正源沱沱河，卡日曲和扎曲都出自玉树境内。二江一河，水量充沛，支流发达，水力资源颇为丰富，玉树境内干支流水能理论蕴藏量约 542.7 万千瓦。 玉树州交通闭塞，经济落后。该州的水能资源丰富，二十世纪八十年代以后，随着 当地生产力水平的 不断提高，对电的需求日益增长，在这期间修 建了结古镇西杭，玉树县安冲、小苏莽、上拉秀、下拉秀、巴塘相古村、称多县二级、尕朵、拉布、下赛巴，昂欠县扎曲，曲麻莱县聂恰、周木尕卡等县、乡、村十三座小水电站。二十世纪九十年代以后，又新建了治多县同卡电站，玉树县当托电站，称多县科玛电站和玉树州禅古电站。截止 2007 年末，该州已建成小水电站 24 座，总装机容量 17157 千瓦。 玉树州下辖六个县 ，目 前青海省大电网尚未延伸到玉树州，结古镇独立小电网已初具规模 ， 各县 小水电 电网初步形成基本上形成了独立电网。从这一实情出发，玉树州必须大力发展水电及太阳能发电。 2.2 电 力系统 玉树州远离青海省主电网，为独立运营的小电网。目前，全州已建成运营的小水电站有数十座，除目前新建成的 4 座外，主要的几座骨干水电站如禅古、科玛、扎曲等电站的出力均达不到 60%，其他水电站达不到 50%。由于玉树地区目前的电源供应远远满足不了当地 3 用电需求，从而制约了经济社会等各项事业的发展。 随着近年相继开工并建成的拉贡、龙青峡两个水电站建设的快速推进和聂恰、白扎、香达三个水电站改造开工在即，玉树藏族自治州将实现以水电为骨干、以光伏电源为补充的电力供应网络，大大的改善了当地农牧民的生产生活条件。 玉树州是长 江、黄河、澜沧江的发源地，其支流由雅砻江、卡日曲、孜曲、当曲、结曲等众多大小河流组成，多年平均总流量达 1022.3 米 /秒，水能理论蕴藏量约为 543 万千瓦。长期以来，由于地处偏远，经济发展滞后，大量的水能资源得不到及时开发，已建成的 24座小水电站的总装机容量仅为 1.7 万千瓦，不足水能总资源的 0.3%，缺电成为玉树经济发展、社会进步的 “瓶颈 ”。近年来，玉树州委、州政府紧紧抓住西部大开发的历史机遇，争资金、跑项目，不断加快电力资源的开发步伐。继总装机 6000 千瓦、总投资 1.7 亿元的拉贡电站和总装机 2400 千瓦、总 投资 7600 万元的龙青峡电站相继开工建设之后，总投资 2.6 亿元的治多聂恰河一级电站，囊谦白扎、香达电站改造前期工作也已相继开工。这些工程完工后，将彻底解决结古镇及其他五县县城的缺电问题。与此同时，作为补充电源的光能资源开发也实现了历史性突破，先后完成投资 1.06 亿元，分别在 40 个边远乡镇和 19 个边远村建成乡、村级光伏电站 59 座，基本解决了这些边远乡镇、村的生活用电。 距离玉树飞机场较近的供电电源点为玉树州结古 35kV 变电所。目前已由该变电所架设1 回 35kV 线路向飞机场供电。 本线路导线采用 LGJ-70/10 型钢芯铝绞线，地线选用 1X7-7.8-1270-B 钢绞线。 年最大负荷利用小时为 5000 小时，导线 LGJ 70/10，其经济输送容量为 4MVA,极限输送容量为 17.5MVA。 三江源（玉树）机场变目前用电负荷 2000kVA，随着经济的进一步发展，用电负荷将继续增加。玉树机场变至结古 35kV 变电所输电距离 22.079 千米。 结古 35kV 变电所现状： 现有三相双卷变压器 13.15+16.3MVA，电压比为 35/10.5kV。 35kV 母线为单母线接线 ， 目前有 3 回进 出 线 ， 1 回来自蝉古水电站 ， 1 回来自结古 35kV 变电站， 1 回去玉树机场变电所 。 10kV 规划出线 8 回，现出线 6 回，分别至西杭水电站、东方红水电站、疗养院、扎西科、巴塘、大桥， 2 回备用。 目前玉树州用电最大负荷已达 20000kVA,根据玉树州 “十一五 ”国民经济发展规划，“十一五 ”期间玉树州结古地区用电负荷将得到较大的发展。 玉树州结古地区电力负荷预测结果如下表： 表 2-1 玉树州结古地区电力负荷预测表 4 项 目 2008 年（实际） 2009 年 2013 年 2018 年 供电量（万 kw.h） 3870 4180 5686 8355 最大负荷（ MW） 8.9 9.6 13.1 19.2 目前结古地区 主要有 两个水电站 供电 ：禅古水电站（ 4800kW）、拉贡水电站（ 8000kW）。禅古水电站冬季枯水期可发电 3500kW；拉贡水电站冬季枯水期可发电 6500kW。根据近年来当地用电负荷需求，两座水电站已难以满足当地（包括玉树飞机场用电负荷需求）。 玉树飞机场用电容量约为 2000kW，负荷性质主要为一级负荷，目前仅由结古变电所以 35kV 单电源供电。 3 项目提出的背景 玉树飞机场作为玉树州的唯一民用机场，对当地国民经济 发展起着不可替代的重要作用，用电负荷大部分等级 属于一级用电负荷 。为提高机场供电可靠性，有必要利用当地太阳能资源建立第二电源。玉树机场位于青藏高原，属于太阳能资源较为丰富的一类地区，建设玉树太阳能光伏电站作为飞机场第二供电电源是具备太阳能资源保障的。 考虑到太阳能光伏电站与水电站有潜在的互补供电可能性，本工程将研究 3MW 光伏电站 光能、水能互补问题，尽力提高项目投运后经济效益。 3.1 目前我国的能源形式 我国是世界上最大的能源消费国之一，同时也是世界能源生产的大国。随着国民经济的快速增长， 2006 年能源消费总 量增至 24.6 亿 tce（吨标准煤），比 2005 年增长了 9.3%。 2006年各种一次能源比例为：煤炭占 69.7%、石油占 20.3%、天然气占 3.0 %、水电占 6.0 %、核电占 0.8 %。 2006 年，中国的原油进口达到 1.5 亿 t，大约是中国原油总需求的 50%。 预测到 2020 年，中国一次能源需求量为 33 亿 tce，煤炭供应量为 29 亿 t，石油为 6.1亿 t；然而，到 2020 年我国煤炭生产的最大可能约为 22 亿 t 左右，石油的最高产量也只有2.0 亿 t，供需缺口分别为 7 亿 t 和 4.1 亿 t。显然，要满足未来社会经济发 展对于能源的需求，完全依靠煤炭、石油等常规能源是不现实的。 我国能源供应状况为煤炭比重过大，环境压力沉重；人均能耗远低于世界平均水平，能 5 源技术落后，系统效率低，产品能耗高，资源浪费大。我国能源供应面临严峻挑战：一是能源决策国际环境复杂化 ,对国外石油资源依存度快速加大 ,二是石化能源可持续供应能力遭到严重挑战 .长远来看 ,能源资源及其供应能力将对我国能源系统的可持续性构成严重威胁 .显然 ,从能源资源、环境保护的角度，如此高的能源需量，如果继续维持目前的能源框架是绝对不可行的。因此，在大力提高能效的同时，积极开发和利 用可再生能源，特别是资源量最大，分布最普遍的太阳能将是我国的必由之路。 3.2 我国电力供需现状及预测 2005 年，全国发电装机容量达到 5.0841 亿千瓦，同比增长 14.9%。其中水电达到 1.1652亿千瓦，约占总容量 22.9%；火电达到 3.8413 亿千瓦，约占总容量 75.6%；全国发电量达到24747 亿千瓦，同比增加 2804 亿千瓦，增速 12.8%。 2006 年，全国发电装机容量达到 6.22 亿千瓦，同比增长 20.3%。其中水电达到 1.4 亿千瓦，约占总容量 22.5%；火电达到 4.7252 亿千瓦，约占总容量 75.97%；全国发电量达到28344 亿千瓦，同比增加 2804 亿千瓦，增速 14.5%。 根据专家预计 2007 年至 2010 年全社会用电量的年均增速在 12%左右， 20102020 年增速在 8%左右。根据以上预测结果，到 2020 年，中国电力装机容量将突破 12 亿千瓦，发电量将超过 6 万亿千瓦，在现有基础上翻一番多。 我国的一次能源储量远远低于世界平均水平，大约只有世界总储量的 10%，必须慎重的控制煤电、核电和天然气发电的发展；煤电的发展不仅仅受煤炭资源的制约，还受运输能力和水资源条件的制约；核电的发展同样受核原料和安全 性的制约，核废料处理的问题更为严重，其成本是十分高昂的 ；我国的环境问题日益显现 ,发展煤电和大水电必须要考虑环境的可持续发展 ,必须计入外部成本。因此大力发展可再生能源发电是我国解决能源危机和保证可持续发展的重要举措，而太阳能发电将在未来中国能源供应中占据重要地位。 3.3 世界光伏发电发展现状 世界光伏产业迅速发展，最近 10 年太阳电池组件生产的年平均增长率达到 33%，最近5 年的年平均增长率达到 43%， 2006 年世界太阳能电池产量达到 2500MWp，累计发货量达到 8500MWp。而中国 2006 年太阳能电池的产 量达到了 369.5 MWp，紧随日本和德国之后，位于世界第三大光伏电池生产国。 世界光伏产业和市场的另一个突出特点是：光伏发电在能源中的替代功能越来越大，主要表现在并网发电的应用比例增加非常快，并成为光伏发电的主导市场。并网发电在光伏市场中的主导地位在人类能源变革中具有重要意义，它标志着光伏发电由边缘地区离网和特殊应用向电网能源发展、由补充能源向替代能源转变、人类社会开始建设可持续发展的能源体 6 系。 3.4 世界光伏发展目标和发展前景 世界上一些主要国家都制定了国家光伏发展路线和发展目标，现对比如下： 表 3-1 世界主要国家光伏发电成本预测一览表 光伏发电成本预测 年份 2004 2010 2020 日本（日元 /kW.h) 30 23 14 欧洲（欧元 /kW.h) 0.25 0.18 0.1 美国（美元 /kW.h) 0.182 0.134 0.1 中国（元 /kW.h) 5 3 1.4 表 3-2 世界主要国家光伏发电装机预测一览表 光伏发电装机预测 /GWp 年份 2004 2010 2020 日本 1.2 4.8 30 欧洲 1.2 3 41 美国 0.34 2.1 36 中国 0.065 0.3 1.8 其他 1.195 3.8 91.2 世界 4 14 200 从长远看，太阳能光伏发电在不远的将来占据世界消费的重要位置，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。根据欧盟联合研究中心（ JRC）的预测，到 2030年世界可再生能源在总能源结构中将占 30%左右，太阳能光伏发电在世界总电力的供应中到达 10%左右； 2040 年可再生能源占总能耗 50%以上，太阳能发电将占电力的 20%以上；到 21 世纪末可再生能源占总能耗 50%以上，太阳能发电占到 60%以上，显示出重要战 略地位。 3.5 世界光伏技术发展趋势 技术进步是降低成本、促进发展的根本原因。几十年来围绕着降低成本的各项研究开发工作取得了辉煌的成就，表现在电池效率的不断提高，硅片厚度的持续降低和产业化技术不断改进等方面，对降低光伏发电成本起到了决定性的作用。 7 （ 1）电池效率的不断提高 单晶硅电池的实验室最高效率已经从 50 年代的 6%提高到目前的 24.7%，多晶硅电池的实验室最高效率也达到了 20.3%。薄膜电池的研究工作也获得了很大成功，非单晶硅薄膜电池、碲化镉 (CdTe)、铜铟硒（ CIS）的实验室效率也分别达到了 13、 16.4和 19.5。其他新型电池，如多晶硅薄膜电池、燃料敏化电池、有机电池等不断取得进展，更高效率的新概念电池受到广泛重视被列入开发计划。 随着实验室效率的不断提高，商品化电池的效率也得到了不断提升。目前单晶硅电池的效率可达到 16 20，多晶硅电池可达到 14 16；与此同时，光伏产业技术和光伏系统集成技术与时俱进，共同促使光伏发电成本不断降低和光伏市场及产业的持续扩大发展。 （ 2）商业化电池厚度持续降低 降低硅片厚度是减少硅材料消耗、降低晶体硅太阳电池成本的有效技术措施，是光伏技术进步的重要 方面。 30 多年来，太阳电池硅片厚度从 20 世纪 70 年代的 450 500um,降低了一半以上 ,硅材料用量大大减少 ,对太阳电池成本降低起到了重要作用 ,是技术进步促进降低成本的重要范例之一。预计 2010 年硅片厚度将降至 150 200um， 2020 年将降至 80 100 um，届时成本将相应大幅降低。 （ 3）生产规模不断扩大 生产规模不断扩大和自动化程度持续提高是太阳能电池生产成本降低的另一个重要方面，太阳电池单厂生产规模已经从 20 世纪 80 年代的 1 5MWp/a 发展到 90 年代的 530MWp/a 和目前的 50 500MWp/a。生产规模与成本降低的关系体现在学习曲线率 LR（ Learning Curve Rate）上 ,即生产规模扩大 1 倍 ,生产成本降低 20%。预计，在未来的两年之内，单厂年生产能力达到 1GWp 的企业将会出现。 （ 4）太阳电池组件成本大幅度降低 光伏组件成本 30 年来降低 2 个数量级。 2003 年世界重要厂商的成本为 2 2.3 美元 /Wp,最近因材料紧缺有所回升。当供求关系越过平衡点后，成本会比前一个供求关系对应点更低，这也是 30 年来经验曲线中曾经出现过的现象。 （ 5）晶体硅电池技术持续进步，薄膜电池技术快速发展 2006 年各种电池技术的市场份额，其中多晶硅 46.5%，单晶硅 43.4%，带硅电池 2.6%，薄膜电池约 7.6%。多晶硅电池自 1998 年开始超过单晶体硅后一直持续增长，各种薄膜电池市场份额近年来也在稳定增长，反映出技术进步的推动力量。 3.6 中国光伏发电市场的现状 中国的光伏发电市场目前主要用于边远地区农村电气化、通信和工业应用以及太阳能光 8 伏商品，包括太阳能灯、草坪灯、太阳能交通信号灯以及太阳能景观照明等。由于成本很高，并网光伏发电目前还处于示范阶段。所有这些应用领域中，大约有 53.8%属于商业化的市场（通信工 业和太阳能光伏产品），而另外的 46.2%则属于需要政府和政策支持的市场，包括农村电气化和并网光伏发电。 3.7 中国光伏发电市场的发展 中国于 1958 年开始研究光伏电池， 1971 年首次成功应用于我国发射的东方红二号卫星上， 1973 年开始将光伏电池用于地面。 2002 年，国家计委启动 “西部省区无电乡通电计划 ”，通过光伏和小型风力发电解决西部（西藏、玉树州、青海、甘肃、内蒙古、陕西和四川） 700 多个无电乡的用电问题，光伏电量达到 15.5MWp。该项目大大刺激了国内光伏工业，国内建起了几条太阳电池的封装线，使太 阳电池的年生产量迅速达到 100 MWp（ 2002 年当年产量 20 MWp）。截止到 2003 年底，中国太阳电池的累计装机已经达到 55 MWp。 2003-2005 年，由于欧洲光伏市场的拉动，中国的光伏生产能力迅速增长，截止到 2005 年底，中国太阳电池组件的生产能力已经达到 400 MWp，当年产量达到 140 MWp，绝大部分太阳电池组件出口欧洲， 2005 年国内安装量只有5 MWp， 2006 年为 10 MWp。下图给出中国光伏发电市场的发展进程。 表 3-3 中国光伏发电各年装机及累计装机一览表 年份 1976 1980 1985 1990 1995 2000 2002 2004 2005 2006 年装机 /kWp 0.5 8 70 500 1550 3300 20300 10000 5000 10000 累计装机 /kWp 0.5 16.5 200 1780 6630 19000 45000 65000 70000 80000 3.8 中国光伏产业发展现状 太阳能光伏系统中最重要的是电池，是收集光和实现光电转换的基本单位。大量的电池合成在一起构成光伏组件。并网发电系统由光伏组件、太阳跟踪装置、逆变器、高 低压配电装置构成。 太阳能电池通常由晶体硅和薄膜材料制造，前者由切割、铸锭或者锻造的方法获得，后者是一层薄膜附在低价的衬背上。目前，世界上 85%以上的市场份额是晶体硅太阳电池，包括单晶硅太阳电池和多晶硅太阳电池，其他类型的太阳电池所占比例很小，因此在考虑太阳电池产业链时主要分析晶体硅太阳能光复电池的产业链。 光伏发电产业链的构成见下图： 硅 矿 冶金矿 （工业矿） 高纯多晶硅 /SOG 硅 单晶硅电池 多晶硅电池 光伏组件 光伏阵列 光伏发电系统 单晶硅棒 多晶硅锭 9 3.8.1 多晶体硅原材料产业状况 光伏技术发展至今，晶体硅光伏电池始终是商品化光伏电池的主流，国际市场上 98%以上的光伏电池是利用高纯多晶体硅制备的。作为光伏 电池生产最基本材料 -高纯多晶体硅制造业也就成为光伏产业链上最重要的环节。 目前，多晶体硅原材料的先进生产技术基本上掌握在 8 家主要生产商手中。由于种种原因，多晶体硅原材料生产量的增长远远落后于光伏产业需求量的增长，这导致了自 2004 年以来世界范围内多晶体硅原材料的持续紧缺并导致价格的持续上涨，预计这种紧缺状况至少还将持续 2 年左右的时间。多晶体硅的生产已经成为整个光伏产业链的瓶颈，不但限制了太阳电池产量的增长而且使太阳电池的成本持续保持在 3 4 美元 /峰瓦的水平，严重制约了光伏产业和市场的发展。 中国多晶体硅原材 料产业存在的问题包括： （ 1）技术落后。主要技术基于改良的西门子法，但工艺落后，能耗为世界先进水平的1.5 2 倍。 （ 2）规模小。多晶体硅生产是规模效益型产业，一般认为临界规模为 2000t/a，产量低于 1000t/a 的企业被认为不具有经济合理性。 2006 年，中国多晶体硅的年生产能力为 400t，实际生产量为 300t，仅够 30MWp 太阳电池的生产需求，实际生产量与需求存在巨大的差距，多晶体硅原材料基本依赖进口。 3.8.2 晶体硅锭制造产业状况 硅锭切片，即硅片的生产是晶体硅太阳能光伏电池制备的第一道工序，晶 体硅电池组件成本的 65%来自硅片，而电池制造和组件封装只占成本的 10%和 25%。随着硅材料成本的持续走高，硅锭切割工艺在光伏电池制造环节中的重要性也日益提高。通过不断提升硅片制备的工艺、设备和技术水平来降低硅片成本、节约原材料，提高生产效率，已成为光伏产业目前关注的焦点。 中国晶体硅材料产业有以下特点： 发展迅速。近几年的年平均增长率超过 70%。 对原材料的依存度高。由于国内无法提供高纯多晶体硅材料，因此企业原料基本依赖进口，国际市场高纯多晶体硅原料的紧缺和涨价影响了国内企业的发展，绝大部分企业开工不足。 技术成熟，产品质量不逊于国外。 单晶体硅材料的生产占主导，与世界光伏产业中单晶体硅与多晶体硅的 1： 2（ 2006 10 年）比例相差较大。主要原因是国内单晶体硅拉制的技术比较成熟，国产单晶炉已实现国产化，价格低廉；多晶体硅浇铸炉依靠进口，价格昂贵。同时拉单晶投资少，建设周期短，资金回收快。 3.8.3 晶体硅太阳能光伏电池制造业状况 晶体硅太阳能光伏电池是在单晶或多晶体硅片上通过扩散制结而成的。 中国 2004 年太阳能光伏电池的年产量超过 50MW，是前一年的 4 倍； 2005 年产量达到140MWp， 2006 年为 369.5MWp，如果不是受到原材料短缺的制约，发展速度还将更快。到2006 年底，中国太阳电池的生产企业已有 39 家，总的年生产能力已达到 1.6GWp。 虽然中国商品化光伏电池制造工艺接近或达到国际先进水平，但大多数企业自主研发实力不强，以消化吸收国际技术为主，缺乏技术创新和市场应变能力。目前大规模生产的晶体硅电池的总体发展趋势为：高效率、大面积、薄硅片。这对国内光伏电池制造业提出了新的要求。 3.8.4 非晶硅太阳能光伏电池制造业状况 截止到 2006 年中国非晶体硅太阳能电池生产能力为 45.5MWp/a，同时还有一些企 业正在投资建设新的生产线，产业发展势头良好。 3.8.5 组件封装产业状况 晶体硅太阳能电池组件制造业主要是将晶体硅太阳电池进行单片互联、封装，以保护电极接触，防止导线受到腐蚀，避免电池破碎。封装质量直接影响道晶体硅太阳能电池组件的使用寿命。 目前，光伏电池组件封装产业，是整个光伏产业链中生产工艺发展最为成熟的环节，也是产业量最大的一个环节。但由于技术和资金门槛低，属于劳动密集型产业，造成目前国内封装能力过剩，企业利润微薄，国际竞争力相对有限，发展空间不足。 3.8.6 太阳跟踪装置产业状况 太阳电池方阵的 发电量与阳光入射角有关，光线与太阳电池方阵平面垂直时发电量最大，改变入射角，发电量明显下降。太阳能跟踪装置可以将太阳能板始终垂直对准太阳，最大程度的将太阳能转化为电力。根据目前一些跟踪装置生产厂的经验，采用自动跟踪装置可提高发电量 20 40%左右，从而相对降低投资 20%。 目前，国内光伏发电系统普遍采用的是非聚焦平板固定倾角阵列发电方式。因增加自动跟踪装置后，将增加占地面，所以适合于荒漠化大型并网光伏电站和聚焦型光伏电站，而不适合与建筑结合的光伏发电系统和地价较高的市内、市郊所建光伏发电系统。因国内的配套政 策支持力度不足，大型高压并网光伏电站项目较少，因此国内跟踪装置生产商的研发投入较少，目前还未实现产业化生产，造成跟踪装置价格相对较贵，反过来又制约了跟踪装置在 11 大型高压并网光伏电站上的使用。 3.8.7 并网逆变器产业状况 我国从上世纪 80 年代起开始对太阳能发电设备用逆变器进行研究开发，现在已有专门的单位研究开发和生产。目前我国并网逆变器的生产技术与国外有一定的差距，主要表现在产业规模、产品可靠性和功能上。目前国内比较成熟的并网逆变器需求度不足，生产商研发积极性不高所造成的。目前太阳能发电用逆变器分为以下几种 形式： （ 1）工频变压器绝缘方式：用于独立性太阳能发电设备，可靠性高，维护量少，开关频率低，电磁干扰小。 （ 2）高频变压器绝缘方式：用于并网型太阳能发电设备，体积小、重量轻、成本低。要经两级变换，效率问题比较突出，采取措施后，仍可达到 90%以上，高频电磁干扰严重，要采用滤波和屏蔽措施。 （ 3）无变压器非绝缘方式：为提高效率和降低成本，将逆变器的两级变换变为单级变换。实际使用中出线一系列问题。无变压器非绝缘方式逆变器不能使输入的太阳电池与输出电网绝缘隔离，输入的太阳电池矩阵正、负极都不能直接接地。太阳电池矩阵 面积大，对地有很大的等效电容存在，将在工作中产生等效电容充放电电流。其中低频部分，有可能使供电电路的漏电保护开关误动作。其中高频部分，将通过配电线对其他用电设备造成电磁干扰，而影响其他用电设备工作。这样，必须加滤波和保护，达不到降低成本的预期效果。 （ 4）正激变压器绝缘方式：实在无变压器非绝缘方式使用效果不佳之后开发出来的，既保留了无变压器非绝缘方式单级变换的主要优点，又消除无绝缘隔离的主要缺点，是到目前为止并网型太阳能发电设备比较理想的逆变器。 3.9 太阳能光伏发电在我国能源电力供应中的地位 3.9.1 我国的太阳能资源的理论总量和资源宏观分布情况 中国地处北半球欧亚大陆的东部，主要出于温带和亚热带，具有比较丰富的太阳能资源。根据全国 700 多个气象台长期观测积累的资料表明，中国各地的太阳辐射年总量大致在233 /1040.81035.3 mMJ 之间，其平均值约为 23 /1086.5 mMJ 。该等值线从大兴安岭西麓的内蒙古东北部开始，向南经过北京西北侧，朝西偏南至兰州，然后径直朝南至昆明，最后沿横断山脉转向西藏南部。在该等值线以西和以北的广大地区，除天山北面的玉树州小部分地区的年总量 约为 23 /1046.4 mMJ 之外，其余绝大部分地区的年总量都超过23 /1086.5 mMJ 。太阳大致上可分为五类地区。 一类地区 :全年日照时数为 3200 3300h，年辐射量在 2/8 37 06 70 0 mMJ。相当于228 285kgce（标准煤）燃烧所发出的热量。主要包括青藏高原、甘肃北部、宁夏北部和玉 12 树州南部等地。这是我国太阳能资源最为丰富的地方。 二类地区：全年日照时数为 3000 3200h，年辐射量在 2/6 70 05 86 0 mMJ。相当于200 228kgce（标准煤）燃烧所发出的热量。主要包括河北西北部、山西北部、内蒙古南部、宁夏南部、甘肃中部、青海东部、西藏南部和玉树州南部等地。此区为我国太阳能资源较丰富区。 三类地区：全年日照时数为 2200 3000h，年辐射量在 2/5 86 05 02 0 mMJ。相当于171 200kgce（标准煤）燃烧所发出的热量。主要包括山东、河南、河北东南部、山西南部、玉树州北部、吉林、辽宁、云南、山西北部、甘肃东南部、广东南部、福建南部、江苏北部和安徽北部等地。此区为我国太阳能资源较丰 富区。 四类地区：全年日照时数为 1400 2200h，年辐射量在 2/5 02 04 19 0 mMJ。相当于142 171kgce（标准煤）燃烧所发出的热量。主要是长江中下游、福建、浙江和广东的一部分地区，春夏多阴雨，秋冬季太阳能资源还可以，属于我国太阳能可利用地区。 五类地区：全年日照时数为 1000 1400h，年辐射量在 2/4 19 03 35 0 mMJ。相当于114 142kgce（标准煤）燃烧所发出的热量。主要四川和贵州两省。此区为我国太阳能资源最少的地区。 一、二、三类地区， 年日照时数大于 2000h，年辐射量高于 2/5860 mMJ ，是我国太阳能资源丰富和较丰富的地区，面积较大，约占全国总面积的 2/3 以上，具有利用太阳能的良好条件。四、五类地区虽然太阳能资源条件较差，但仍有一定的利用价值。 3.9.2 我国荒漠大规模光伏发电重点开发地区分布及实际开发潜力 太阳能的能量密度较低，所以光伏发电系统对于传统发电模式其占地面积过大。在我国，光伏发电的重点发展领域分为：与城市建筑物相结合的小型光伏发电系统以及荒漠地区高压并网型光伏电站。我国荒漠总面积 108 万 2km ；其中有大片的沙漠、沙漠化和半沙漠化土地，约 85 万 2km 。 1 2km 土地可以安装 50MWp 太阳电池，按照 2020 年全国光伏发电累计安装10GWp，假如 6GWp 安装在沙漠，也只需要 120 2km ，不到全国沙漠和荒漠的万分之一点五。 3.9.3 我国主要电力可再生能源资源总量对比 我国目前以及今后 30 50 年内，具有实际发电应用能力的几种可再生能源的资源量 和潜力如下表。由此可以看出：根据实际资源情况，我国小水电的最大当量装机容量为 50GW；生物质能的最大当量装机容量为 30GW；风力发电的最大当量装机容量为 44GW 左右；而太阳能发电的潜力比其他高 2 个数量级，可认为是无限的，即使开发度设定为 1%，其当量装机容量就超过 3600GW。综上所述，从资源总量角度来开，由于我国人均一次能源相对贫乏，太阳能发电将成为我国电力能源结构的重要组成部分，其战略地位是显而易见的。目前 13 太阳能发电技术有光伏发电和太阳能热发电两种，其中太阳能热发电技术仍在研发阶段并且该技术在现场需要相当 储量的水资源，使我国大规模应用该技术受到一定的制约；光伏发电技术已经成熟，只要有光照条件，基本不再需要其他资源，可以大规模应用。 表 3-4 我国各种可再生能源的资源总量与当量装机容量 再生能源分类 资源总量（ GW） 理论课开发量（ GW） 开发度（ %） 年发点小时（ h) 最大装机容量（ GW） 当量装机容量（ GW） 小水电 125 115 65 3000 75 50 风力发电 10000 1000 10 2000 100 44 生物质发电 300 100 30 5000 30 33 太阳能发电 9600000 1090000 1 1500 10900 3633 合计 96104525 1091215 4500 11105 3761 3.9.4 各种发电方式的碳排生命周期分析结果 大多数新能源和可再生能源属于低碳和非碳能源，在能量转换过程中基本不消耗化石能源，因此不会对环境构成严重威胁。尽管从全能量系统观点来看，在可再生能源技术设备及其原材料的生产、制造和安装过程中，需要消耗一定的化石能源，进而会产生一定的污染物，但其排放量相对于可再生能源设备所提供的能量而言则微不足道。以 电力转换为例，表 2-9-2给出了各种发电方式每发 1kWh 电的碳排放量的生命周期分析结果，数据证明，新能源和可再生能源是一种高度清洁的能源技术，时间少温室气体排放，防止全球环境恶化的一种科学选择。 表 3-5 各种发电方式的碳排放生命周期分析结果 发电方式 碳排放量（ g-c/kWh) 煤发电 275 油发电 204 天然气发电 181 太阳热发电 92 光伏发电 55 波浪发电 41 海洋温差发电 36 潮汐发电 35 14 风力发电 20 地热发电 11 核能发电 8 水力发电 6 3.9.5 光伏发电同煤电成本对比分析 光伏发电发展的主要障碍是没目前成本较高，但是在科学快速发展的支持和规模市场的拉动下，光伏发电的成本正在快速下降，预计在 35 年左右的时间可达到煤电成本的水平。 （ 1） 我国煤电成本发展趋势 对全国及分地区的燃煤发电成本进行的测算表明， 2005 年我国燃煤发电的平均成本为0.232 元 /kWh，然没成本占 45.6%。根据世界银行的预测，我国未来几年的物价上涨率大约为 3%。假定煤价在 2005 2020 年按年均 3%增长，在 2021 2040 年按年均 2.5%增长， 20412050 年按年 均 2.0%增长，经测算全国平均燃煤发电成本变化如下表 2-9-3 所示。 表 3-6 我国燃煤发电成本变化趋势测算结果 年份 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 煤电成本 0.232 0.248 0.265 0.29 0.315 0.339 0.364 0.397 0.422 0.455 上述价格还未将每年因酸雨、地质塌陷等造成的 3000 亿元损失计入煤炭成本（其成本相当于 0.05 元 /kWh）。实际上，特别是随着资源越来越少 以及煤炭运输、环境成本的提高，煤炭成本的增长幅度将超过 3%的增长率，从而煤电的成本也必然快速增长。 （ 2） 光伏发电成本接近燃煤发电成本 预期成本高在目前和今后相当长时段内都是制约光伏市场发展的根本瓶颈。以科学发展观分析这个问题，目前成本高是可以通过政策扶持得到解决的，理由是太阳能光伏发电是全球的战略代替电力能源，对于化石能源和水能源十分紧缺的我国来说在未来有决定性意义，即使对目前的边远地区离网供电、改善能源结构、减少排放等方面也有不可替代的重要意义。按照光伏发电发展的经验分析，到 2030 年，光伏系统的可靠性和寿命 从现在的 15 20 年增加到 30 35 年；系统效率从现在的 12 15%增加到 18 20%；光伏发电成本可以降到 6 8美分 /kWh，基本达到届时的计入外部成本的煤电成本。只要保证规模市场，即使不计入外部成本，光伏发电成本也将在 2040 年达到届时的煤电成本。 15 4 项目的必要性 4.1 满足玉树机场用电需求，提高用电可靠性的需要 玉树机场是玉树州的唯一民用机场，对于当地的国民经济发展具有重要意义，目前用电容量已达 2000kW，但机场目前仅由一 35kV 线路供电，不足以保障机场可靠供电，为满足机场各类一级负 荷用电可靠性需要，有必要利用当地太阳能资源建设太阳能光伏电站，作为机场供电第二电源。 4.2 合理开发利用光能资源，符合能源产业发展方向 太阳能是一种取之不尽用之不竭的自然能源，而我国拥有非常丰富的太阳能资源有待开发，青藏高原和玉树州南部等地是太阳能丰富的地区。太阳能资源丰富，对环境无任何污染，是满足可持续发展需求的理想能源之一。 我国政府一直非常重视新能源和可再生能源的开发利用。在党的十四中五中全会上通过的，中共中央关于制定国民经济和社会发展 “九五 ”计划和 2010 年远景目标的建议要求 “积极发展新能源 ，改善能演结构 ”。 1998 年 1 月 1 日实施的中华人民共和国节约能源法明确提出 “国家鼓励开发利用新能源和可再生能源 ”。国家计委、国家科委、国家经贸委制定的 1996-2010 年新能源和可再生能源发展纲要则进一步明确，要按照社会主义市场经济的要求，加快新能源和可再生能源的发展和产业建设步伐。 2005 年 2 月 28 日中国人大通过的自 2006 年 1 月 1 日开始实施的可再生能源法要求中国的发电企业必须用可再生能源（主要是太阳能和风能）生产一定比例的电力。在国家发改委 2007 年 4 月所作的能源发展 “十一五 ”规划中再次 强调了未来 5 年在可再生能源领域要重点建设实现产业化发展。 4.3 加快能源结构调整的需要 国家要求每个省常规能源和再生能源必须保持一定比例。玉树州的再生能源中，水电的开发利用程度已较高。除水电外，相对于其他再生能源，玉树州所具有的丰富太阳能资源却远未得到利用，因此，大力研究太阳能发电技术，对推动太阳能发电实现产业化，改善玉树州能源结构，增加再生能源的比例具有非常重要的长远意义。 4.4 改善生态、保护环境的需要 我国能源消费占世界的 10%以上，同时我国一次能源中煤占到 70%左右，比世界平均水平高出 40 多 个百分点。燃煤造成的二氧化硫和烟尘排放量约占排放总量的 70% 80%，二氧化硫排放形成的酸雨面积已占国土面积的 1/3。环境质量的总水平还在不断恶化，世界 16 十大污染城市我国一直占多数。环境污染给我国社会经济发展和人民健康带来了严重影响。世界银行估计 2020 年中国由于空气污染造成的环境和健康损失将达到 GDP 总量的 13%。 光伏发电不产生传统发电技术（例如燃煤发电）带来的污染物排放和安全问题，没有废气和噪音污染。系统报废后也很少有环境污染的遗留问题。太阳能是清洁的可再生能源，开发太阳能符合国家环保、节能政策，玉树州 具有丰富的太阳能资源且区内地广人稀，非常适合于建设大规模高压并网光伏电站。 5 太阳能光伏电站与 当地 水电站 电网的互补运行 5.1 地区负荷特性 玉树州结古镇供电区主要负荷为：飞机场用电，当地小型工业用电，当地居民生产、生活用电。根据电力负荷曲线研究地区负荷特性，以便进行系统内各地区的电力电量平衡，确定各类型发电厂的运行方式，研究调峰问题及装机的利用程度，并进行可靠性计算和电源优化，应根据需要编制电力负荷曲线。 电力负荷曲线通常包括日负荷曲线、年负荷曲线、周负荷曲线和年持续负荷曲线。日负荷曲线表示一 天内每小时负荷的变化情况， 见 图 5-1 所示。年负荷曲线表示一年内各月最大负荷的变化情况， 见 图 5-2 所示。年负荷曲线可分为动态和静态两种。静态负荷曲线假设一个年度内最大负荷没有增长，只是由于季节原因某些季节负荷略有减少。需要说明的是，一些电网由于夏季农业用电以及降温用电的增加，年最大负荷可能出现在夏季。动态年负荷曲线考虑了年内负荷的增长，年终负荷大于年初负荷，更符合实际。周负荷曲线表示一周内每日最大负荷的变化情况，如图 5-3 所示。年持续负荷曲线将全年负荷按人小排队，并作出对应的累计持续运行小时数，从最小负荷开始 ，依次将各点负荷连成曲线，如图 5-4 所示。用该曲线可算出系统全年的电量，用于编制电力系统的发电计划和进行可靠性估算。 17 p(MW)1230 6 12 18 24时 刻 ( 时 )图 2 - 1 日 负 荷 曲 线1 - - 峰 荷 2 - - 腰 荷 3 - - 基 荷213n.maxp01月 6月 12月 tp(MW)n.maxp图 2 - 2 年 负 荷 曲 线1 - - 年 增 长 曲 线 2 - - 动 态 曲 线 3 - - 静 态 曲 线图 5-1 日负荷曲线 图 5-2 年负荷曲线 1-峰荷 2-腰荷 3-基荷 1-年增长曲线 2-动态