《电气工程领域前沿专题讲座(王显柱)剖析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电气工程领域前沿专题讲座(王显柱)剖析（41页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、制作者：王显柱,中国太阳能光伏发电的发展现状及前景分析,电气工程领域前沿专题讲座,Contents,1 课题研究的背景和意义,1.能源背景： 近年来，经济高速增长带来能源的加 速消耗，人类面临着日益恶化的能源危机，根据国际能源署(IEA)统计数据，石油储量大约在50年以后宣告枯褐，天然气若年开采量维持现状将在57-65年内耗尽，煤的储量仅可以再供应100年左右。尽管重要的资源能源每年有新的探明储量，但更为快速的消耗量和绝大多数化石能源的不可再生性使得寻找新的能源替代品迫在眉睫。随着经济的增长和人民生活水平的提高，我国人均能耗的高速增长将持续很长一段时间，未来能源消耗的巨大压力己经显现，世界第一
2、的人口基数使得我国面临更为严峻的能源危机。,背景,课题研究的意义,2.研究意义： 太阳能是最理想的可再生能源，具有廉价、资源丰富、清洁和无污染等优点。太阳能是地球上资源最丰富、分布最广的可再生能源。随着技术的进步和成本的降低，太阳能己成为继风能之后可大规模开发利用的可再生能源。随着节能减排的观念日益深入，利用太阳能等可再生能源成为解决目前严重的化石能源危机和环境污染问题的有效途径之一。太阳能是一种取之不尽、用之不竭、洁净安全的可再生资源，是5种新能源中发展潜力最大，被认为是21世纪化石能源的最佳替代者，太阳能发电包括光热发电技术与光伏发电技术，两者各具优势，可分别满足不同场合的应用需求。本文对
3、我国太阳能光伏发电的发展现状及前景进行了系统的分析。,意义,2 太阳能发电技术分析,光伏发电的主要类型：根据电池材料和制造工艺的不同，地面应用的光伏发电技术可分为晶硅太阳电池技术、薄膜太阳电池技术、聚光太阳电池技术及新型太阳能电池技术,晶硅太阳电池技术,晶硅太阳电池主要可分为单晶娃太阳电池和多晶硅太阳电池，其技术成熟度高、产业规模较大，是目前的主流产品。 目前商业化生产的单晶活太阳电池的光电转换效率为17左右，实验室效率最高可达到24.7。单晶珪太阳电池使用寿命一般可达15年，最高可达15年。单晶硅太阳电池的构造和生产工艺已定型，产品已广泛用于空间和地面。,多晶硅太阳电池的制作工艺与单晶硅太阳
4、电池相似，但是多晶硅太阳电池的光电转换效率偏低，商业化生产的多晶硅电池光电转换效率约为16%左右，实验室效率最高可达到%-%。多晶硅太阳电池的生产成本较低，使用寿命比单晶硅太阳电池要短,薄膜太阳电池发电技术,薄膜电池根据材料体系不同主要可分为硅基薄膜和多元化合物薄膜太阳电池，目前技术还不完全成熟，产业化规模相对较小。硅基薄膜太阳电池硅材料消耗很少，电耗低、成本低、重量轻，便于大规模生产，其主要优点是在弱光条件下也能发电，主要问题是光电转换效率偏低。目前，国际上商业化生产的硅基薄膜太阳电池的效率为6%8%，且不稳定。,多元化合物薄膜太阳电池主要包括神化嫁III族化合物、硫化镉和锑化镉及铜铟硒薄膜
5、电池等，砷化镓化合物电池转换效率可达28%，但材料价格昂贵；商业化生产的多晶薄膜电池的效率约为9%11%，成本较单晶硅电池低，但由于铜有剧毒，会对环境造成严重的污染；铜铟硒薄膜电池转换效率和多晶珪相近，具有价格低廉、性能良好和工艺简单等优点，但由于铟和硒都是比较稀有的元素，这类电池的发展规模受到限制。,聚光太阳电池技术,聚光太阳电池是有别于平板太阳电池的另一类电池，利用聚光的办法提高太阳电池表面照度，相当于用光学系统代替昂贵的太阳电池，在降低成本的同时提高了效率。聚光太阳电池技术最显著的优点是高光电转换效率，德国Fraunhofer研究所开发的结砷化镓聚光电池的效率可达到42.7。在相同的外部
6、条件下，结合双轴追日技术的应用，聚光太阳电池年发电量约为传统晶硅电池的1.2-1.4倍。,新型太阳电池技术,新型太阳电池属于第三代电池，是低成本超高效的概念性太阳电池，目前处于探索、开发与创新的阶段。新型太阳电池技术主要包括染料敏化太阳电池技术和有机电池技术。染料敏化太阳电池的优点是耗能较少、生产成本低、易于工业化生产、无毒无污染，主要缺点是效率低、稳定性差，仍处于技术开发阶段。总体来看，晶硅电池的优点是转换效率较高、占地面积小，缺点是桂耗大、成本高；薄膜电池的优点是赶耗小、成本低，缺点是转换效率低、占地面积大、衰减大；聚光电池的优点是转换效率高，缺点是不能利用漫射福射，必须使用跟踪器，成本较
7、高，目前主要用于航空航天领域。,光伏发电的技术特点,（1）光伏发电技术原理和结构简单，建设周期较短，运行维护简单，可开发地区广，光伏发电是一种静态发电模式，没有机械旋转部件，不存在机械磨损，无噪声 （2）应用形式多样化，适用范围广。 （3）发电出力具有间歇性和不稳定性,光伏发电的发展趋势,(1) 多种光伏电池技术竞相发展 (2) 并网光伏电站趋于大型化 (3) 光伏微电网发电技术向着高 稳定和低成本发展 (4) 光伏发电市场逐步扩大,光伏发电市场发展现状,21世纪来，随着农村无电地区加快电力建设和光伏发电成本的下降，我国先后实施了“西藏无电县建设”“中国光明工程西藏阿里光电计划”、“送电到乡工
8、程及”“无电地区电为建设”等多项国家计划，光伏发电市场在政府的推动下有了一定的发展。“十二五”期间，我国又开展了多项城市并网光伏发电和大型并网荒漠光伏电站的工程示范，光伏发电市场逐步扩大。,截至2015年底，全国22个主要省（自治区、直辖市）己累计并网741个大型光伏发电项目，主要分布在我国西北地区。累计装机容量排名前三的省份分别为甘肃省、青海省和新疆自治区，分别达到432万千瓦、310万千瓦和257万千瓦，三省（区）之和超过全国光伏电站总量的60。,本章设计内容,3.1光伏发电成本分析,3.2国内外典型工程度电成本分析,3.3光伏度电成本变化趋势,1,2,3,3太阳能发电成本分析,光伏发电成
9、本的高低，直接决定着其能否大规模地快速发展以及未来在能源供应中的地位。光伏发电成本主要受寿命期内光伏发电总成本和总发电量的影响。光伏发电总成本主要化决于初始投资的大小，而运行维护费、贷款利率、税收等其他因素，对系统的发电成本影响不大。 （1）初始投资 （2）发电量 （3）度电成本,光伏发电成本分析,光伏度电成本测算参数,国内典型工程度电成本分析,国内光伏市场启动较晚，2009年3月国家能源局启动第一个10MW敦煌荒漠光伏电站特许权招标，13家投标单位的平均报价为1.42元kWh，最后1.09元/kWh的上网电价中标。2010年国家启动第二批28万Kw。,国外典型工程度电成本分析,国外典型光伏发
10、电系统发电成本来看： （1）聚光光伏电站单位投资成本总体高于晶硅光伏电站和薄膜光伏电站；但由于聚光光伏电站等效利用小时数较高，其度电成本略低于薄膜光伏电站，仍高于大规模地面晶硅光伏电站。 （2）薄膜光伏电站单位投资成本总体低于晶硅光伏电站，但由于效率低，度电成本高于晶硅光伏电站。地面电站单位投资成本和度电成本均低于屋顶光伏系统。,国际能源2009年预测：到2020年全球光伏发电平均成本将由2010年的24美分/kWh下降到10美分/kWh，下降幅度超过55%。日本政府在2009年发布的太阳能光伏发展路线图中，也调整了对光伏度电成本的预测：其中预计到2017年达到14日元/kW（相当于1元/kW
11、h），2025法到7日元/kWh（相当于0.5元/kWh），较2004年的预测提前了5年。根据中国资源综合利用协会可再生能源专委会发布的中国光伏发电平价上网路线图，2020年，我国光伏发电度电成本可降至0.60.8元/kWh，2030年可降至0.6元/kWh以下。,光伏度电成本变化趋势,4太阳能发电技术综合评价,4.1综合评价原理 （1）被评价对象 （2）评价指标 （3）权重系数 （4）综合评价模型 4.2层次分析法原理 4.3光伏发电的开发条件 （1）地形条件 （2）发电技术技术成熟度 （3）装备水平,光伏电站的建设仅需要考虑光照的总辐射，可利用辐射强度：光伏发电可利用太阳总辐射，除了法向直
12、射太阳辐射还包括漫射辐射，因此，和光热发电相比，光伏发电可利用的太阳辐射稍大。此外，光伏发电在较低的太阳辐射也能够进行正常发电，对系统效率影响不大。从全球太阳总辐射情况看，适合发展光伏发电的地区很广，较为理想的则是北纬和南纬40以内的光照辐射比较好的地区。,可利用辐射强度,光伏发电的开发条件,1.光伏发电体积小、采用模块化结构，对地形要求也较低。 2.光伏发电技术分为晶硅太阳电池发电技术、薄膜太阳电池发电技术、新型太阳电池发电技术。晶硅太阳电池发电技术光电转换效率较离，应用较为广泛，技术最为成熟，已进入产业化阶段。薄膜太阳电池发电技术发展速度较快，光电转换效率仍偏低，为推广阶段。新型太阳电池发
13、电技术尚处于研发阶段。,光伏电池效率,目前国内外商业化单晶插电池的转换效率为23%左右，国外实验室最高效率为24.7%，单晶硅电池在所有光伏电池中转换效率最高；国内外商业化多晶硅电池的转换效率为18.3%左右，国外实验室最高效率为20.3%；薄膜电池的转换效率偏低，目前国际先进水平为10%左右。光伏并网逆变器效率。国产光伏并网逆变器性能可靠，效率高，最高转换效率已提高到98.5%，波形失真率小于3%，提高了光伏并网发电能力。,太阳能跟踪系统性能。我国开发、研制的太阳能跟踪系统已取得一定成果，水平单轴跟踪、斜单轴跟踪、双轴跟踪系统均已应用。与固定式光伏发电系统相比，水平单轴跟踪、斜单轴跟踪、双轴
14、跟踪系统可分别提高光伏发电系统发电量的18%、31%、36%，大大提高了光伏发电系统的发电效率,5太阳能发电发展前景分析,在保障能源供应安全、应对气候变化以及形成新的经济増长点的压力下，我国都将发展太阳能发电等新能源作为重要的战略选择。目前光伏发电处于商业化阶段，而光热发电尚处于启动阶段。随着各项激励政策的出台和技术的突破，太阳能发电一定会实现大规模发展。,光伏发电发展前景分析,光伏发电发展趋势分析,在保障能源供应安全、应对气候变化及形成新的经济增长点的压力下，世界各国都将发展太阳能发电等新能源作为重要的战略选择。虽然目前世界光伏发电量仅约占电力消费总量的化1%，对电力供应结构尚不具有影响力，
15、但在西班牙、德国等部分国家和地区，光伏发电量已经能够满足2%-3%的电力需求。基于技术、成本、政策等方面考虑,对光伏发电发展规模进行预测。结合主要国家和地区有关光伏发电的发展规划、计划和目标，本研究初步判断认为，2015年、2020年、2030年全球光伏发电总装机将分别达到1亿kW、2亿kW和4亿kW。,近期目标（2010-2020）： 光伏发电技术已基本成熟，处于商业化发展阶段；年新增装机约为1500万kW，在能源结构中的比重逐渐提离；新増装机主要集中在德国、西班牙等欧盟国家，中国国内市场开始启动；光伏度电成本下降明显，部分地区已接近用户侧电价水平；产业激励政策力度逐渐减弱。中期（2020-
16、2030）；随着发电成本显著下降，光伏发电进入规模化发展阶段，年新増装机约为1800万kW；光伏发电市场主要集中在欧盟、中国、印度、美国等地区；度电成本持续下降，普遍实现用户侧平价上网；激励政策逐渐减弱。,我国光伏产业发展正处在上升期，如果能够突破政策和技术方面的瓶颈，必然前途无限。上海交通大学太阳能研究所所长、博士生导师崔荣强认为，当前国家应加强政策引导，促进行业缩短与国际先进水平的差距。 政策支持： 首先，制定以“培养光伏应用市场和促进光伏产业发展“为目标的中长期规划，从法律上规定和细化可再生电力采购比例和重点用途。 其次，鼓励民用上网。借鉴国外经验，逐步启动和实施真正意义的“光伏屋顶计划“，确立光伏发电在全国电力能源结构中的地位。,第三，建立专项扶持资金，在金融财税等环节实施费用减免政策。如目前国内电费中抽出专用资金补贴到光伏产业中；贫困地区发展光伏用电，政府补贴一部分，企业支持一部分，以成本价支持等。 第四，借鉴发达国家普通建筑必须要有光伏产品的经验，在发达地区实施公共设施、政府建筑必须采用太阳能的刚性政策。
