上海市分布式光伏開發模式創新機制研究

蒲軍軍 邢 穎

上海市節能減排中心有限公司

0 引言

“十二五”以來，本市光伏發電進入加速發展期，關鍵設備成本迅速下降，財政補貼持續支持，項目裝機規模明顯增加。《上海市能源發展“十三五”規劃》中提出“大力發展分布式光伏”的要求，并提出“到2020 年全市新增光伏裝機50 萬kW，總裝機達到80萬kW”的目標。同時，規劃中還提出非化石能源占一次能源消費比重、本地非化石能源占一次能源消費比重、本地可再生能源發電裝機比重等幾項結構優化指標，應分別達到14%、1.5%和10%左右，要完成上述結構優化指標，考慮到“十三五”期間由于崇明生態島建設，風電建設受阻，發展速度明顯低于預期，因此光伏還需在現有基礎上進一步加大發展。但與此同時，原作為光伏發展主力的屋頂資源較為稀缺，有必要創新利用市政領域、農業設施、建筑立面等發展光伏[1][2]。

1 本市分布式光伏發展情況分析

本市光伏于2016-2019年持續快速增長，截至2019年底，本市光伏發電項目總裝機容量已超100萬kW。本市光伏開發建設呈以下主要特點[3][4]：一是項目類型以屋頂分布式光伏發電項目為主，地面光伏電站項目數量較少；二是單個項目規模日趨減小，個數急劇增加，總體規模新增量逐年遞增；三是項目并網模式多為自發自用余電上網，且項目自發自用比例總體較高；四是光伏設備多采用常規設備，但建設方式較為多樣，具有一定的創新性；五是光伏項目經濟效益在資金補貼支持下明顯改善，且項目融資渠道多樣。

隨著分布式光伏補貼逐年退坡、光伏發電建設成本下降、分布式光伏逐步開放就近消納和就近交易等發展新形勢的出現，本市光伏發展仍然存在場地資源緊張、落實難度加大、項目投融資困難等問題，這在一定程度上制約著光伏發電項目的發展[5]。

2 光伏依托領域創新研究

根據《國務院關于上海市城市總體規劃的批復》（國函〔2017〕147號）中的相關要求，“本市應嚴格控制城市規模，堅持節約和集約利用土地，嚴格控制新建建設用地，加大存量用地挖潛力度”，預計本市未來可用于光伏建設的屋頂資源有限，需進一步挖掘存量資源，并創新開拓建設領域及建設模式，以擴大光伏發展空間[6]～[8]。

2.1 市政設施+光伏

上海市目前有多座污水處理廠、自來水廠或泵站，相關企業（如上海城投水務(集團)有限公司等）在“十三五”期間還規劃新建多項污泥處理工程等市政工程,本市也可鼓勵相關企業結合這些市政設施開展光伏建設。根據本市2017 年統計年鑒，截至2015 年本市擁有自來水廠37 個、污水處理廠污水處理能力818 萬t/d，除去部分水廠可能存在遮擋及全地下設置外，其余均可探索建設光伏項目，根據類似污水處理廠1 萬t/日的處理量約占地1.5 萬m2的情況，如利用率暫按20%計，則有約100 萬m2的利用面積，具有巨大的潛力。

1）自來水廠及泵站

（1）結合本市已建或新建自來水廠，在水廠沉淀池、濾池、排水池等工藝水池（非腐蝕性工藝、露天）上方建設固定式的水上光伏系統，在加藥間、泵房等工藝車間屋面建設光伏系統，光伏項目應根據水廠用電情況確定采用自發自用余電上網或全額上網的并網模式；

（2）水庫泵站工程與自來水廠類似，結合已建或新建水庫泵站工程，在清水庫上方建設固定式的水上光伏系統，在泵房、次氯酸鈉加注間、辦公用房等屋面建設光伏系統，并網方式根據項目規模及泵站用電情況而定。

2）污水處理廠及污泥處理廠

本市已建的污水處理廠均陸續開展提標改造工程，對部分處理設施加蓋，可結合此類改造工程開展光伏發電項目的建設，如在沉淀池、曝氣池等非腐蝕性工藝池（露天）上方建設固定式的水上光伏系統，在濾膜車間、加藥間、泵房等工藝車間屋面建設光伏項目；污泥處理廠應選擇非地下建筑的處理廠進行結合建設，結合規劃新建工程在其工藝車間、污泥儲存倉、儲泥池等建設光伏項目，其中污水處理廠和污泥處理廠由于用電量較大，可選擇自發自用余電上網的并網模式[9]。

2.2 農業領域+光伏

參照江蘇省和浙江省已開展的“光伏+農業”的復合型光伏項目，本市可結合部分農業設施實施“光伏+農業”項目。

本市第三次農業普查公布的主要數據顯示，截至2016 年底，本市設施農業中，溫室占地面積約618萬m2、大棚占地面積約13 300萬m2、漁業養殖用房面積約40萬m2，考慮溫室或大棚的性質（是否為永久溫室或大棚）、結構承載能力及周邊電力接入條件等因素，如溫室和大棚頂部的光伏開發利用率按10%和1%計，漁業養殖用房屋頂的利用率按25%計，則有約200 萬m2的利用面積，具有巨大的潛力。

目前，青浦區已有一個光伏+漁業養殖（設施農業）的復合類項目建成并網，由于該項目為槽式養殖，需電力保持水溫及含氧量，電耗較大，項目采用自發自用余電上網的并網模式[10]。“光伏+農業”主要開發模式如下：

1）種植業+光伏

（1）菌菇養殖+光伏：菌菇生長喜陰喜濕，一般菌菇安排在室內養殖。結合出菇房建設光伏發電項目，采用光電建筑一體化的建設形式建設光伏出菇房，更利于發揮遮光、保濕作用，利于養殖。

（2）花卉養殖+光伏：部分花卉也為喜陰植物，且與菌菇類似，花卉一般在陽光大棚中養殖。將原有大棚改造為光伏透光大棚，大棚頂部根據花卉需陽光程度，選擇具有一定透光性的組件，保障花卉的正常生長。

2）養殖業+光伏

本市養殖業體量較小，僅在本市郊區建設有部分大型養牛基地、養雞場或漁業養殖（設施農業）基地（如崇明光明養殖基地）等，且均建有牛舍、豬舍、雞舍等構筑物，可依托該類構筑物，建設屋面光伏，并根據光伏裝機容量及養殖基地用電量明確項目并網模式。

3）農業休閑觀光+光伏

本市青浦、金山、崇明等區均在發展農業休閑旅游業，可結合農業觀光中的采摘大棚、景觀建筑等建設光伏項目，將光伏發電項目融入農業景觀，并將光伏所發電量用于農業休閑觀光設施。

2.3 交通運輸+光伏

隨著我國光伏行業的發展，結合道路等交通設施發展光伏等創新的跨行業結合方式層出不窮，上海作為全國路網最為密集的地區之一，高速公路及高架道路的長度也是在全國數一數二，資源量巨大，光伏與交通運輸行業的結合也將是本市光伏發展值得探索的方向。主要開發方式如下：

1）交通設施+光伏（1）高架道路+光伏

本市高架道路為減少噪音擾民，在部分路段兩邊均安裝有聲音屏障，僅內環、中環、外環、南北高架、延安路高架等市區范圍的高架道路長度已約250 km，屏障高約2～3m，考慮周邊遮擋及承重問題，如利用率能夠達到10%，則有約7.5 萬m2的利用面積，可探索結合聲音屏障更換或改造的機會，實施光伏組件的改造，用光伏組件來代替原聲音屏障材料或在聲音屏障上建設光伏發電項目。但該種方式涉及交通安全，應做深入的安全論證后，再小范圍試點。

（2）公交站點或地鐵輕軌站點+光伏

本市公交及地鐵線路網絡密集，站點眾多，可結合有條件的公交車站站點候車棚或地面軌道交通站點屋頂建設小型的分布式光伏項目，所發電量供候車棚或軌交站點使用。經初步統計，結合3 號線、5號線、16號線、17號線等，共計63個地面或高架地鐵站點車棚可建設分布式光伏項目。

（3）停車場+光伏

本市一般公園、旅游景區等均配套地面停車場，部分大型商超也配套建設有屋面停車場，同時還擁有P+R地面停車場、公交場站停車場等大量停車場資源，應結合有條件的停車場資源，建設光伏發電項目。由于公園、旅游景區等用電量較小，并網模式可考慮采用全額上網模式，商超等用電量較大，可考慮自發自用余電上網的并網模式。其中，在停車場建設光伏發電項目主要形式為光伏車棚，可在不影響原有場地功能的情況下，建設光伏發電項目。同時，光伏組件具有較好的吸熱性，能夠緩解露天停車場夏季車輛暴曬車內高溫的問題。

2）交通樞紐+光伏

（1）機場或火車站+光伏

本市已在虹橋火車站（停車棚）、虹橋機場、浦東機場等多個交通樞紐建有光伏項目，上海火車站、虹橋火車站（候車大樓）等仍具有開發建設分布式光伏系統的較大潛力。同時，結合本市正在規劃的高鐵東站，在其規劃階段即應將光伏項目融入構筑物的設計中，應具有較大的發展規模。

（2）港口+光伏

上海作為沿江沿海城市，航運業較為發達，沿江沿海有多個貨運港口，并配套有多家物流公司。其中貨運港口擁有大面積屋頂或堆場資源，且周邊均無大面積遮擋，較為適合開發建設光伏項目。如上海海通汽車碼頭有限公司不僅擁有超過10萬m2的屋頂資源，還擁有超過40萬m2的汽車堆場資源，可用于建設屋頂分布式光伏項目或光伏車棚項目，初步預計可建設光伏項目約30 MW。

3 建設方式創新研究

3.1 立面光伏

本市中心城區以商業辦公等高層建筑為主。而近年來，隨著光伏組件技術的進步，建材型組件、發電玻璃等產品的成熟，從而在建筑外立面安裝光伏組件已逐步具有了可行性。目前，本市建成的立面光伏均為小型的試點示范項目，無大范圍的應用。

1）立面光伏建設形式

立面光伏建設形式分為分離式和一體化兩種。分離式形式僅作為發電系統，不作為建筑圍護結構的一部分；在已有建筑或新建建筑已建成的外墻或幕墻外單獨架設支架，支架連接在建筑主體結構上，類似在已有建筑外加“一層罩子”；該種立面光伏較難起到密封保溫等作用，采用一般類型光伏組件即可，但由于光伏支架為獨立結構，需考慮建筑承重、剛度、穩定性及變形能力等進行專業設計（見圖1）。

圖1 分離式立面光伏示意圖

一體化形式是采用建材型組件來代替傳統的玻璃幕墻建材，將光伏組件作為建筑建材或幕墻的一部分，既作為發電系統，又作為建筑圍護結構的一部分，應與新建建筑幕墻一同設計建設或與已建建筑的外立面一同改造，組件可根據建筑業主的透光要求選擇不透光或透光型組件，并可根據景觀要求選擇晶硅組件、薄膜組件等（見圖2）。

圖2 一體式立面光伏示意圖

2）規模及并網模式

立面光伏建設規模與建筑立面息息相關，同時由于西側及北側立面普遍遮擋面積較大，故應主要考慮依靠建筑南側立面建設光伏項目（如采用弱光性能較好的薄膜組件，也可考慮在東、西兩側建設）。同時，本市由于土地資源緊張，建筑間距相對較小，立面光伏建設還應綜合各立面底部的遮擋面積考慮立面光伏的安裝高度，因此立面光伏項目一般規模不大，以幾十至幾百kW 為主。由于立面光伏均依托工商業建筑立面，用戶用電一般較為穩定，且項目規模均普遍偏小，所以立面光伏項目應主要自發自用。

3）立面光伏發展的難點

（1）立面光伏由于建設方式與普通光伏項目建設方式的不同，更應注意其結構或者支架等的專業設計、原建筑的承載能力、光反射污染、與周邊景觀的一致性、施工安全及后期運維安全等一系列因素，這就要求立面光伏投資或建設單位不僅需要具有新能源開發方面的經驗，還需要有玻璃幕墻建設的專業經驗，以確保項目的安全正常施工及使用；

（2）雖然本市具有大量的立面光伏潛在資源，但在一定時期內，本市較難出現大量需要做外立面改造的建筑，但隨著時間的推移，資源將逐漸出現。

3.2 遷移式光伏

本市有部分工業企業廠區內有較大面積的待開發的工業空地，但由于無法明確何時擴建廠房或開發，故多數工業企業不愿將空地拿出做光伏發電項目；光伏開發單位也擔心土地空閑時間不定影響項目收益，導致投資積極性不高。為充分利用這些暫時閑置的工業用地，可結合空地建設遷移式光伏發電項目，在工業用地閑置時，可將光伏發電項目建設在地面上，當該地塊啟動開發后，可結合開發進度同步將光伏發電項目搬遷至臨近地塊或移至新建建筑屋面。

因本市土地資源緊張，該類型項目宜結合在工業園區或工業廠區等土地權屬較為清晰的場地內建設，對于留白地區應謹慎考慮實施，且項目并網方式應根據項目裝機與用戶用電量的匹配程度及項目經濟性符合考慮。由于項目為遷移式項目，電力接入系統及線路也應考慮便于項目移動，同時，項目移動或搬遷須選擇原廠址臨近地區，以充分利用市政電網為搬遷前該項目接入所建設的設施資源，對于全額上網的電站項目外線部分一般由電力公司投資，其投資額較大，如在光伏項目遷建后，可能導致接入系統投資浪費。

4 結語

本文結合當前建筑資源緊張的情況，提出以市政設施、農業及交通設施等領域為突破點，實現光伏依托領域的創新。依托自來水廠和污水處理廠等市政設施的模式，需論證光伏系統的建設是否會影響凈水水質及正常生產等問題；依托種植業、養殖業、農業休閑光伏等農業設施的模式，需明確依托場地的土地性質，并論證光伏發電項目的建設對農業生產的影響程度；依托高架橋、公交站點、停車場、機場、火車站或者港口等交通運輸領域，因線路過長、光伏裝機分布零散、電力接入線路過長，需進一步論證電力接入條件。建設方式創新主要分析了立面光伏、遷移式光伏兩種光伏建設模式，立面光伏本市潛在資源較大，但建設需考慮支架結構設計、建筑承載能力、光反射污染、后期運維等一系列問題，對光伏建設單位存在一定的挑戰。