【解析】光伏、风电开发中的战略性问题

【解析】光伏、风电开发中的战略性问题

风电、光伏正在从补充能源向替代能源迈进,在人类以可再生能源取代传统化石能源的历史性转折中发挥重要作用。那么,风电、光伏能否担当起这个重任呢?

从眼下看,风电、光伏的发展主要受到政策导向、电网制约、观念束缚等因素影响,发展速度取决于上述条件。但从长远看,在根本上还是取决于风电、光伏的资源蕴藏量,更直接的是在技术经济合理前提下的可开发量。可开发量的大小是决定风电、光伏在未来能源构成中所占地位的最根本条件。

资源条件分析

以风能为例,中国风能资源可开发量的大小迄今还是一个尚在不断加深认识中的问题。在上世纪九十年代前,权威的说法是我国陆地10m 高度风能资源理论储量为32.26亿千瓦,技术可开发量为2.53 亿千瓦,后来经过三次风能资源普查,上述两数字调整为43.5 亿千瓦和2.97 亿千瓦。

2005 年联合国环境规划署的研究结果认为,中国陆地离地面50m 高度风能资源技术可开发量可达14 亿千瓦;2006年中国国家气候中心的评价结果是:在不考虑青藏高原的情况下,全国陆地离地面10m 高度风能资源技术可开发量为25.48 亿千瓦。中国工程院提出:我国陆地风能技术可开发量底线为3 亿千瓦,可能达到14 亿千瓦。2014 年12 月,中国、丹麦可再生能源发展项目发布《中国可再生能源发展路线图2050》报告认为,我国风能资源潜力在30 亿千瓦以上,在现有风电技术条件下,足够支撑20 亿千瓦以上风电装机。

迄今为止最乐观的数据为中国气象局风能太阳能资源中心2014 年公布的全国风能资源评估成果:我国陆地70m高度风功率密度达到150W/m2 以上的风能资源技术可开发量为72 亿千瓦,达到200W/m2 以上的风能资源技术可开发量为50 亿千瓦;同时推算出80m 高度风功率密度达到150W/m2 以上的风能资源技术可开发量为102 亿千瓦,达到200W/m2 以上的风能资源技术可开发量为75 亿千瓦。

相对比较权威的数据来自中国气象局2014 年5 月编印出版的《全国风能资源详查和评价报告》一书,其结论为:“全国陆地50m 高度层年平均风功率密度大于等于300W/m2 的风能资源理论储量约73 亿千瓦”,“我国陆地50m、70m 和100m 高度层风能资源技术开发量分别为20 亿千瓦、26 亿千瓦和34 亿千瓦”。

可以看出近几年来公布的数据都相对比较乐观,但这些数据共同的不足之处是所给出的都是空中风能资源的估算值,没有在测绘地形图中准确地标注各风区的范围与大小。事实上在目前技术条件下风能资源的可开发量直接取决于风区地面面积,只有把风区可装机面积弄准确,才能准确估算风能可开发量。

我国海上风能资源可开发量曾经被估计为7.5 亿千瓦,也有资料根据可以安装风电机组的海面面积为1.6 万平方公里- 3.1 万平方公里估算,海上风电装机容量约为1 亿千瓦- 2 亿千瓦。相对而言,海上风能资源可开发量需要花更大力气才能准确认识。

应该说,无论是陆地还是海上的风能资源技术可开发量,即可装机容量,都还需要进一步研究核实,需要加大力度继续推进研究进度。可以肯定的是,在近几十年内,风能资源条件不会成为中国风电产业的发展的制约因素,中国陆地风电可装机容量达到15 亿千瓦- 20 亿千瓦是可能的。

对太阳能发电资源的蕴藏量与可开发量,目前还没有看到可信的、有说服力的数据,更需要继续深入认识。

案例与讨论

风能与太阳能资源的蕴藏量与可开发量,都还可以继续探讨。但本文想强调的是,实际上存在两个因素决定风能资源可开发量的大小,一个是前面说到的风能资源可开发量,这主要取决于风区面积;另一个则是风能资源的开发方式,是采用集约式、精细化开发?还是采用粗放式开发?是否应该规定其衡量指标,即“单位占地面积产能率”?这一指标应该控制在什么合理范围?坦率地说,后一个问题目前还尚未引起业界及政府相关部门的足够重视,因而还存在着较多的弊病与乱象。

以新疆为例:近年来风电、光伏快速发展,业绩显著。但回顾到目前为止已经批准建设或在建的数百个风电与光伏项目,不难看出项目开发方式也存在一些问题。其中比较突出的是对项目建设占地缺乏科学合理的控制标准,导致一些项目占地偏多,没有实现集约化、精细化开发。各项目间单位占地面积产能率相差很大。项目过多占地既浪费了土地资源,也同时浪费了承载于土地之上的风能与太阳能资源。

在风电建设项目中,上述问题表现得最为明显。同样一个装机49.5MW 的风电场项目,其控制范围占地面积,小的项目仅约6km2,而大的项目竟高达25.5km2。在占地范围较为宽松的项目中,建设业主各行其是:做得较好的是机组集中在场地一边按常规排布,剩余约二分之一的空地尚可留待以后开发;也有的是选择中心区域开发,留下了四周的“边角料”,今后开发利用较为困难;最差的是尽量拉开机组之间的距离,采用非常规排布方式,把整个区块占满,完全堵死了再开发利用的可能。这些作法,都对土地与风能资源造成了严重浪费。

这种大手大脚滥用土地的情况,其实在规划阶段就已经普遍存在。虽然国家发展改革委早在2005 年5 月发布的《风电场工程规划报告编制办法》中就提出了单位土地面积产能率的指导性意见:“对场址非常平坦、地形简单的规划风电场,本阶段可暂按照5000kW/km2 来估算风电场装机容量。”这里提出的“5000kW/km2”,即5MW 就是规划阶段的产能率指标。新疆大多数风电场都符合场址平坦、地形简单的条件,但对这一规定并没有认真执行,先后编制的多个风电规划单位占地产能都小于5MW/km2,具体数据见表1。

从表1 可以看出,除达坂城、阿拉山口、兵团十三师等少数项目接近5MW/km2 外,大多数项目均偏离了规定指标,其中最差的还不足1MW/km2。单位占地装机指标相互间差距很大,说明存在不合理因素。规划阶段的过多占地给项目实施阶段的不合理占地带来了一定影响。光伏项目的情况要好一些,但同样存在对单位占地面积产能率缺乏考核的现象。从一些地区提出的光伏产业园规划看(见表2),单位占地面积产能指标相差较大。同时在具体光伏项目选址中,占地指标也存在差异,有的项目存在不必要的预留空地、用地有“边角料”等现象。

风能、太阳能是自然界赋予人类的宝贵可再生能源,其不可改变的特性是必须承载于一定的土地面积之上,但任何地域的土地面积是固定不可增加的,因此必须重视提高单位土地面积可开发的风、光电的功率,即单位占地面积产能率,对其规定科学合理的指标加以规范。如果听任上述无序多占土地的现象继续下去,就会像小煤窑的私挖乱采浪费煤炭资源一样,白白浪费掉宝贵的风能、太阳能资源。举例来说,前文中所介绍的我国风能资源可开发量是以一定的单位占地面积产能率为前提的,如果不对这一指标进行约束,大手大脚地粗放开发,任意缩减单位占地面积产能率,整个风能资源可开发量就可能大大减少,这将是对子孙后代不负责任的行为。
分析造成上述现象的原因,大体上有以下几方面:

第一,早年出台的风电用地“点征面控”政策不尽合理,未做及时调整。上世纪九十年代,为支持风电产业发展,新疆国土厅在全国各省区中较早出台了针对风电场建设用地的“点征面控”扶持政策,以后逐渐在全国性得到推广。这项政策规定了风电场建设用地可只征用风电机组基础、箱变、线路、道路、变电所及其他生产生活设施用地,对各台风电机组之间的广阔土地(称为风电场控制范围),风电场以“他项权利”的方式控制与占用,不列入征地面积,也无须支付征地费用。

这项优惠政策早期确实起到了支持风电发展的良好作用。但随着产业的规模扩大,其不良后果也逐渐显现:风电场控制范围用地为无偿占用,导致了一些建设业主缺乏自我约束机制,自觉或不自觉地尽可能扩大控制范围占地。从工程实践看,风电场办理土地征用手续的永久性占地一般只占到控制范围的1%左右。控制范围用地才是风电场占地的主体,并且是决定风能资源开发量的唯一因素,对此必须加以规范,提出合理标准,进行必要的限制。

第二,对风电场控制范围占地,政府部门管理职责不明确,没有部门监管,处于“挂空档”的状态。

在住建部、国土资源部、国家电监会联合下发的《电力工程项目建设用地指标(风电场)》(建标〔2011〕209 号)中,只规定了风电场须征用的永久用地的指标,对风电场控制范围用地并未涉及,也未提出管理要求。

风电场控制范围占地多少,主要取决于风电机组风轮直径以及机组排布方式两个因素,这两个因素在工程可研报告阶段已经基本决定。现行管理模式下,风电场项目可研报告由各建设业主聘请第三方设计单位自行组织审批,对风电场控制范围占地缺乏硬性制约。有的可研报告甚至根本没有说明风电场控制范围占地的具体数据。国土资源厅审批风电项目,只对风电场征用的永久用地进行审核批准,这只占风电场控制范围的1%左右,对用地主体控制范围占地,因无须办理征用手续,一般不予涉及。建设厅从规划选址用地的角度可以进行干预,但缺乏相应的法规或标准依据,在项目选址审查阶段一般也难于改变已经经过多项前置审批的可研方案。到最后发改委项目核准审批时,已基本是木已成舟,只能承认既成事实。这就导致了多占用土地的项目白白多占,节省了用地的项目也得不到任何好处与认可,致使多占土地的现象愈演愈烈。

第三,在项目可研以及规划编制阶段,对单位土地面积产能率指标重视不够。有的设计单位存在片面认识与不当作法。

首先是,在比选风电场机组排布方案时,多数设计单位仅仅以发电量大小作为唯一的比较指标,没有或很少考虑集约化开发、减少占地、节省风能资源这一更重要的条件。当然,如果仅从增加发电量考虑,机组之间的距离越大,互相之间的尾流影响越小,确实可以增加一些发电量。但一个重要事实是:当机组之间的距离超过一定程度后,例如纵向间距大于9D - 10D、横向间距大于4D - 5D 后(D 为机组叶轮直径),继续增大间距,对发电量的增加所起作用不大。

从大量可研报告中机组排布方案比较数据可以看出,采用不同排布置方式(如纵向间距8D - 12D,横向间距3D - 5D的各种组合)的发电量,最高与最低一般相差在1%- 5%范围内,最大差别也不会超过8%,但是,占地面积相差却很大。举例来说,采用3D×10D 与5D×12D 的两种方案,其占用土地的面积相差一倍,也就是说单位面积产能率相差一倍,风电场如采用5D×12D 排布方式,可能发电量会增加几个百分点,但如采用3D×10D 排布方式,同样的占地面积上装机容量可增加一倍,年发电量可增加将近一倍。从最大风能资源开发量这个根本目标考虑,各自的效益得失可谓不言而喻。

其次,设计单位可能存在新疆地域广阔、戈壁滩利用价值不大等错误认识,在项目及规划设计中大手大脚,提出了浪费资源的设计方案,如将风电机组纵向间距拉大到12D甚至16D,还在两排机组之间设立“风速恢复带”,更大大增加了风电场控制范围占地面积。新疆虽然地域广阔,但土地及其承载的风能资源仍然十分宝贵。我们必须抵制铺张浪费地粗放式开发,提倡集约化精细化开发,为社会和子孙后代节省更多资源。

总体来看,无偿占用土地的政策导向,政府部门缺乏有力的监管与硬性制约措施,一些设计单位的片面认识与不当做法,这些因素与建设业主单位希望多占土地的自身利益互相迎合,就造成了风电场控制范围用地的无序与不合理现象,如不采取有力措施加以扭转,必将对土地与风能资源造成极大浪费。目前我国风电装机虽然已达到1.2 亿千瓦,但比起可开发量十几亿、几十亿而言,尚处于初期开发阶段,现在就开始重视并出台治理措施还正当其时。

相对而言,光伏项目的情况要好得多。光伏项目用地是“硬占用”,必须全部办理征用手续并支付规定的征地(或租地)费用。这就使得建设业主具备了自我约束机制。

从已审批的项目看,同地区、同容量项目占地差别不像风电那么大。存在主要问题是:没有实行单位占地产能率指标管理;在光伏园区规划中,存在占地水平差距较大的情况;个别项目占地有空地及边角料等现象,同样需要予以规范。
对策及建议

针对上述现实情况,提出对策建议如下:

一是加强宣传引导,普及大众对风电光伏项目集约化精细化开发的战略性意义,以及提高单位占地面积产能率的重要性的认识。

二是明确提出和规定“单位占地(必须包括风电场控制范围占地)面积产能率”这一考核指标,在风光电规划及具体项目审批中进行把关,对达不到指标要求并不能合理解释的,应对规划或项目选址给出否定性结论。建议在总结分析已建成风电和光伏项目经验数据的基础上,由相关政府部门牵头,制定适合各地不同情况的风电、光伏项目单位占地产能率指标,试行后推广,同时要求在编制各类风光电规划时参照执行。

三是推进开征以风电场“控制范围”占用土地面积为计量依据征收的“风能资源占用税”,变无偿占用控制范围土地为有偿占用,以经济手段推进风能资源集约化开发。此税种如能定义为地方税收,还可以缓解因风电项目短期内地方税源较少,导致所在地政府对风电开发积极性不高的矛盾。这可能是一箭双雕的治本之策。

四是呼吁在风电、光伏项目的规划、可研报告、设计、审批等环节都要关注并考核“单位占地产能率”这一重要指标。在园区规划时尽可能避免把规划园区分块切割划分,应按各项目特点逐个安排占用面积,尽可能消除各项目之间的空地与“边角料”。对光伏园区,尽量采用正南正北的区域规划,减少边角占地浪费。

对新疆“单位占地面积产能率”指标提出以下具体建议:新疆地域广阔,自然条件差异较大,南北跨越十五个纬度(北纬35 度-北纬49 度)。风电开发中,根据国际标准GB/T18710-2002 划分的风区等级,从2 类到7 类都有存在。在新疆提出风电与光伏项目的占地产能率标准,不能全区一刀切,应该按主要制约条件的不同规定不同的数值。现根据对多个建设项目积累的经验数据,提出以下个人建议,仅作为讨论基础,不当之处欢迎指正。

风电项目决定占地的主要因素之一是叶轮直径,这主要取决于风区等级分类,风能资源较好的高等级风区可采用较小直径的叶轮,低风速区需选用较大直径叶轮。建议按不同风区等级(应以可研报告中根据风能资源数据分析认定的等级为准)规定各项目的占地产能率指标,即:

对6类及7类风区(70m 高度年平均风速大于9.24m/s,风功率密度大于690 W/m2)项目,每平方公里装机应控制在7MW - 9MW。相当于每个50MW 项目占地约5.5 平方公里- 7 平方公里。

对4 类及5 类风区(70m 高度年平均风速7.92m/s -8.45m/s,风功率密度460W/m2 - 690 W/m2)项目,每平方公里装机应控制在5MW - 7MW。相当于每个50MW 项目占地约7km2 - 10km2。

对2-3类及以下风区(70m 高度年平均风速小于7.39m/s,风功率密度小于460W/m2),每平方公里装机应控制在3.5MW - 5MW。相当于每个50MW 项目占地约10km2 - 14km2。以上数据可根据地形情况选定,地形条件较差的项目取较小产能率。对山区等特殊地形可适当突破规定。

在规划阶段,可比上述指标放宽10%- 20%。光伏项目,这里主要指采用多晶硅组件、固定式安装。

方案的项目(目前新疆此类项目占比在95%以上),其占地面积主要取决于光伏组件前后排的距离,即在冬至日,前排组件的阴影不影响后排光照,这由太阳入射角的高低、即项目所处纬度决定。因此按不同纬度规定项目单位占地产能率是合理的。建议新疆可规定三种标准:

北纬40 度以南地区(大致包括喀什地区、和田地区、克州南部与巴州南部): 不小于40MWp/km2 -43MWp/km2;北纬40 度- 45 度地区(大致包括哈密地区、吐鲁番市、乌鲁木齐市、昌吉州、阿克苏地区、伊宁市、博州、克州与巴州北部、塔城地区与克拉玛依市南部):不小于37MWp/km2 -40 MWp/km2;北纬45 度以北地区(大致包括阿勒泰地区、塔城地区与克拉玛依市北部):不小于34MWp/km2 - 37 MWp/km2;规划阶段占地可放宽10%- 20%。

对采用非晶硅薄膜太阳能组件、跟踪式安装等其他技术方案项目,可不受上述规定限制,以待进一步积累经验。

在本文杀青之际,看到了风电老朋友钱启良先生发表的文章:《浅谈老风电场的技术改造及风电机组的退役》,不禁为之一振。他介绍的风电场技术改造实例给出了提高风电单位占地产能率的卓越例证,据该文介绍:“技术改造后,在风电场的场区范围不变的情况下,风电机组的数量虽然减少了,但是,风电机组单机容量大大增加了,风电机组单机容量按 2.5MW或 3.0MW计算,其总容量可以增加4 倍左右,发电量增加5 倍以上。”也就是说,同样占地面积下,经过技术改造,单位占地面积产能率以装机容量计可以增加4 倍,以发电量计可以增加5 倍。足见在这方面下功夫对提高风能资源可开发量以及增加经济效益方面都有很大潜力。
来源:风能杂志

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