如何看待光电不稳定性与电网系统稳定性矛盾？

索比光伏网讯:作者按:   《社会观察》杂志2011年第2期刊登上海社科院部门经济所葛伟民研究员的文章《太阳能发电尚无经济可行性》，对国内太阳能光伏发展提出了质疑。我看葛文许多论点和论据有误，如不加以澄清，会误导政府决策，误导公众对绿色新能源的价值判断。所以在本博客上写了一篇博文，分三次连载,予以驳斥（见2011年5月3日到4日本博客的博文）。考虑到博客与杂志的影响范围有天壤之别，因此，将原文中针对葛伟民先生个人的较为尖锐的言语删去，投稿到了《社会观察》，希望能够在该杂志刊登出来，以在原文的读者范围内消除影响。今年十一月，本文终于登了出来（刊于2011年11期《社会观察》杂志，p.44)。在这里，再与大家分享一次，同时，也感谢《社会观察》编辑部的公正立场。这里是本人投稿的原文，杂志刊出时，略有修改。     如何看待光电不稳定性与电网系统稳定性矛盾？ 葛文认为：由于“光伏发电存在不稳定性”，“电力部门竭力反对太阳能光伏发电并网”，由此断言推广光电不可行。事实上，国家发改委去年招标的280MW光伏发电项目，不仅都得到电力部门的支持，而且投标的绝大多数公司本身就是国家的五大电力公司和地方电力公司。笔者所在的上海普罗新能源有限公司，去年在宁夏太阳山建造的一兆瓦容量的光伏发电站并网，同期开工还有40MW光伏电站，这些非招标项目也受到电力部门大力支持。
 葛文认为：“电力系统稳定性不容纳外来不稳定电源。”其实，电网对于电源和负载的不稳定性，都有一定容纳能力。我国电网对于电源不稳定性的容纳限度目前是15%，即容许15%以下电源可以波动。北美电网容纳限度为22%。目前，我国并网的光伏发电在我国电网总容量中所占的比例不到万分之一，光伏发电的不稳定性远不足以对于电网的稳定性造成危害。实际上，电网调度系统对于发电量和负载量的波动都有一定调节能力。况且，光电具有分布式发电特点，从大面积看，稳定性要比单个电站要强得多。而且，对于光伏发电超过电网容量的10%的配置，也已在许多电力机构的考虑和设计之中，将完全有把握保证光伏发电的可行性。
 葛文说：“智能电网的建设远远不是想象中那么容易。”其实，利用光伏和风力发电进行稳定的发电，需要智能电网与蓄能技术的结合。例如，一个1GW（一百万千瓦）的光伏电站，白天发出来，晚上没有电，或者突然阴天，那么，电网对于这一百万千瓦的电源缺失，是不能容忍的（假设当地电网的容量小于六百万千瓦）。如果仅仅依赖电网调度，那么，电网需要在瞬间从异地调入一百万千瓦的电力，或者从本地切出一百万千瓦的负荷，难度是相当巨大的。如果全部依赖蓄能，那么，能够以如此大的功率长期供应这缺失的一百万千瓦容量，目前也没有这么大容量的蓄能系统。但是，如果采用蓄能与智能电网结合，在光伏发电中断后，只要蓄电池能供应一分钟电力，同时，将供电中断的信号发出，那么，以目前电力调度系统的能力，在一分钟内从外部调入一百万千瓦的电力，是完全可以满足的。通常，一个地区的电力不足或过剩，从就近电网调过来即可，不必从“数千公里”以外解决。
 葛文质疑光伏“电流质量能否达到标准”。事实是，光伏发的直流电，经过逆变器后，根本不可能“仍有少量直流电进来”。而且，目前的逆变技术完全采用数字控制，波形、频率远比现有火力发电的交流电更为标准，完全不存在“交流频率也不全符合要求”的问题。目前国内使用的逆变器技术完全可以国产化。上海普罗新能源公司单机1MW容量的逆变器在宁夏2010年5月并入国家电网，运行已近一年，不仅容量为世界最大，质量十分稳定，而且效率达到98.6%，远远高出德国产品的96%的水平，产品价格仅为每瓦1元，也远远低于德国产品。预计国内光伏电站容量发展到一定规模后，逆变器价格可降低到每瓦0.5元。 当前光伏发电成本究竟处于何种水平？ 光伏发电经济上是否可行性，很大程度上取决于光伏发电的成本问题，其中包括能源回收周期、投资回收周期、光电设备寿命期、光电上网电价、蓄电池价格等。
 葛文对太阳能专家论证光伏发电设备制造安装所消耗能源回收期为2.5年持否定态度。事实是，中国科学院、上海交通大学、中山大学太阳能系统所于2009年联合对光伏电站建造过程中耗能进行了全面测算，包括从多晶硅、铸锭、切片、电池片、组件、逆变系统以及全部的辅料如银浆、玻璃、铝合金、电缆以及所有的设备，甚至连运输因素都考虑了，所得出结论是能源回收期为2.49年。这还是按现有西门子法多晶硅技术做计算。如果采用冶金法多晶硅生产技术，回收周期仅为1.5年，这在国际光伏界已公认。
 葛文断言：“一套家用太阳能光伏发电系统20多万元，加上维修、维护费用，还有蓄电池更换，回收成本也要50～100年。”这种说法显然有误。目前每瓦光伏电站的装机成本已经下降到12元人民币。按照宁夏地区每瓦电池每年发电1.6度，20年回收期内一共发电32度计算，成本电价仅为0.41元/度。如果计入火力发电造成的二氧化硫、二氧化碳和氮氧化物排放形成环境治理成本，这个价格已经远远低于目前的火力发电成本。随着石油、煤炭不可抑制的涨价，以及光伏发电规模增加和技术进步带来的成本下降，光伏发电成本低于火力发电成本将在最近三到五年内实现。至于光伏电池板使用寿命问题，可以举出的例证是，兰州和海南都有运行超过25年的光伏电站。这些电站的发电量相比25年前，仅仅下降了10%。
 葛文说：“完全走市场化道路，是很少有消费者愿意接受的。”这只是暂时的现象。市场化需要一个过程，而政府补贴是这个过程的催化剂。我国光电上网电价，每度从2007年8元持续降到2008年4元、2009年1.09元、2010年0.72元。而且，现在整个光伏产业都在致力于“更低成本、更高效率”的方向，预计到2013年，光伏发电成本可以降到每度0.5元。德国光伏发电补贴，从2005年每度0.57欧元，已降到现在每度0.22欧元。这恰是德国政府有远见的补贴结果。政府补贴是为了大规模应用，而大规模应用是为了降低成本，最终达到不补贴的结果。这样的见识，远比那些看到光伏成本高就嚷嚷不能用的人要高明得多。等到光伏电价低于火力发电的那一天，难道还会有消费者不愿意接受吗？现在德国、美国就有许多消费者即便没有拿到政府补贴，也愿意以高于火力的电价来安装光伏电站。这是对地球和全人类担负责任的态度。他们同样也为光伏产业市场化做出了可贵贡献。
 葛文说：“有的人提出敦煌2009年竞标是1.09元/千瓦时，这个价格是把20元/千瓦时的财政补贴算进去计算出来的。”事实是，现在不计任何补贴，即使按照2009年的成本和20年投资回报期计算，发电成本已经下降到了每度0.7元。这是上海普罗新能源公司在宁夏投资建设1MW光伏电站的实际数字。
 葛文提到，崇明建设国内最大兆瓦级光伏电站时，上海市电力公司计发电成本约为每度7元；世博会光伏发电成本每度4元以上。葛文认为，火力发电一般每度仅为0.35～0.60元，经济可行性一般是在火电与光电两者相差百分之几最多是百分之几十的情况下才可讨论，如果相差10倍，既要财政补贴，又要电力部门亏本收购，那还有什么可讨论的？我要澄清的事实是，崇明岛光伏电站始建于2006年，世博会光电项目也是在该年开始设计的，当时每瓦装机成本超过70元；而现在，装机成本已经不到12元。光伏发电与火力发电成本相差10倍的情况，两年前就已经一去不复返了！而随着光伏各项产能的释放，目前，光伏发电的装机成本已经降到每瓦12元以下，光伏发电的成本已经低于0.5元/度，最多道2015年，光伏发电成本将低于火力发电。
 葛文认为，蓄电池性能和成本问题至今仍是新能源应用的一大瓶颈，所有类型蓄电池的价格都不低，使用寿命也很有限。这个软肋，很多人根本不愿意提起。我可以告诉读者，目前许多国家正积极开发大容量、大功率蓄能技术，比如钒流体、钠流、锂铁蓄电池。对于蓄电池的需要，当风力和光伏装机容量占到电网容量15%以上时，才是迫切的。现在我国光伏发电不到装机容量的万分之一，要达到15%，还有1500倍的发展空间，这至少也需要十年后才能达到。目前美国已采用钒流体电池建设12万千瓦的蓄能电站。所以，解决这个问题我们还有充足的时间，而且许多人在致力于相关技术的研发和产业化，绝对不存在“这个软肋，很多人根本不愿意提起”的问题。钒流体的成本下降的空间非常大，价格当然也会在大规模使用后大幅下降。 中国发展光伏产业被“低碳阴谋”忽悠吗？ 葛文提醒人们：“太阳能光伏发电产业转移过程隐含国际阴谋。”他赞同这样的观点：“低碳经济”是发达国家在忽悠我们，是想向我们征税，通过碳减排的议题阻挠中国的发展。美国和欧盟等发达国家目的是让发展中国家为温室气体排放买单，继续牵制和盘剥发展中国家。
 其实，“低碳阴谋”与光伏发电这两个概念不能等同。各国鼓励光伏发电发展的主要动因，不仅仅是由于气候变化，而更是化石能源日趋枯竭。我国石油储量开采最多不会超过三十年，较易开采的煤炭不会超过五十年。即便是核能，铀矿石开采也不到四十年。随着易开采的能源越来越少，开采难度和成本越来越大，石油和煤炭价格上涨不可避免。我国现有电价是在政府为抑制通货膨胀加剧，让全国电厂集体亏损的情况下达成的。如果电价真正放开，现在的电价估计涨50%也不止。而现在全国电厂已经没有几家能够在现有电价下继续支撑下去了，电价的上涨已经不可避免。所以，即便没有气候变暖，没有环保压力，中国发展光电、风电等新能源是必须的。这是涉及到国家能源安全的重大战略决策，绝不是为了缓解外国政府的压力，或者被人忽悠后使出的昏招。
 继欧洲之后，澳大利亚最近宣布到2020年前，向光伏产业拨款360亿元资助，共建设9GW光伏电站。美国、加拿大也宣布要对光伏进行大规模补贴。实际上，美国政府从来没有鼓励中国发展光伏，恰恰相反，美国政府屡屡指责中国政府对光伏企业补贴过多。去年的301法案，就是试图阻击中国的光伏产业的动作之一。而这是在美国政府大规模启动国内的光伏补贴时进行的。最近，美国对中国进行“双反”起诉，也是惧怕中国光伏产业的发展势头而采取的遏制措施。 刮目相看多晶硅生产成本和环保现状 葛文对我国与国外多晶硅的生产成本比较也有误。他说：“目前高端的多晶硅技术是掌握在世界上七大公司手里，主要是美国、德国和日本的公司，它们的生产成本是每公斤20到30美元；而我们国家的多晶硅生产成本是每公斤50到70美元。”事实上，从2008年到2010年，我国多晶硅厂家积极应对国际竞争，将多晶硅的能耗从每公斤250度以上降到了每公斤160度以下，而成本也从每吨70万元降到了17万元，江苏中能的销售价格已经降到了每公斤200元人民币。
 葛文提到美国报刊登文章说我国发展多晶硅生产是“出口了清洁，留下了污染”。美国报刊的这篇文章发表于2008年3月，此前中国多晶硅生产污染问题确实较大。但现在绝大多数工厂都已经解决了污染问题。笔者到访过江苏中能（产能25000吨/年），洛阳中硅（5000吨/年），天威硅材料（3000吨/年），江苏顺大（1500吨／年），河南中博（600吨/年），这些工厂没有乱排放污染。 以发展目光看待光伏发电“软肋”问题的破解 葛文列举了光伏发电很多“软肋”。其一是日照条件和空气污染对发电效率的制约。葛文说：“汽车尾气导致我国许多城市空气污染严重，部分地区甚至出现1年200天的阴霾天气。因此，太阳能光伏发电建设项目基本上都达不到设计效果。”天气变化和尾气污染对于光伏发电当然有影响，但设计人员在设计时会将该问题考虑进去，作为估算的依据。需要指出的是，我国光伏发电历史较短，气象部门统计的日照时间、大气质量指数等对于光伏发电影响的数据还不完备。例如，气象部门对于上海地区的年日照时间数据为1300小时，上海电力学院赵春江教授的家用光伏系统、上海电气集团的200KW电站、上海普罗位于南汇工业园区的20KW光伏电站的实际运行表明，上海地区光伏实际满负荷发电时间均在1200小时以上。气象部门统计的日照时间，阴天和雨天均不计入。而实际上，在阴天甚至雨天，光伏组件仍可发出大约10～30%的电力。气象数据与实际发电时间的数据有偏差，这样的问题今后可以逐渐纠正。
 葛文列举“软肋”其二是，太阳能光伏发电系统是一个脆弱的系统，只要有10%的电池板面积被阴影遮蔽，系统总发电量便会下跌50%。即使采用美国国家半导体公司的SolarMagic电源优化器，系统总发电能力最多也只能达到78%的设计值。事实是，光伏发电板遮蔽问题，在现有光伏组件制造技术中已经解决，不存在所谓“10%的遮蔽会导致总发电能力只能达到50%”的问题。目前我国光伏电站的多项技术，如追日、防遮蔽等都领先于国际技术。上海普罗新能源公司的PCPO技术，比美国solarMagic 的技术优越得多，不仅可以解决遮蔽损失，而且还能够让组件发出比常规多出20%的电量。
 葛文列举“软肋”其三是，“后续管理和服务也有严重问题”，比如，沙尘暴多发地区太阳能电池板保持清洁是个很大的难题；又如，大规模建造的太阳能光伏发电项目后续管理维护是大问题，由于光电项目发展快速，缺少后续管理、服务及维护人才。我据上海普罗新能源公司在宁夏太阳山安装兆瓦级光伏电站的经验，即使那里是大漠戈壁，沙尘暴多发地区，一个清洁工一天可以清洁大约0.5MW光伏发电板；清洁一次，可以大约将发电量增加2%，这个效果可以维持3天。因此，一个10MW的电站，即便每3天清洁一次，仅需七八个清洁工。这怎么会成了“一个很大的难题”呢？至于维护，一个1MW的光伏电站只需要每班两个人即可维护，比同等装机容量的火力发电厂的维护简单一百倍也不止。即便是10MW的光伏电站，维护人员也不超过每班6人。
 光伏产业作为一个即将大规模替代常规能源的新兴产业，正在飞速发展。在这个阶段，一定会出现这样那样的问题，而这些问题随着技术和产业进步，也必然会一一解决。随着持续创新，光伏产业各个环节的技术和数据，每年甚至数月内可能都发生颠覆性的变化。光伏发电走入千家万户的那一天，会比人们想象的要早得多。 作者简介：史珺，中国科学院上海技术物理所博士毕业，现任上海普罗新能源有限公司总裁，中国冶金法太阳能多晶硅产业技术创新联盟理事长，上海太阳能学会常务理事，浦东新区新能源产业联盟副理事长，海南省可再生能源学会副理事长。