影響光伏電站選址布局的因素分析

李付林

摘 要：在我國當前經(jīng)濟轉型期，發(fā)展光伏發(fā)電是轉變經(jīng)濟增長方式的有效手段之一，有助于經(jīng)濟由高碳經(jīng)濟型向低碳經(jīng)濟型轉變。光伏電站選址布局是開展光伏項目的首項工作，對光伏項目整體成敗有著重要影響。對影響光伏電站布局的因素進行深入研究，從太陽能光伏資源、氣象因素、自然資源及環(huán)境因素、行業(yè)保障因素和社會經(jīng)濟因素五個方面，詳細探討影響光伏電站選址決策的關鍵因素，為構建科學光伏電站選址決策系統(tǒng)提供支撐，為政府和企業(yè)在太陽能光伏電站選址規(guī)劃方面提供參考，以期更加有效地利用太陽能促進經(jīng)濟綠色發(fā)展。

關鍵詞：光伏電站;選址布局;影響因素

中圖分類號：X382 ? ? ? ?文獻標志碼：A ? ? ?文章編號：1673-291X（2019）36-0021-02

我國能源消費結構持續(xù)優(yōu)化，2018年光伏裝機量達到了1.7億千瓦，位居世界第一位，在光伏裝機蓬勃發(fā)展的同時，光伏電站選址是光伏電站建設的首項工作，選址決策需要綜合考慮各方面因素。選址決策即為科學地論證光伏電站項目的必要性和可行性，并制定有效實施方案。選址決策的質量直接關系到光伏電站的經(jīng)濟效益，合理的選址決策能夠節(jié)約建設成本，降低項目風險，提高項目的經(jīng)濟效益;而不科學的選址決策不僅會導致盲目投資、項目投資失敗，甚至對自然環(huán)境帶來不可逆損傷。因此，科學的選址決策研究對光伏電站項目影響巨大，進行科學布局選址，需首先全面考慮其各方面影響因素。

影響光伏電站布局選址的因素主要有五大方面：太陽能資源狀況、氣象因素、自然資源及環(huán)境因素、行業(yè)保障因素以及社會經(jīng)濟因素。本文重點從上述五個方面來探討影響光伏電站選址布局的因素，分析了每類因素對光伏電站選址決策的影響原理、機制以及影響程度。

一、太陽能資源狀況

對太陽能輻射資源進行評估是太陽能光伏電站建設的一項重要基礎工作。太陽能輻射資源的質量主要是通過太陽能總輻射、日照小時數(shù)、地理緯度等主要參數(shù)來進行反應和評估，而太陽能輻射資源情況對光伏電站的發(fā)電量有著直接影響。

（一）太陽能輻射資源情況

1.太陽能總輻射量。影響光伏發(fā)電量的直接因素為其接收到的太陽能總輻射量。太陽能總輻射量即為太陽直接輻射和大氣散射的加總。到達光伏陣列上的太陽能總輻射量受太陽高度角、云量狀況、海拔高度，以及大氣透明度等因素影響。其中，太陽高度角是太陽光的入射方向和地平面之間的夾角，太陽高度角為90°時，太陽高，太陽輻射強度最大;反之，當太陽斜射地面時，太陽高度角小，太陽低，太陽輻射強度就小。

2.直接輻射。太陽能總輻射中，直射輻射對光伏陣列產(chǎn)生電能的貢獻最大，太陽輻射穿過大氣層被吸收一部分，剩余部分直接到達地表，這一部分即為直接輻射，光伏陣列的傾角固定時，在既定光電轉換效率下，光伏陣列上接收到的太陽能輻射量越大，其產(chǎn)生的電能也就越多。直接輻射是太陽能輻射總量中的主要部分，因此直接輻射對光伏陣列發(fā)電量有著直接影響。

3.日照時數(shù)。日照時數(shù)是太陽實際照射地面的小時數(shù)，日照時數(shù)具體定義為太陽一日內在垂直于其光線的平面上的輻射強度超過或等于120MJ/m2的時間長度。日照時數(shù)影響了光伏陣列在一天內能接收到的太陽能輻射總量，日照時數(shù)越多，光伏陣列能接收到的太陽能輻射總量則越多，產(chǎn)生的電能隨之增多。

（二）太陽能質量評估

一般而言，使用以下兩個緯度對太陽能質量進行評估：太陽能豐富程度和太陽能穩(wěn)定程度。

1.太陽能豐富程度?？梢罁?jù)GB/T31155-2014《太陽能資源等級總輻射》中對太陽能資源豐富程度的評估標準進行評估，一個地區(qū)的年輻射總量大于3 780MJ/m2，且年日照時數(shù)大于2 000h，則屬于Ⅲ類及以上太陽能資源區(qū)，在我國Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類資源區(qū)屬于開發(fā)利用太陽能資源的重點區(qū)域，這類地區(qū)占我國總面積4/5以上。而Ⅳ類地區(qū)的太陽能資源較差，特定情況下也有一定的利用價值。

2.太陽能穩(wěn)定程度。一年中總輻射年變化的穩(wěn)定度可用各月總輻射量（月平均日輻射量）的最小值與最大值的比值來表征，其數(shù)值介于0—1之間，越接近1越穩(wěn)定。

二、氣象因素

地表接收的太陽輻射受經(jīng)度、維度、海拔、季節(jié)、氣候、空氣質量、環(huán)境等因素影響，存在較大差別。在太陽輻射由高層大氣向地球表面?zhèn)鬟f的過程中，經(jīng)由大氣層的吸收和散射，太陽輻射會減弱，其衰減程度與多種因素有關（云量、云狀、云厚、水汽、氣溶膠、相對濕度、風速、風向、氣溫等），因此地表輻照度小于該地對應的地外輻照度（徐振興等，2016）。因此，光伏發(fā)電具有明顯的日變化、季節(jié)變化，以及不連續(xù)性和不確定性，受氣象因素影響明顯。其中，與光伏發(fā)電聯(lián)系緊密的最主要的影響因素為云層情況、溫度和相對濕度。

第一，云層。云對太陽輻射有兩方面的影響：一方面，云會減小直接輻射，云層和較大顆粒的塵埃能將太陽輻射中的一部分能量反射回大氣外空間，其中云的反射起主要作用。當太陽輻射遇到云層時，部分或大部分被反射。云的反射率隨云的形狀和厚度而變化，云越厚，反射率越強。另一方面，云會增大散射輻射。由于一般情況下直接輻射在總輻射中所占的比例較大，所以云對太陽輻射總的作用是總輻射隨云量的增多而減小。

第二，溫度。光伏組件發(fā)電量與環(huán)境溫度密切相關。這種影響主要來自以下兩個方面：首先，光伏組件的溫度隨環(huán)境溫度的升高而升高，開路電壓降低。當溫度在20℃～100℃之間升高時，溫度每升高1℃，電壓降低約2mV，但同時電流約增加0.1mA。其次，溫度達到25℃以上后，對于多數(shù)晶體硅電池板，溫度每上升1℃，電池板的輸出功率要下降0.33%～0.4%。也就是說，溫度每升高1℃，則光伏發(fā)電量近似減少0.35%。因此，項目地若出現(xiàn)溫度過高的天氣，會影響整個電站的發(fā)電效率。

第三，相對濕度。相對濕度對光伏發(fā)電量存在負向影響。在相同的季節(jié)和天氣類型下，太陽能電池組件溫度與環(huán)境溫度一致時，相對濕度增大，光伏電站發(fā)電量會隨之減小。其原因有二：首先，由于相對濕度增大，大氣中的光衰減強度增大;其次，由于相對濕度會影響光伏組件的熱傳導效應，使其散熱能力降低。這兩個因素的直接后果將導致光伏組件的光強降低和溫度升高，從而影響光伏發(fā)電。

三、自然資源及環(huán)境因素

第一，地理緯度。地理緯度的高度會影響太陽高度角，進而影響太陽輻射強度。當太陽高度角為90°時，此時太陽輻射強度最大;當太陽斜射地面時，太陽輻射強度就小。太陽高度角隨著太陽赤緯、地理緯度和地方時的變化而變化。一般而言，緯度越高其太陽高度角就越小，反之緯度越低太陽高度角就越大。同時，太陽高度角越大，太陽輻射強度越大，反之太陽高度角越小，太陽輻射強度就越弱。

第二，地形地貌。地形地貌因素主要對光伏發(fā)電項目的前期建設以及后期運營維護產(chǎn)生較大影響。一般而言，光伏陣列占地面積巨大，光伏發(fā)電站應盡量選擇開闊且平整的地區(qū)，這既有利于大規(guī)模發(fā)展，又有利于光伏組件設備的運輸、安裝和維護，降低工程施工難度，控制工程的投資成本。

第三，地質構造。地質構造是工程施工需考慮的最基本的地質因素，地層的巖性包括其成因、產(chǎn)狀、風化特征、成巖特征、變質程度、軟弱夾層和接觸帶等性質。地質構造包括褶皺、斷層和節(jié)理的分布、特征等。準確測量評估地質構造，并根據(jù)情況制定施工方案，有助于保證光伏電站的安全性和穩(wěn)定性。

第四，地表情況。地表情況主要包括滑坡、風沙、泥石流、河流侵蝕和沉積等，與光伏電站施工區(qū)的地形、氣候、構造、地下水和地表水等密切相關，對評價施工區(qū)的穩(wěn)定性具有重要意義，同樣不可忽視。

第五，土地性質。光伏電站用地有著明確的要求，必須屬于國家允許建設的光伏電站用地，且產(chǎn)權清晰，土地出讓價格較低（或國有未用地，無地租），土地性質決定了項目能否開工。根據(jù)國家有關政策，光伏發(fā)電用地不得占用農(nóng)用地，禁止以任何方式占用永久性基本農(nóng)田，可使用未利用地，嚴禁在國家有關法律、法規(guī)和計劃明確禁止的區(qū)域內進行施工。因此，在光伏電站選址布局時應首先在國土局和林業(yè)部門明確用地范圍。

四、行業(yè)保障因素

第一，接入電網(wǎng)因素。一是接入距離。光伏電站選址要考慮成入網(wǎng)接入距離，應盡量靠近電網(wǎng)，盡量縮短輸電線路，減少對輸電工程的投資，降低電能輸送損耗。光伏電站一般位于相對偏遠的地區(qū)。接入距離直接影響傳輸成本，距離越長則成本越高，接入距離一般不超過10公里，否則會增加施工成本。第二，接入條件。光伏電站項目的電力輸送工程的建設投資應由項目所在地的省級電網(wǎng)企業(yè)負責。上輸電線路以及配套的匯集站是由當?shù)厥〖夒娋W(wǎng)企業(yè)負責的，這部分成本不得由光伏項目投資企業(yè)來承擔，因此進行光伏電站項目選址時還需考察當?shù)嘏涮椎慕尤霔l件。第三，接入難度。光伏電站到接入電網(wǎng)之間的地形復雜性將影響光伏發(fā)電并網(wǎng)接入難度。如果此段地形較為平坦，利于建材運輸以及施工安裝，則接入難度較小，接入成本較低。反之，如果此段地勢變化劇烈，地形復雜，則接入難度就會變大，并相應增加接入成本，從而影響整體光伏發(fā)電項目成本。

第二，電網(wǎng)容量。光伏發(fā)電項目選址需考慮當?shù)仉娋W(wǎng)的現(xiàn)有容量、可容納光伏發(fā)電的最大容量，以及光伏電站的并網(wǎng)規(guī)模是否匹配等問題。上網(wǎng)穩(wěn)定性也是光伏電站建設中應當考慮的問題，由于光伏電站輸出電能質量受太陽光照影響，輸出具有波動性，這會對電網(wǎng)造成沖擊，影響電網(wǎng)的系統(tǒng)頻率和負荷潮流，因此應考慮電網(wǎng)容量和穩(wěn)定性。

第三，上網(wǎng)電價。從投入產(chǎn)出角度分析，上網(wǎng)電價是產(chǎn)出端的重要參數(shù)，在電能產(chǎn)量既定情況下，電價提高即增加了光伏電站的產(chǎn)出，上網(wǎng)電價作為光伏發(fā)電項目收益的直接影響因素，是投資者普遍關注的重要問題，上網(wǎng)電價的高低直接關系到光伏發(fā)電項目的效益，決定著項目的盈利程度。一般情況下，擬建區(qū)域的基準上網(wǎng)價格是固定的，而當?shù)氐碾妰r補貼、稅收優(yōu)惠和招標制度（如競價上網(wǎng)）間接影響了上網(wǎng)價格。項目補貼和稅收優(yōu)惠越多，相當于上網(wǎng)電價隱性升高，而項目實施競價上網(wǎng)招標則會間接降低上網(wǎng)電價。因此，電價因素受政策影響較大，光伏發(fā)電項目選址應盡可能選擇當?shù)仉妰r政策對光伏電站投資有利的地區(qū)，選址決策階段應該充分了解各地的電價以及相關政策，以保證項目收益。

第四，道路交通條件。光伏發(fā)電項目選址需考慮基本的交通保障，交通條件便利，有利于降低光伏電站的工程建設成本。通常而言，項目所在地位于郊區(qū)或荒山，交通條件較差，而電站建設過程中需要運輸大量設備，因此，如果選址布局未考慮到擬建地周邊道路交通條件，現(xiàn)有道路無法滿足運輸條件，將增加建設成本進而影響項目收益。

五、社會經(jīng)濟因素

第一，經(jīng)濟發(fā)展程度。從供給需求角度來看，宏觀經(jīng)濟運行形勢影響當?shù)禺a(chǎn)業(yè)發(fā)展。經(jīng)濟發(fā)展程度較高的地區(qū)，往往用電壓力較大，對電力的需求普遍較高，光伏發(fā)電項目能夠為現(xiàn)有發(fā)電系統(tǒng)做出補充，緩解用電壓力，支撐經(jīng)濟穩(wěn)步良好運行。同樣，經(jīng)濟發(fā)展程度較高的地區(qū)，其對電力的需求量則越大，對光伏發(fā)電項目的開展運營會起到良性促進作用。

第二，工業(yè)發(fā)達程度。不同產(chǎn)業(yè)對電力的需求存在一定差異。一般情況下，第二產(chǎn)業(yè)對電力的需求規(guī)模較大，而第一和第三產(chǎn)業(yè)對電力的需求相對較?。◤埍?015）。因此，一個地區(qū)電力需求跟第二產(chǎn)業(yè)的比重具有緊密的正相關關系。地區(qū)工業(yè)發(fā)達程度直接影響工業(yè)用電量，同時工業(yè)用電量更是大家判斷經(jīng)濟形勢的一個重要依據(jù)，工業(yè)越發(fā)達的地區(qū)，對電力的需求則越大，需求拉動供給。理論而言，光伏發(fā)電項目較為適宜在工業(yè)發(fā)達的地區(qū)開展，這不僅能為當?shù)匕l(fā)達的工業(yè)提供電力支持，同時光伏電站的建設可以帶動當?shù)氐慕?jīng)濟增長和就業(yè)。

第三，電量消納能力。電力消納水平是體現(xiàn)電力需求的直接指標，電力消納規(guī)模大，意味著光伏電站建設具有較強的市場支撐力度。電力消納能力主要包括城鄉(xiāng)居民生活用電量和生產(chǎn)用電量。光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)，增加地區(qū)電量儲備，為地區(qū)整體經(jīng)濟運行和居民生活發(fā)展提供電力補充，全社會用電量較多，電量消納能力較強的地區(qū)有利于光伏發(fā)電項目的開展與可持續(xù)運營。

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