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光伏研报06:人均光伏世界冠军列支敦士登凭什么超越德国

2020-10-29 16:50
何继江
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六、2050能源愿景和2030能源战略中的光伏

尽管列支敦士登在地理上是一个袖珍小国,但是该国具有细致清晰的中期能源战略和2050年的愿景设想。其所展现的能源规划能力,匹配得上“能源大国”的称号。

6.1  2030年能源战略:人均光伏2.2千瓦

在列支敦士登能源部组织编制的《2030能源战略》报告中对2030年的能源战略目标有清晰的描述。核心目标有三项:

1

与2008年相比能耗降低20%

2

30%可再生能源,其中国内生产17%

3

与1990年相比,减少40%的二氧化碳

光伏是2030年能源战略的主角。按官方测算,仅考虑建筑上的光伏,其资源潜力约150-260吉瓦时(即1.5至2.6亿千瓦时),当地年度发电等效时数大体是按900小时来测算的,光伏的装机量资源潜力约4-7千瓦左右。这项资源测算是2018年进行的。

Sources:Energie Strategie 2030 Vision 2050, Regierung des Fürstentums Liechtenstein

按2030年能源战略规划,如果执行每年增长5兆瓦计划,到2030年,光伏装机总量将达到87兆瓦。列支敦士登人口现为3.8万余人,以约0.5%的很低的速度缓慢增长。2030年人均光伏装机量约在2.2千瓦。目前德国制订的2030年光伏发展目标大约是人均1.2千瓦左右。

列支敦士登的人均光伏指标进一步拉大了与德国的差距。

至2030年,按能源战略规划考虑,光伏主要安装在建筑的屋顶上和南立面上。同时该战略也意识到,停车场作为复合利用土地,有不小的潜力。2030的光伏项目可能会有一些在停车场上,但政府尚未对停车场的光伏资源进行仔细测算。

在农业用地上安装光伏也在考虑和研究之中。其优点是光伏与农业兼顾,在农业中实现了双重用途(Agrosolar)。计算表明,大约1-4km?的面积就足够涵盖列支敦士登未来的预期用电量。但农地光伏目前尚未纳入2030年的能源战略。

该方案提出了人均光伏装机量2.2千瓦的目标,将会出现中午光伏的峰值负荷非常好,是否会产生电力消纳的问题。该报告的研究表明,如果列支敦士登的电力化同步推进(主要是指用空气源热泵的普及实现供暖电气化,以及通过电动汽车实现交通电气化),那么,电力在能源消费中的比重会大幅度上升。在这种情况下,即使没有电力的跨季节储存,光伏电力的消纳基本是问题不大的。

6.2   2050年能源排放减少100%

《2030能源战略》报告中,对列支敦士登2050年的远期能源愿景做了描述。列支敦士登确定依据《巴黎协定(Paris Agreement)》所设定的全球气温增幅尽量限制在1.5℃水平的目标制定能源战略,已经明确了2050年碳中性的目标。2050年的能源目标主要有三方面:

1

能源消耗总量降低40%

2

100%可再生能源。尽可能多地在国内生产,国内自产比率不低于36%

3

能源项目的二氧化碳排放量减少100%,也即实现净零排放

6.3  光伏在2050年情景方案中依然是主角

列支敦士登针对2050年能源规划提出了四种不同的情景方案。四种方案的主角无一例外都是光伏,所不同的是光伏的规模,以及光伏与风电、电储能、跨季节储能的组合方式。

鉴于列支敦士登本身土地资源的局限,风机安装的难度明显大于光伏。在情景规划中可以看到政府在可再生能源中对光伏的倾向,甚至考虑了纯光伏和电池或电池+储存的结合。

Sources:Energie Strategie 2030 Vision 2050, Regierung des Fürstentums Liechtenstein

注:此处“电-电”效率指的是“电-氢-储-电”的电能到电能的过程:用电网多余电力进行电解水制氢,氢气再通过氢燃料电池发电。

Sources:Energie Strategie 2030 Vision 2050, Regierung des Fürstentums Liechtenstein

上图为冬季典型周发电与用电负荷情况,下图为夏季典型周发电与用电负荷情况。

冬季风电发电很好,光伏出力较差,且只在白天发电,光伏在中午的最大出力大体与最大用电负荷相当风光互补后,对储电的要求显得没那么高。

在夏季,光伏出力好,而风电出力差,中午的光伏出力峰值大体是用电负荷峰值的两倍或以上,风光互补后对储电的要求比在冬季要大一些。

该方案从技术而言,对列支敦士登最优,但是由于该国地域狭小,风机选址十分困难,目前在2030年的能源规划中尚没有风电的计划。

这四种情景中,光伏装机量最高的是情景三,人均光伏装机量达到20千瓦,研究方认为这几乎是不可实现的。光伏装机次高的是情景一,人均光伏装机量将达到11千瓦左右。从现在起,每年的光伏装机量需要达到14兆瓦左右。这是光伏发展最极端的可能了。

另两种情景下人均光伏装机量大约是4.5千瓦。

无论是人均光伏4.5千瓦还是11千瓦,目前来看,这很可能是国家层面上发布的2050年光伏发展规划的最高目标。

6.4  能源独立从几个小时开始

在2020年5月10日,列支敦士登的电力系统发生了该国历史上的一个重大事件,正午后的几个小时,列支敦士登国本国发电功率超过了该国用电负荷,也就是说,这几个小时内该国生产的电力满足了电力需求,这是该国历史上首次不需要任何外部能源,完全自给自足地完成了整个国家的电力运作。虽然时间只有几个小时,但非常具有标志性。

这个特殊事件的发生首先是因为新冠疫情的爆发,国家采取了疫情应对措施,工业公司不得不关闭生产,用电负荷大幅下降;第二个原因是当天是周日,用电负荷更低;第三个原因是当天天气十分晴朗,光伏发电出力很好。三重条件使得列支敦士登依靠光伏发电实现了短暂的能源独立。

虽然这几个小时的能源独立对于列支敦士登来说还属于偶发事件,列支敦士登在长久的能源自给自足上还面临很多的挑战,但是,这几个小时的成功经验足以说明,列支敦士登通过大力发展光伏谋求提高能源独立水平的战略已经取得了标志性的重大成果。

列支敦士登这几个小时的成功经验也可以让我们更加坚定了中国依靠960万平方公里的广袤国土上的太阳能和其它可再生能源实现能源独立的信心和决心。

七、总结和评析

1、小国家,大目标。

列支敦士登作为一个地理小国设计了2050年100%可再生能源的大目标,向世界展现了他们推动能源转型的魄力和对国家技术创新能力和国家治理能力的信心。

2、战略目标引领下的光伏发展战略。

因为国土狭小,太阳能成为该国惟一具备大规模发展空间的可再生能源

政府制订了一系列的政策,保障光伏作为主体能源快速发展。

政府在光伏方面的补贴力度之大、政策之稳健非常值得赞尚。

光伏发展的世界冠军的桂冠回报了他们这样的战略和政策设计。

3、建筑装机资源量给全世界提供了参照系。

列支敦士登因为国土过于狭小,光伏装机规模几乎对全球市场不产生影响,但其人均光伏725瓦的光伏全部建在建筑上,这完全可以成为世界各国都能实现的目标;

其2030年靠建筑光伏实现人均2.2千瓦的目标更是给世界各国各个城市制订光伏发展规划起到了灯塔的作用。

其对全部建筑资源测算得到的人均4-7千瓦的光伏装机资源量给世界各国的建筑光伏资源量给出了重要参照。

4、发展建筑光伏的强大的支撑体系。

列支敦士登的光伏全部位于建筑上,建筑光伏的高覆盖率是该国光伏的最核心的特点之一。每人一千瓦光伏研报5指出德国有近40%的光伏电站位于耕地或道路侧土地上。列支敦士登的人均光伏装机水平高于德国,可以推测,列支敦士登的屋顶安装光伏的比率是明显高于德国的。列支敦士登人口密度约为240人每平方公里,比德国略高一点。如果两国人均建筑面积大体相当,那么,列支敦士登的屋顶安装光伏的比率有可能是德国的2倍。

列支敦士登对全国每一幢建筑的屋顶进行了光伏装机资源的测算,实现了全国建筑光伏装机资源的数字化、可视化。

5、列支敦士登的人均光伏世界冠军有可能长期保持。

以现有战略推断,列支敦士登很可能直保持自2015年人均光伏第一的领先位置,并继续领跑创造新的记录。若是能够顺利进行每年增加5MW的规划目标,那么在三年内就能率先打破“每人一千瓦”的记录。并在2030年有可能成为世界上首个人均光伏超过2千瓦的国家。

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