蒲軍軍 邢 穎

上海市節(jié)能減排中心有限公司

0 引言

“十二五”以來(lái)，本市光伏發(fā)電進(jìn)入加速發(fā)展期，關(guān)鍵設(shè)備成本迅速下降，財(cái)政補(bǔ)貼持續(xù)支持，項(xiàng)目裝機(jī)規(guī)模明顯增加?！渡虾Ｊ心茉窗l(fā)展“十三五”規(guī)劃》中提出“大力發(fā)展分布式光伏”的要求，并提出“到2020 年全市新增光伏裝機(jī)50 萬(wàn)kW，總裝機(jī)達(dá)到80萬(wàn)kW”的目標(biāo)。同時(shí)，規(guī)劃中還提出非化石能源占一次能源消費(fèi)比重、本地非化石能源占一次能源消費(fèi)比重、本地可再生能源發(fā)電裝機(jī)比重等幾項(xiàng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化指標(biāo)，應(yīng)分別達(dá)到14%、1.5%和10%左右，要完成上述結(jié)構(gòu)優(yōu)化指標(biāo)，考慮到“十三五”期間由于崇明生態(tài)島建設(shè)，風(fēng)電建設(shè)受阻，發(fā)展速度明顯低于預(yù)期，因此光伏還需在現(xiàn)有基礎(chǔ)上進(jìn)一步加大發(fā)展。但與此同時(shí)，原作為光伏發(fā)展主力的屋頂資源較為稀缺，有必要?jiǎng)?chuàng)新利用市政領(lǐng)域、農(nóng)業(yè)設(shè)施、建筑立面等發(fā)展光伏[1][2]。

1 本市分布式光伏發(fā)展情況分析

本市光伏于2016-2019年持續(xù)快速增長(zhǎng)，截至2019年底，本市光伏發(fā)電項(xiàng)目總裝機(jī)容量已超100萬(wàn)kW。本市光伏開(kāi)發(fā)建設(shè)呈以下主要特點(diǎn)[3][4]：一是項(xiàng)目類型以屋頂分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目為主，地面光伏電站項(xiàng)目數(shù)量較少；二是單個(gè)項(xiàng)目規(guī)模日趨減小，個(gè)數(shù)急劇增加，總體規(guī)模新增量逐年遞增；三是項(xiàng)目并網(wǎng)模式多為自發(fā)自用余電上網(wǎng)，且項(xiàng)目自發(fā)自用比例總體較高；四是光伏設(shè)備多采用常規(guī)設(shè)備，但建設(shè)方式較為多樣，具有一定的創(chuàng)新性；五是光伏項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益在資金補(bǔ)貼支持下明顯改善，且項(xiàng)目融資渠道多樣。

隨著分布式光伏補(bǔ)貼逐年退坡、光伏發(fā)電建設(shè)成本下降、分布式光伏逐步開(kāi)放就近消納和就近交易等發(fā)展新形勢(shì)的出現(xiàn)，本市光伏發(fā)展仍然存在場(chǎng)地資源緊張、落實(shí)難度加大、項(xiàng)目投融資困難等問(wèn)題，這在一定程度上制約著光伏發(fā)電項(xiàng)目的發(fā)展[5]。

2 光伏依托領(lǐng)域創(chuàng)新研究

根據(jù)《國(guó)務(wù)院關(guān)于上海市城市總體規(guī)劃的批復(fù)》（國(guó)函〔2017〕147號(hào)）中的相關(guān)要求，“本市應(yīng)嚴(yán)格控制城市規(guī)模，堅(jiān)持節(jié)約和集約利用土地，嚴(yán)格控制新建建設(shè)用地，加大存量用地挖潛力度”，預(yù)計(jì)本市未來(lái)可用于光伏建設(shè)的屋頂資源有限，需進(jìn)一步挖掘存量資源，并創(chuàng)新開(kāi)拓建設(shè)領(lǐng)域及建設(shè)模式，以擴(kuò)大光伏發(fā)展空間[6]～[8]。

2.1 市政設(shè)施+光伏

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

1）自來(lái)水廠及泵站

（1）結(jié)合本市已建或新建自來(lái)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(shè)固定式的水上光伏系統(tǒng)，在加藥間、泵房等工藝車間屋面建設(shè)光伏系統(tǒng)，光伏項(xiàng)目應(yīng)根據(jù)水廠用電情況確定采用自發(fā)自用余電上網(wǎng)或全額上網(wǎng)的并網(wǎng)模式；

（2）水庫(kù)泵站工程與自來(lái)水廠類似，結(jié)合已建或新建水庫(kù)泵站工程，在清水庫(kù)上方建設(shè)固定式的水上光伏系統(tǒng)，在泵房、次氯酸鈉加注間、辦公用房等屋面建設(shè)光伏系統(tǒng)，并網(wǎng)方式根據(jù)項(xiàng)目規(guī)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(xù)開(kāi)展提標(biāo)改造工程，對(duì)部分處理設(shè)施加蓋，可結(jié)合此類改造工程開(kāi)展光伏發(fā)電項(xiàng)目的建設(shè)，如在沉淀池、曝氣池等非腐蝕性工藝池（露天）上方建設(shè)固定式的水上光伏系統(tǒng)，在濾膜車間、加藥間、泵房等工藝車間屋面建設(shè)光伏項(xiàng)目；污泥處理廠應(yīng)選擇非地下建筑的處理廠進(jìn)行結(jié)合建設(shè)，結(jié)合規(guī)劃新建工程在其工藝車間、污泥儲(chǔ)存?zhèn)}、儲(chǔ)泥池等建設(shè)光伏項(xiàng)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(fā)自用余電上網(wǎng)的并網(wǎng)模式[9]。

2.2 農(nóng)業(yè)領(lǐng)域+光伏

參照江蘇省和浙江省已開(kāi)展的“光伏+農(nóng)業(yè)”的復(fù)合型光伏項(xiàng)目，本市可結(jié)合部分農(nóng)業(yè)設(shè)施實(shí)施“光伏+農(nóng)業(yè)”項(xiàng)目。

本市第三次農(nóng)業(yè)普查公布的主要數(shù)據(jù)顯示，截至2016 年底，本市設(shè)施農(nóng)業(yè)中，溫室占地面積約618萬(wàn)m2、大棚占地面積約13 300萬(wàn)m2、漁業(yè)養(yǎng)殖用房面積約40萬(wàn)m2，考慮溫室或大棚的性質(zhì)（是否為永久溫室或大棚）、結(jié)構(gòu)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(kāi)發(fā)利用率按10%和1%計(jì)，漁業(yè)養(yǎng)殖用房屋頂?shù)睦寐拾?5%計(jì)，則有約200 萬(wàn)m2的利用面積，具有巨大的潛力。

目前，青浦區(qū)已有一個(gè)光伏+漁業(yè)養(yǎng)殖（設(shè)施農(nóng)業(yè)）的復(fù)合類項(xiàng)目建成并網(wǎng)，由于該項(xiàng)目為槽式養(yǎng)殖，需電力保持水溫及含氧量，電耗較大，項(xiàng)目采用自發(fā)自用余電上網(wǎng)的并網(wǎng)模式[10]?！肮夥?農(nóng)業(yè)”主要開(kāi)發(fā)模式如下：

1）種植業(yè)+光伏

（1）菌菇養(yǎng)殖+光伏：菌菇生長(zhǎng)喜陰喜濕，一般菌菇安排在室內(nèi)養(yǎng)殖。結(jié)合出菇房建設(shè)光伏發(fā)電項(xiàng)目，采用光電建筑一體化的建設(shè)形式建設(shè)光伏出菇房，更利于發(fā)揮遮光、保濕作用，利于養(yǎng)殖。

（2）花卉養(yǎng)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(yáng)光大棚中養(yǎng)殖。將原有大棚改造為光伏透光大棚，大棚頂部根據(jù)花卉需陽(yáng)光程度，選擇具有一定透光性的組件，保障花卉的正常生長(zhǎng)。

2）養(yǎng)殖業(yè)+光伏

本市養(yǎng)殖業(yè)體量較小，僅在本市郊區(qū)建設(shè)有部分大型養(yǎng)?；亍B(yǎng)雞場(chǎng)或漁業(yè)養(yǎng)殖（設(shè)施農(nóng)業(yè)）基地（如崇明光明養(yǎng)殖基地）等，且均建有牛舍、豬舍、雞舍等構(gòu)筑物，可依托該類構(gòu)筑物，建設(shè)屋面光伏，并根據(jù)光伏裝機(jī)容量及養(yǎng)殖基地用電量明確項(xiàng)目并網(wǎng)模式。

3）農(nóng)業(yè)休閑觀光+光伏

本市青浦、金山、崇明等區(qū)均在發(fā)展農(nóng)業(yè)休閑旅游業(yè)，可結(jié)合農(nóng)業(yè)觀光中的采摘大棚、景觀建筑等建設(shè)光伏項(xiàng)目，將光伏發(fā)電項(xiàng)目融入農(nóng)業(yè)景觀，并將光伏所發(fā)電量用于農(nóng)業(yè)休閑觀光設(shè)施。

2.3 交通運(yùn)輸+光伏

隨著我國(guó)光伏行業(yè)的發(fā)展，結(jié)合道路等交通設(shè)施發(fā)展光伏等創(chuàng)新的跨行業(yè)結(jié)合方式層出不窮，上海作為全國(guó)路網(wǎng)最為密集的地區(qū)之一，高速公路及高架道路的長(zhǎng)度也是在全國(guó)數(shù)一數(shù)二，資源量巨大，光伏與交通運(yùn)輸行業(yè)的結(jié)合也將是本市光伏發(fā)展值得探索的方向。主要開(kāi)發(fā)方式如下：

1）交通設(shè)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(nèi)環(huán)、中環(huán)、外環(huán)、南北高架、延安路高架等市區(qū)范圍的高架道路長(zhǎng)度已約250 km，屏障高約2～3m，考慮周邊遮擋及承重問(wèn)題，如利用率能夠達(dá)到10%，則有約7.5 萬(wàn)m2的利用面積，可探索結(jié)合聲音屏障更換或改造的機(jī)會(huì)，實(shí)施光伏組件的改造，用光伏組件來(lái)代替原聲音屏障材料或在聲音屏障上建設(shè)光伏發(fā)電項(xiàng)目。但該種方式涉及交通安全，應(yīng)做深入的安全論證后，再小范圍試點(diǎn)。

（2）公交站點(diǎn)或地鐵輕軌站點(diǎn)+光伏

本市公交及地鐵線路網(wǎng)絡(luò)密集，站點(diǎn)眾多，可結(jié)合有條件的公交車站站點(diǎn)候車棚或地面軌道交通站點(diǎn)屋頂建設(shè)小型的分布式光伏項(xiàng)目，所發(fā)電量供候車棚或軌交站點(diǎn)使用。經(jīng)初步統(tǒng)計(jì)，結(jié)合3 號(hào)線、5號(hào)線、16號(hào)線、17號(hào)線等，共計(jì)63個(gè)地面或高架地鐵站點(diǎn)車棚可建設(shè)分布式光伏項(xiàng)目。

（3）停車場(chǎng)+光伏

本市一般公園、旅游景區(qū)等均配套地面停車場(chǎng)，部分大型商超也配套建設(shè)有屋面停車場(chǎng)，同時(shí)還擁有P+R地面停車場(chǎng)、公交場(chǎng)站停車場(chǎng)等大量停車場(chǎng)資源，應(yīng)結(jié)合有條件的停車場(chǎng)資源，建設(shè)光伏發(fā)電項(xiàng)目。由于公園、旅游景區(qū)等用電量較小，并網(wǎng)模式可考慮采用全額上網(wǎng)模式，商超等用電量較大，可考慮自發(fā)自用余電上網(wǎng)的并網(wǎng)模式。其中，在停車場(chǎng)建設(shè)光伏發(fā)電項(xiàng)目主要形式為光伏車棚，可在不影響原有場(chǎng)地功能的情況下，建設(shè)光伏發(fā)電項(xiàng)目。同時(shí)，光伏組件具有較好的吸熱性，能夠緩解露天停車場(chǎng)夏季車輛暴曬車內(nèi)高溫的問(wèn)題。

2）交通樞紐+光伏

（1）機(jī)場(chǎng)或火車站+光伏

本市已在虹橋火車站（停車棚）、虹橋機(jī)場(chǎng)、浦東機(jī)場(chǎng)等多個(gè)交通樞紐建有光伏項(xiàng)目，上?；疖囌?、虹橋火車站（候車大樓）等仍具有開(kāi)發(fā)建設(shè)分布式光伏系統(tǒng)的較大潛力。同時(shí)，結(jié)合本市正在規(guī)劃的高鐵東站，在其規(guī)劃階段即應(yīng)將光伏項(xiàng)目融入構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)中，應(yīng)具有較大的發(fā)展規(guī)模。

（2）港口+光伏

上海作為沿江沿海城市，航運(yùn)業(yè)較為發(fā)達(dá)，沿江沿海有多個(gè)貨運(yùn)港口，并配套有多家物流公司。其中貨運(yùn)港口擁有大面積屋頂或堆場(chǎng)資源，且周邊均無(wú)大面積遮擋，較為適合開(kāi)發(fā)建設(shè)光伏項(xiàng)目。如上海海通汽車碼頭有限公司不僅擁有超過(guò)10萬(wàn)m2的屋頂資源，還擁有超過(guò)40萬(wàn)m2的汽車堆場(chǎng)資源，可用于建設(shè)屋頂分布式光伏項(xiàng)目或光伏車棚項(xiàng)目，初步預(yù)計(jì)可建設(shè)光伏項(xiàng)目約30 MW。

3 建設(shè)方式創(chuàng)新研究

3.1 立面光伏

本市中心城區(qū)以商業(yè)辦公等高層建筑為主。而近年來(lái)，隨著光伏組件技術(shù)的進(jìn)步，建材型組件、發(fā)電玻璃等產(chǎn)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(diǎn)示范項(xiàng)目，無(wú)大范圍的應(yīng)用。

1）立面光伏建設(shè)形式

立面光伏建設(shè)形式分為分離式和一體化兩種。分離式形式僅作為發(fā)電系統(tǒng)，不作為建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)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(dú)架設(shè)支架，支架連接在建筑主體結(jié)構(gòu)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(dú)立結(jié)構(gòu)，需考慮建筑承重、剛度、穩(wěn)定性及變形能力等進(jìn)行專業(yè)設(shè)計(jì)（見(jiàn)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(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)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(fā)電系統(tǒng)，又作為建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的一部分，應(yīng)與新建建筑幕墻一同設(shè)計(jì)建設(shè)或與已建建筑的外立面一同改造，組件可根據(jù)建筑業(yè)主的透光要求選擇不透光或透光型組件，并可根據(jù)景觀要求選擇晶硅組件、薄膜組件等（見(jiàn)圖2）。

圖2 一體式立面光伏示意圖

2）規(guī)模及并網(wǎng)模式

立面光伏建設(shè)規(guī)模與建筑立面息息相關(guān)，同時(shí)由于西側(cè)及北側(cè)立面普遍遮擋面積較大，故應(yīng)主要考慮依靠建筑南側(cè)立面建設(shè)光伏項(xiàng)目（如采用弱光性能較好的薄膜組件，也可考慮在東、西兩側(cè)建設(shè)）。同時(shí)，本市由于土地資源緊張，建筑間距相對(duì)較小，立面光伏建設(shè)還應(yīng)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(xiàng)目一般規(guī)模不大，以幾十至幾百kW 為主。由于立面光伏均依托工商業(yè)建筑立面，用戶用電一般較為穩(wěn)定，且項(xiàng)目規(guī)模均普遍偏小，所以立面光伏項(xiàng)目應(yīng)主要自發(fā)自用。

3）立面光伏發(fā)展的難點(diǎn)

（1）立面光伏由于建設(shè)方式與普通光伏項(xiàng)目建設(shè)方式的不同，更應(yīng)注意其結(jié)構(gòu)或者支架等的專業(yè)設(shè)計(jì)、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(yùn)維安全等一系列因素，這就要求立面光伏投資或建設(shè)單位不僅需要具有新能源開(kāi)發(fā)方面的經(jīng)驗(yàn)，還需要有玻璃幕墻建設(shè)的專業(yè)經(jīng)驗(yàn)，以確保項(xiàng)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(shí)期內(nèi)，本市較難出現(xiàn)大量需要做外立面改造的建筑，但隨著時(shí)間的推移，資源將逐漸出現(xiàn)。

3.2 遷移式光伏

本市有部分工業(yè)企業(yè)廠區(qū)內(nèi)有較大面積的待開(kāi)發(fā)的工業(yè)空地，但由于無(wú)法明確何時(shí)擴(kuò)建廠房或開(kāi)發(fā)，故多數(shù)工業(yè)企業(yè)不愿將空地拿出做光伏發(fā)電項(xiàng)目；光伏開(kāi)發(fā)單位也擔(dān)心土地空閑時(shí)間不定影響項(xiàng)目收益，導(dǎo)致投資積極性不高。為充分利用這些暫時(shí)閑置的工業(yè)用地，可結(jié)合空地建設(shè)遷移式光伏發(fā)電項(xiàng)目，在工業(yè)用地閑置時(shí)，可將光伏發(fā)電項(xiàng)目建設(shè)在地面上，當(dāng)該地塊啟動(dòng)開(kāi)發(fā)后，可結(jié)合開(kāi)發(fā)進(jìn)度同步將光伏發(fā)電項(xiàng)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(xiàng)目宜結(jié)合在工業(yè)園區(qū)或工業(yè)廠區(qū)等土地權(quán)屬較為清晰的場(chǎng)地內(nèi)建設(shè)，對(duì)于留白地區(qū)應(yīng)謹(jǐn)慎考慮實(shí)施，且項(xiàng)目并網(wǎng)方式應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目裝機(jī)與用戶用電量的匹配程度及項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性符合考慮。由于項(xiàng)目為遷移式項(xiàng)目，電力接入系統(tǒng)及線路也應(yīng)考慮便于項(xiàng)目移動(dòng)，同時(shí)，項(xiàng)目移動(dòng)或搬遷須選擇原廠址臨近地區(qū)，以充分利用市政電網(wǎng)為搬遷前該項(xiàng)目接入所建設(shè)的設(shè)施資源，對(duì)于全額上網(wǎng)的電站項(xiàng)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(xiàng)目遷建后，可能導(dǎo)致接入系統(tǒng)投資浪費(fèi)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合當(dāng)前建筑資源緊張的情況，提出以市政設(shè)施、農(nóng)業(yè)及交通設(shè)施等領(lǐng)域?yàn)橥黄泣c(diǎn)，實(shí)現(xiàn)光伏依托領(lǐng)域的創(chuàng)新。依托自來(lái)水廠和污水處理廠等市政設(shè)施的模式，需論證光伏系統(tǒng)的建設(shè)是否會(huì)影響凈水水質(zhì)及正常生產(chǎn)等問(wèn)題；依托種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)、農(nóng)業(yè)休閑光伏等農(nóng)業(yè)設(shè)施的模式，需明確依托場(chǎng)地的土地性質(zhì)，并論證光伏發(fā)電項(xiàng)目的建設(shè)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響程度；依托高架橋、公交站點(diǎn)、停車場(chǎng)、機(jī)場(chǎng)、火車站或者港口等交通運(yùn)輸領(lǐng)域，因線路過(guò)長(zhǎng)、光伏裝機(jī)分布零散、電力接入線路過(guò)長(zhǎng)，需進(jìn)一步論證電力接入條件。建設(shè)方式創(chuàng)新主要分析了立面光伏、遷移式光伏兩種光伏建設(shè)模式，立面光伏本市潛在資源較大，但建設(shè)需考慮支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、建筑承載能力、光反射污染、后期運(yùn)維等一系列問(wèn)題，對(duì)光伏建設(shè)單位存在一定的挑戰(zhàn)。