探索：光伏发电空间布局规划

根据国家太阳能发电发展十二五规划，到2020年，分布式光伏规划装机容量2700万kW，地面光伏电站规划装机容量2000万kW。规划推荐分布式光伏重点建设在中东部地区城镇工业园区、经济开发区、大型公共设施等建筑屋顶，地面光伏电站重点建设在青海、甘肃、新疆、内蒙古、西藏、宁夏、陕西、云南，以及华北、东北的部分适宜地区。

近年来光伏发电快速发展，分布式光伏由于容量小、就地消纳为主的特点，对电网影响较小，接入电网简单；地面光伏电站由于容量大、就地消纳相对困难，接入电网复杂。本文考虑东部地区的光伏发电规划，基于能源利用效率考虑，应当优先发展分布式光伏发电项目，首先通过区块划分、屋顶资源预测，结合相关模型和数据预测出分布式光伏容量的空间分布，然后通过极限渗透率预测出区域可开放的光伏发电容量，进而推算出地面光伏电站的容量上限及空间布局。

1光伏发电空间布局规划的原则与方法

进行光伏发电空间布局规划，首先通过屋顶资源、土地及水域资源等要素的现状调查和分析，预判可建设分布式光伏和地面光伏电站的落点；然后按照空间负荷和屋顶等资源的预测，结合不同发展阶段的渗透率选择，测算各规划水平年分布式光伏和地面光伏电站的空间布局。

1.1光伏发电项目分类

光伏发电项目主要有分布式光伏、地面光伏电站。目前分布式光伏项目主要利用光伏面板在屋顶建设，也可以通过光伏薄膜、大楼玻璃幕墙等方式按照建筑一体化建设。但由于造价等原因，屋顶光伏仍为分布式光伏的主要利用方式。

分布式光伏发电主要以就地消纳部分电量、余量上网的方式，也可选择全额上网或者全部自用的方式。对于东部地区，地面光伏电站项目，目前主要利用地面、湖泊、鱼塘、农业大棚等方式建设，发电量主要是全额上网的方式。

1.2空间划分原则

根据国家能源局《光伏电站项目管理暂行办法》要求，光伏发电项目以统筹规划、合理布局、就近接入、当地消纳为应用原则，为满足就近、当地势必对

空间进行划分，且空间划分越细，对于实施越有利。在项目审批及消纳测算上，按照乡镇、村等进行空间划分，并以此为单位进行光伏装机容量预测可行性较强。结合开展的光伏发电应用示范小镇的工作、基础数据情况和光伏项目上报流程，推荐以乡镇、街道为单位进行空间分布规划。

1.3光伏装机容量计算原则

光伏装机容量预测模型主要是通过对地面或者屋顶面积的统计和预测，结合当地光伏电站建设的特性计算出有效光伏使用面积，从而计算出光伏装机容量。

光伏装机容量预测模型：

光伏装机容量空间分布预测主要流程是通过分区域屋顶资源的计算，预测出分布式光伏容量，再通过渗透率的分析，得出区域可开放的光伏总容量上限，从而推算出各乡镇、街道的地面光伏电站容量。

2分布式光伏空间布局规划

2.1屋顶资源预测

充分利用具备条件的建筑屋顶（含附属空闲场地）资源，重点考虑屋顶面积大、用电负荷大、电网供电价格高的开发区和大型工商企业率先开展光伏发电应用。屋顶的来源有工业厂房、商业建筑、医院等公建设施、行政办公楼及居民住宅等。

其中， 效益最大是商业建筑，但是单体面积小、协调量大；行政办公楼及居民住宅面积总量最大，但是涉及主体多且协调困难，屋顶可利用面积小。因此，现阶段最推荐的是工业厂房，其次为集中连片的商业建筑或医院， 居民住宅建筑投资困难。因此规划需要统计的主要是可利用的工业屋顶，其次是公建屋顶和连片的商业建筑。

在屋顶资源现状统计数据基础上，通过分析屋顶资源历史数据，建立数学模型，预测规划水平年的屋顶面积。由于分乡镇屋顶面积历史统计数据收集困难，可以通过土地利用规划中建设用地的增长率来简单测算屋顶面积增长。

2.2分布式光伏总装机容量预测

区块（乡镇、街道）的分布式光伏总装机容量可由式（1）进行预测：

根据公式（2）进行计算，可得出各乡镇、街道规划水平年的分布式光伏总装机容量。

3地面光伏电站空间布局规划

3.1渗透率上限分析

光伏发电受天气影响有很大的随机性，随着光伏电源数量的增加与光伏渗透率的提高，配电网系统变得更加复杂。不适当的光伏容量与位置，导致电压波动、越限等问题。文献［4］分析得出由于光伏容量渗透率极限是基于负荷和光照历史数据而计算得到的，光伏容量渗透率极限范围在9%～33%之间具有一定的随机性；分析得出弱电网光伏地面电站穿透功率极限为16.1%。

通过对东部某地区配电网分布式光伏接入仿真计算，根据分布式光伏安装位置不同，极限渗透率为19.5%～30%。一般普遍认为渗透率不能超过30%，光伏发电规划推荐近期按渗透率25%、远景按30%进行上限控制，超过上值的项目，需要进行消纳分析和电能质量分析，或者通过规模整合以更高电压等级上网。

3.2地面光伏电站总装机容量预测

在规划水平年电网规划预测的负荷水平基础上，通过渗透率上限计算出规划水平年的光伏容量（分乡镇），再减去当年分布式光伏容量后得到可开放建设的地面光伏电站容量。

4实例分析

以东部某市各镇光伏容量规划为例进行说明。首先统计屋顶面积，受数据采集限制，规划简化为以统计企业屋顶面积为主，再通过各区域建设用地的增长来预测屋顶面积的增幅。

为便于相关参数的选择，首先将该市各镇域屋顶资源面积按照性质进行分类，分为公共商业性建筑面积、企业建筑面积以及居民用户屋顶面积三类。可利用屋顶面积统计及测算结果如表2。

根据该市各镇电力电量预测（ 见表4 第2 列） ， 以优先发展分布式光伏发电，有序发展地面光伏电站为前提，取光伏渗透率为30%进行计算。可得某市2020年各镇光伏容量规划结果见表4。

此外，以社会效益最优为规划原则，对规划的地面光伏电站项目通过计算电站本体投资、接入电网配套投资、运行费用等来测算项目单位造价，按照单位造价进行项目排序，从而引导项目开发。对于空间可开放容量之外的光伏项目，可以通过大容量以220kV及以上电压等级上网方式进行消纳，或者具体分析当地的实际消纳能力，通过提高电站侧电能质量和补强电网侧等具体措施，解决就地消纳能力。

5结论

光伏发电规划项目受产业政策、气象、土地资源利用等情况的影响较大。通过光伏发电规划的制定，可明确发展方向及目标，提高光伏发电的经济性。通过对光伏发电空间布局规划的研究探索，可简单地确定分布式光伏和地面电站的容量，科学确定光伏发电的应用规模，有效地保障了光伏发电项目的建设。