風(fēng)電、光伏正在從補充能源向替代能源邁進(jìn),在人類以可再生能源取代傳統(tǒng)化石能源的歷史性轉(zhuǎn)折中發(fā)揮重要作用。那么,風(fēng)電、光伏能否擔(dān)當(dāng)起這個重任呢?
從眼下看,風(fēng)電、光伏的發(fā)展主要受到政策導(dǎo)向、電網(wǎng)制約、觀念束縛等因素影響,發(fā)展速度取決于上述條件。但從長遠(yuǎn)看,在根本上還是取決于風(fēng)電、光伏的資源蘊藏量,更直接的是在技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理前提下的可開發(fā)量。可開發(fā)量的大小是決定風(fēng)電、光伏在未來能源構(gòu)成中所占地位的最根本條件。
資源條件分析
以風(fēng)能為例,中國風(fēng)能資源可開發(fā)量的大小迄今還是一個尚在不斷加深認(rèn)識中的問題。在上世紀(jì)九十年代前,權(quán)威的說法是我國陸地10m 高度風(fēng)能資源理論儲量為32.26億千瓦,技術(shù)可開發(fā)量為2.53 億千瓦,后來經(jīng)過三次風(fēng)能資源普查,上述兩數(shù)字調(diào)整為43.5 億千瓦和2.97 億千瓦。
2005 年聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署的研究結(jié)果認(rèn)為,中國陸地離地面50m 高度風(fēng)能資源技術(shù)可開發(fā)量可達(dá)14 億千瓦;2006年中國國家氣候中心的評價結(jié)果是:在不考慮青藏高原的情況下,全國陸地離地面10m 高度風(fēng)能資源技術(shù)可開發(fā)量為25.48 億千瓦。中國工程院提出:我國陸地風(fēng)能技術(shù)可開發(fā)量底線為3 億千瓦,可能達(dá)到14 億千瓦。2014 年12 月,中國、丹麥可再生能源發(fā)展項目發(fā)布《中國可再生能源發(fā)展路線圖2050》報告認(rèn)為,我國風(fēng)能資源潛力在30 億千瓦以上,在現(xiàn)有風(fēng)電技術(shù)條件下,足夠支撐20 億千瓦以上風(fēng)電裝機。
迄今為止最樂觀的數(shù)據(jù)為中國氣象局風(fēng)能太陽能資源中心2014 年公布的全國風(fēng)能資源評估成果:我國陸地70m高度風(fēng)功率密度達(dá)到150W/m2 以上的風(fēng)能資源技術(shù)可開發(fā)量為72 億千瓦,達(dá)到200W/m2 以上的風(fēng)能資源技術(shù)可開發(fā)量為50 億千瓦;同時推算出80m 高度風(fēng)功率密度達(dá)到150W/m2 以上的風(fēng)能資源技術(shù)可開發(fā)量為102 億千瓦,達(dá)到200W/m2 以上的風(fēng)能資源技術(shù)可開發(fā)量為75 億千瓦。
相對比較權(quán)威的數(shù)據(jù)來自中國氣象局2014 年5 月編印出版的《全國風(fēng)能資源詳查和評價報告》一書,其結(jié)論為:“全國陸地50m 高度層年平均風(fēng)功率密度大于等于300W/m2 的風(fēng)能資源理論儲量約73 億千瓦”,“我國陸地50m、70m 和100m 高度層風(fēng)能資源技術(shù)開發(fā)量分別為20 億千瓦、26 億千瓦和34 億千瓦”。
可以看出近幾年來公布的數(shù)據(jù)都相對比較樂觀,但這些數(shù)據(jù)共同的不足之處是所給出的都是空中風(fēng)能資源的估算值,沒有在測繪地形圖中準(zhǔn)確地標(biāo)注各風(fēng)區(qū)的范圍與大小。事實上在目前技術(shù)條件下風(fēng)能資源的可開發(fā)量直接取決于風(fēng)區(qū)地面面積,只有把風(fēng)區(qū)可裝機面積弄準(zhǔn)確,才能準(zhǔn)確估算風(fēng)能可開發(fā)量。
我國海上風(fēng)能資源可開發(fā)量曾經(jīng)被估計為7.5 億千瓦,也有資料根據(jù)可以安裝風(fēng)電機組的海面面積為1.6 萬平方公里- 3.1 萬平方公里估算,海上風(fēng)電裝機容量約為1 億千瓦- 2 億千瓦。相對而言,海上風(fēng)能資源可開發(fā)量需要花更大力氣才能準(zhǔn)確認(rèn)識。
應(yīng)該說,無論是陸地還是海上的風(fēng)能資源技術(shù)可開發(fā)量,即可裝機容量,都還需要進(jìn)一步研究核實,需要加大力度繼續(xù)推進(jìn)研究進(jìn)度。可以肯定的是,在近幾十年內(nèi),風(fēng)能資源條件不會成為中國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展的制約因素,中國陸地風(fēng)電可裝機容量達(dá)到15 億千瓦- 20 億千瓦是可能的。
對太陽能發(fā)電資源的蘊藏量與可開發(fā)量,目前還沒有看到可信的、有說服力的數(shù)據(jù),更需要繼續(xù)深入認(rèn)識。
案例與討論
風(fēng)能與太陽能資源的蘊藏量與可開發(fā)量,都還可以繼續(xù)探討。但本文想強調(diào)的是,實際上存在兩個因素決定風(fēng)能資源可開發(fā)量的大小,一個是前面說到的風(fēng)能資源可開發(fā)量,這主要取決于風(fēng)區(qū)面積;另一個則是風(fēng)能資源的開發(fā)方式,是采用集約式、精細(xì)化開發(fā)?還是采用粗放式開發(fā)?是否應(yīng)該規(guī)定其衡量指標(biāo),即“單位占地面積產(chǎn)能率”?這一指標(biāo)應(yīng)該控制在什么合理范圍?坦率地說,后一個問題目前還尚未引起業(yè)界及政府相關(guān)部門的足夠重視,因而還存在著較多的弊病與亂象。
以新疆為例:近年來風(fēng)電、光伏快速發(fā)展,業(yè)績顯著。但回顧到目前為止已經(jīng)批準(zhǔn)建設(shè)或在建的數(shù)百個風(fēng)電與光伏項目,不難看出項目開發(fā)方式也存在一些問題。其中比較突出的是對項目建設(shè)占地缺乏科學(xué)合理的控制標(biāo)準(zhǔn),導(dǎo)致一些項目占地偏多,沒有實現(xiàn)集約化、精細(xì)化開發(fā)。各項目間單位占地面積產(chǎn)能率相差很大。項目過多占地既浪費了土地資源,也同時浪費了承載于土地之上的風(fēng)能與太陽能資源。
在風(fēng)電建設(shè)項目中,上述問題表現(xiàn)得最為明顯。同樣一個裝機49.5MW 的風(fēng)電場項目,其控制范圍占地面積,小的項目僅約6km2,而大的項目竟高達(dá)25.5km2。在占地范圍較為寬松的項目中,建設(shè)業(yè)主各行其是:做得較好的是機組集中在場地一邊按常規(guī)排布,剩余約二分之一的空地尚可留待以后開發(fā);也有的是選擇中心區(qū)域開發(fā),留下了四周的“邊角料”,今后開發(fā)利用較為困難;最差的是盡量拉開機組之間的距離,采用非常規(guī)排布方式,把整個區(qū)塊占滿,完全堵死了再開發(fā)利用的可能。這些作法,都對土地與風(fēng)能資源造成了嚴(yán)重浪費。
這種大手大腳濫用土地的情況,其實在規(guī)劃階段就已經(jīng)普遍存在。雖然國家發(fā)展改革委早在2005 年5 月發(fā)布的《風(fēng)電場工程規(guī)劃報告編制辦法》中就提出了單位土地面積產(chǎn)能率的指導(dǎo)性意見:“對場址非常平坦、地形簡單的規(guī)劃風(fēng)電場,本階段可暫按照5000kW/km2 來估算風(fēng)電場裝機容量。”這里提出的“5000kW/km2”,即5MW 就是規(guī)劃階段的產(chǎn)能率指標(biāo)。新疆大多數(shù)風(fēng)電場都符合場址平坦、地形簡單的條件,但對這一規(guī)定并沒有認(rèn)真執(zhí)行,先后編制的多個風(fēng)電規(guī)劃單位占地產(chǎn)能都小于5MW/km2,具體數(shù)據(jù)見表1。
從表1 可以看出,除達(dá)坂城、阿拉山口、兵團(tuán)十三師等少數(shù)項目接近5MW/km2 外,大多數(shù)項目均偏離了規(guī)定指標(biāo),其中最差的還不足1MW/km2。單位占地裝機指標(biāo)相互間差距很大,說明存在不合理因素。規(guī)劃階段的過多占地給項目實施階段的不合理占地帶來了一定影響。光伏項目的情況要好一些,但同樣存在對單位占地面積產(chǎn)能率缺乏考核的現(xiàn)象。從一些地區(qū)提出的光伏產(chǎn)業(yè)園規(guī)劃看(見表2),單位占地面積產(chǎn)能指標(biāo)相差較大。同時在具體光伏項目選址中,占地指標(biāo)也存在差異,有的項目存在不必要的預(yù)留空地、用地有“邊角料”等現(xiàn)象。
風(fēng)能、太陽能是自然界賦予人類的寶貴可再生能源,其不可改變的特性是必須承載于一定的土地面積之上,但任何地域的土地面積是固定不可增加的,因此必須重視提高單位土地面積可開發(fā)的風(fēng)、光電的功率,即單位占地面積產(chǎn)能率,對其規(guī)定科學(xué)合理的指標(biāo)加以規(guī)范。如果聽任上述無序多占土地的現(xiàn)象繼續(xù)下去,就會像小煤窯的私挖亂采浪費煤炭資源一樣,白白浪費掉寶貴的風(fēng)能、太陽能資源。舉例來說,前文中所介紹的我國風(fēng)能資源可開發(fā)量是以一定的單位占地面積產(chǎn)能率為前提的,如果不對這一指標(biāo)進(jìn)行約束,大手大腳地粗放開發(fā),任意縮減單位占地面積產(chǎn)能率,整個風(fēng)能資源可開發(fā)量就可能大大減少,這將是對子孫后代不負(fù)責(zé)任的行為。
分析造成上述現(xiàn)象的原因,大體上有以下幾方面:
第一,早年出臺的風(fēng)電用地“點征面控”政策不盡合理,未做及時調(diào)整。上世紀(jì)九十年代,為支持風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展,新疆國土廳在全國各省區(qū)中較早出臺了針對風(fēng)電場建設(shè)用地的“點征面控”扶持政策,以后逐漸在全國性得到推廣。這項政策規(guī)定了風(fēng)電場建設(shè)用地可只征用風(fēng)電機組基礎(chǔ)、箱變、線路、道路、變電所及其他生產(chǎn)生活設(shè)施用地,對各臺風(fēng)電機組之間的廣闊土地(稱為風(fēng)電場控制范圍),風(fēng)電場以“他項權(quán)利”的方式控制與占用,不列入征地面積,也無須支付征地費用。
這項優(yōu)惠政策早期確實起到了支持風(fēng)電發(fā)展的良好作用。但隨著產(chǎn)業(yè)的規(guī)模擴大,其不良后果也逐漸顯現(xiàn):風(fēng)電場控制范圍用地為無償占用,導(dǎo)致了一些建設(shè)業(yè)主缺乏自我約束機制,自覺或不自覺地盡可能擴大控制范圍占地。從工程實踐看,風(fēng)電場辦理土地征用手續(xù)的永久性占地一般只占到控制范圍的1%左右。控制范圍用地才是風(fēng)電場占地的主體,并且是決定風(fēng)能資源開發(fā)量的唯一因素,對此必須加以規(guī)范,提出合理標(biāo)準(zhǔn),進(jìn)行必要的限制。
第二,對風(fēng)電場控制范圍占地,政府部門管理職責(zé)不明確,沒有部門監(jiān)管,處于“掛空檔”的狀態(tài)。
在住建部、國土資源部、國家電監(jiān)會聯(lián)合下發(fā)的《電力工程項目建設(shè)用地指標(biāo)(風(fēng)電場)》(建標(biāo)〔2011〕209 號)中,只規(guī)定了風(fēng)電場須征用的永久用地的指標(biāo),對風(fēng)電場控制范圍用地并未涉及,也未提出管理要求。
風(fēng)電場控制范圍占地多少,主要取決于風(fēng)電機組風(fēng)輪直徑以及機組排布方式兩個因素,這兩個因素在工程可研報告階段已經(jīng)基本決定。現(xiàn)行管理模式下,風(fēng)電場項目可研報告由各建設(shè)業(yè)主聘請第三方設(shè)計單位自行組織審批,對風(fēng)電場控制范圍占地缺乏硬性制約。有的可研報告甚至根本沒有說明風(fēng)電場控制范圍占地的具體數(shù)據(jù)。國土資源廳審批風(fēng)電項目,只對風(fēng)電場征用的永久用地進(jìn)行審核批準(zhǔn),這只占風(fēng)電場控制范圍的1%左右,對用地主體控制范圍占地,因無須辦理征用手續(xù),一般不予涉及。建設(shè)廳從規(guī)劃選址用地的角度可以進(jìn)行干預(yù),但缺乏相應(yīng)的法規(guī)或標(biāo)準(zhǔn)依據(jù),在項目選址審查階段一般也難于改變已經(jīng)經(jīng)過多項前置審批的可研方案。到最后發(fā)改委項目核準(zhǔn)審批時,已基本是木已成舟,只能承認(rèn)既成事實。這就導(dǎo)致了多占用土地的項目白白多占,節(jié)省了用地的項目也得不到任何好處與認(rèn)可,致使多占土地的現(xiàn)象愈演愈烈。
第三,在項目可研以及規(guī)劃編制階段,對單位土地面積產(chǎn)能率指標(biāo)重視不夠。有的設(shè)計單位存在片面認(rèn)識與不當(dāng)作法。
首先是,在比選風(fēng)電場機組排布方案時,多數(shù)設(shè)計單位僅僅以發(fā)電量大小作為唯一的比較指標(biāo),沒有或很少考慮集約化開發(fā)、減少占地、節(jié)省風(fēng)能資源這一更重要的條件。當(dāng)然,如果僅從增加發(fā)電量考慮,機組之間的距離越大,互相之間的尾流影響越小,確實可以增加一些發(fā)電量。但一個重要事實是:當(dāng)機組之間的距離超過一定程度后,例如縱向間距大于9D - 10D、橫向間距大于4D - 5D 后(D 為機組葉輪直徑),繼續(xù)增大間距,對發(fā)電量的增加所起作用不大。
從大量可研報告中機組排布方案比較數(shù)據(jù)可以看出,采用不同排布置方式(如縱向間距8D - 12D,橫向間距3D - 5D的各種組合)的發(fā)電量,最高與最低一般相差在1%- 5%范圍內(nèi),最大差別也不會超過8%,但是,占地面積相差卻很大。舉例來說,采用3D×10D 與5D×12D 的兩種方案,其占用土地的面積相差一倍,也就是說單位面積產(chǎn)能率相差一倍,風(fēng)電場如采用5D×12D 排布方式,可能發(fā)電量會增加幾個百分點,但如采用3D×10D 排布方式,同樣的占地面積上裝機容量可增加一倍,年發(fā)電量可增加將近一倍。從最大風(fēng)能資源開發(fā)量這個根本目標(biāo)考慮,各自的效益得失可謂不言而喻。
其次,設(shè)計單位可能存在新疆地域廣闊、戈壁灘利用價值不大等錯誤認(rèn)識,在項目及規(guī)劃設(shè)計中大手大腳,提出了浪費資源的設(shè)計方案,如將風(fēng)電機組縱向間距拉大到12D甚至16D,還在兩排機組之間設(shè)立“風(fēng)速恢復(fù)帶”,更大大增加了風(fēng)電場控制范圍占地面積。新疆雖然地域廣闊,但土地及其承載的風(fēng)能資源仍然十分寶貴。我們必須抵制鋪張浪費地粗放式開發(fā),提倡集約化精細(xì)化開發(fā),為社會和子孫后代節(jié)省更多資源。
總體來看,無償占用土地的政策導(dǎo)向,政府部門缺乏有力的監(jiān)管與硬性制約措施,一些設(shè)計單位的片面認(rèn)識與不當(dāng)做法,這些因素與建設(shè)業(yè)主單位希望多占土地的自身利益互相迎合,就造成了風(fēng)電場控制范圍用地的無序與不合理現(xiàn)象,如不采取有力措施加以扭轉(zhuǎn),必將對土地與風(fēng)能資源造成極大浪費。目前我國風(fēng)電裝機雖然已達(dá)到1.2 億千瓦,但比起可開發(fā)量十幾億、幾十億而言,尚處于初期開發(fā)階段,現(xiàn)在就開始重視并出臺治理措施還正當(dāng)其時。
相對而言,光伏項目的情況要好得多。光伏項目用地是“硬占用”,必須全部辦理征用手續(xù)并支付規(guī)定的征地(或租地)費用。這就使得建設(shè)業(yè)主具備了自我約束機制。
從已審批的項目看,同地區(qū)、同容量項目占地差別不像風(fēng)電那么大。存在主要問題是:沒有實行單位占地產(chǎn)能率指標(biāo)管理;在光伏園區(qū)規(guī)劃中,存在占地水平差距較大的情況;個別項目占地有空地及邊角料等現(xiàn)象,同樣需要予以規(guī)范。
對策及建議
針對上述現(xiàn)實情況,提出對策建議如下:
一是加強宣傳引導(dǎo),普及大眾對風(fēng)電光伏項目集約化精細(xì)化開發(fā)的戰(zhàn)略性意義,以及提高單位占地面積產(chǎn)能率的重要性的認(rèn)識。
二是明確提出和規(guī)定“單位占地(必須包括風(fēng)電場控制范圍占地)面積產(chǎn)能率”這一考核指標(biāo),在風(fēng)光電規(guī)劃及具體項目審批中進(jìn)行把關(guān),對達(dá)不到指標(biāo)要求并不能合理解釋的,應(yīng)對規(guī)劃或項目選址給出否定性結(jié)論。建議在總結(jié)分析已建成風(fēng)電和光伏項目經(jīng)驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,由相關(guān)政府部門牽頭,制定適合各地不同情況的風(fēng)電、光伏項目單位占地產(chǎn)能率指標(biāo),試行后推廣,同時要求在編制各類風(fēng)光電規(guī)劃時參照執(zhí)行。
三是推進(jìn)開征以風(fēng)電場“控制范圍”占用土地面積為計量依據(jù)征收的“風(fēng)能資源占用稅”,變無償占用控制范圍土地為有償占用,以經(jīng)濟(jì)手段推進(jìn)風(fēng)能資源集約化開發(fā)。此稅種如能定義為地方稅收,還可以緩解因風(fēng)電項目短期內(nèi)地方稅源較少,導(dǎo)致所在地政府對風(fēng)電開發(fā)積極性不高的矛盾。這可能是一箭雙雕的治本之策。
四是呼吁在風(fēng)電、光伏項目的規(guī)劃、可研報告、設(shè)計、審批等環(huán)節(jié)都要關(guān)注并考核“單位占地產(chǎn)能率”這一重要指標(biāo)。在園區(qū)規(guī)劃時盡可能避免把規(guī)劃園區(qū)分塊切割劃分,應(yīng)按各項目特點逐個安排占用面積,盡可能消除各項目之間的空地與“邊角料”。對光伏園區(qū),盡量采用正南正北的區(qū)域規(guī)劃,減少邊角占地浪費。
對新疆“單位占地面積產(chǎn)能率”指標(biāo)提出以下具體建議:新疆地域廣闊,自然條件差異較大,南北跨越十五個緯度(北緯35 度-北緯49 度)。風(fēng)電開發(fā)中,根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)GB/T18710-2002 劃分的風(fēng)區(qū)等級,從2 類到7 類都有存在。在新疆提出風(fēng)電與光伏項目的占地產(chǎn)能率標(biāo)準(zhǔn),不能全區(qū)一刀切,應(yīng)該按主要制約條件的不同規(guī)定不同的數(shù)值。現(xiàn)根據(jù)對多個建設(shè)項目積累的經(jīng)驗數(shù)據(jù),提出以下個人建議,僅作為討論基礎(chǔ),不當(dāng)之處歡迎指正。
風(fēng)電項目決定占地的主要因素之一是葉輪直徑,這主要取決于風(fēng)區(qū)等級分類,風(fēng)能資源較好的高等級風(fēng)區(qū)可采用較小直徑的葉輪,低風(fēng)速區(qū)需選用較大直徑葉輪。建議按不同風(fēng)區(qū)等級(應(yīng)以可研報告中根據(jù)風(fēng)能資源數(shù)據(jù)分析認(rèn)定的等級為準(zhǔn))規(guī)定各項目的占地產(chǎn)能率指標(biāo),即:
對6類及7類風(fēng)區(qū)(70m 高度年平均風(fēng)速大于9.24m/s,風(fēng)功率密度大于690 W/m2)項目,每平方公里裝機應(yīng)控制在7MW - 9MW。相當(dāng)于每個50MW 項目占地約5.5 平方公里- 7 平方公里。
對4 類及5 類風(fēng)區(qū)(70m 高度年平均風(fēng)速7.92m/s -8.45m/s,風(fēng)功率密度460W/m2 - 690 W/m2)項目,每平方公里裝機應(yīng)控制在5MW - 7MW。相當(dāng)于每個50MW 項目占地約7km2 - 10km2。
對2-3類及以下風(fēng)區(qū)(70m 高度年平均風(fēng)速小于7.39m/s,風(fēng)功率密度小于460W/m2),每平方公里裝機應(yīng)控制在3.5MW - 5MW。相當(dāng)于每個50MW 項目占地約10km2 - 14km2。以上數(shù)據(jù)可根據(jù)地形情況選定,地形條件較差的項目取較小產(chǎn)能率。對山區(qū)等特殊地形可適當(dāng)突破規(guī)定。
在規(guī)劃階段,可比上述指標(biāo)放寬10%- 20%。光伏項目,這里主要指采用多晶硅組件、固定式安裝。
方案的項目(目前新疆此類項目占比在95%以上),其占地面積主要取決于光伏組件前后排的距離,即在冬至日,前排組件的陰影不影響后排光照,這由太陽入射角的高低、即項目所處緯度決定。因此按不同緯度規(guī)定項目單位占地產(chǎn)能率是合理的。建議新疆可規(guī)定三種標(biāo)準(zhǔn):
北緯40 度以南地區(qū)(大致包括喀什地區(qū)、和田地區(qū)、克州南部與巴州南部): 不小于40MWp/km2 -43MWp/km2;北緯40 度- 45 度地區(qū)(大致包括哈密地區(qū)、吐魯番市、烏魯木齊市、昌吉州、阿克蘇地區(qū)、伊寧市、博州、克州與巴州北部、塔城地區(qū)與克拉瑪依市南部):不小于37MWp/km2 -40 MWp/km2;北緯45 度以北地區(qū)(大致包括阿勒泰地區(qū)、塔城地區(qū)與克拉瑪依市北部):不小于34MWp/km2 - 37 MWp/km2;規(guī)劃階段占地可放寬10%- 20%。
對采用非晶硅薄膜太陽能組件、跟蹤式安裝等其他技術(shù)方案項目,可不受上述規(guī)定限制,以待進(jìn)一步積累經(jīng)驗。
在本文殺青之際,看到了風(fēng)電老朋友錢啟良先生發(fā)表的文章:《淺談老風(fēng)電場的技術(shù)改造及風(fēng)電機組的退役》,不禁為之一振。他介紹的風(fēng)電場技術(shù)改造實例給出了提高風(fēng)電單位占地產(chǎn)能率的卓越例證,據(jù)該文介紹:“技術(shù)改造后,在風(fēng)電場的場區(qū)范圍不變的情況下,風(fēng)電機組的數(shù)量雖然減少了,但是,風(fēng)電機組單機容量大大增加了,風(fēng)電機組單機容量按 2.5MW或 3.0MW計算,其總?cè)萘靠梢栽黾? 倍左右,發(fā)電量增加5 倍以上。”也就是說,同樣占地面積下,經(jīng)過技術(shù)改造,單位占地面積產(chǎn)能率以裝機容量計可以增加4 倍,以發(fā)電量計可以增加5 倍。足見在這方面下功夫?qū)μ岣唢L(fēng)能資源可開發(fā)量以及增加經(jīng)濟(jì)效益方面都有很大潛力。