郭錦平，李 超，殷義華

(1.巨安儲能武漢科技有限責(zé)任公司，武漢 430223；2.武漢市洪山統(tǒng)籌發(fā)展投資有限公司，武漢 430070；3.武漢洪山中雄置地有限公司，武漢 430070)

0 引言

與碳達(dá)峰、碳中和(下文簡稱為“雙碳”)相關(guān)的政策不斷出臺，此類政策將能源向綠色低碳轉(zhuǎn)型列為重點工作內(nèi)容。《“十四五”全國城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)劃的通知》[1](建城[2022]57號)中，明確提出開展“城市能源系統(tǒng)安全保障和綠色化提升行動，推進(jìn)分布式可再生能源和建筑一體化利用，有序推進(jìn)主動配電網(wǎng)、微電網(wǎng)、交直流混合電網(wǎng)應(yīng)用，提高分布式電源與配電網(wǎng)協(xié)調(diào)能力。因地制宜地推動城市分布式光伏發(fā)展”的要求。

為探究分布式光伏發(fā)電在城區(qū)建筑中的實施路徑，本文以武漢城區(qū)既有建筑建設(shè)分布式光伏發(fā)電項目為例，分析城區(qū)既有建筑建設(shè)此類項目的流程，對建設(shè)過程中的難點進(jìn)行總結(jié)，形成在城區(qū)既有建筑中建設(shè)分布式光伏發(fā)電項目的解決方案，最終實現(xiàn)分布式光伏發(fā)電對既有建筑的綠色低碳能源供給，實踐國家的“雙碳”戰(zhàn)略。

1 政策依據(jù)

中國政府、相關(guān)行業(yè)及企業(yè)發(fā)布的關(guān)于分布式光伏發(fā)電項目的文件較多，針對電力接入、場站選址、建設(shè)要求、裝機(jī)規(guī)模等方面提出了具體要求。

2019年武漢市自然資源和規(guī)劃局出臺了《關(guān)于建筑物頂部建設(shè)分布式光伏發(fā)電設(shè)施規(guī)劃管理意見》[2]的通知，針對在武漢城區(qū)既有建筑物頂部建設(shè)分布式光伏發(fā)電設(shè)施提出了具體要求，明確了武漢市“兩江四岸及歷史文化街區(qū)”為控規(guī)區(qū)，且指出光伏發(fā)電設(shè)施的設(shè)計方案應(yīng)滿足文件提出的要求。這為在武漢城區(qū)開展屋頂分布式光伏發(fā)電項目提供了政策依據(jù)。

2021年6月20日國家能源局綜合司發(fā)布了《關(guān)于報送整縣(市、區(qū))屋頂分布式光伏開發(fā)試點方案的通知》[3]，該文件明確提出“黨政機(jī)關(guān)建筑屋頂總面積可安裝光伏發(fā)電比例不低于50%；學(xué)校、醫(yī)院、村委會等公共建筑屋頂總面積可安裝光伏發(fā)電比例不低于40%；工商業(yè)廠房屋頂總面積可安裝光伏發(fā)電比例不低于 30%；農(nóng)村居民屋頂總面積可安裝光伏發(fā)電比例不低于20%”，這為分布式光伏發(fā)電在城市屋頂?shù)耐顿Y建設(shè)拉開了序幕。

2 分布式光伏發(fā)電項目建設(shè)流程分析

分布式光伏發(fā)電項目在城區(qū)既有建筑中的建設(shè)根據(jù)資金來源分為居民個人投資與企業(yè)投資兩大類。若為居民個人投資，則流程較為簡單，主要是確定施工單位、簽訂合同、申請并網(wǎng)這3個步驟；若為企業(yè)投資，則涉及站場選址、商業(yè)模式策劃、合作協(xié)議簽訂、工程設(shè)計、項目備案、并網(wǎng)申請、工程施工、竣工驗收、并網(wǎng)發(fā)電等多個流程。

2.1 站場選址

按類型不同，分布式光伏發(fā)電項目可選擇的既有建筑類型包括商業(yè)建筑、住宅建筑、公共建筑等；按產(chǎn)權(quán)所屬不同，建筑產(chǎn)權(quán)分為共有產(chǎn)權(quán)、單一產(chǎn)權(quán)等類型。分布式光伏發(fā)電項目的站場選址主要從技術(shù)和商務(wù)兩個維度進(jìn)行選擇，所涉及內(nèi)容如下。

2.1.1 站場選址的主要技術(shù)因素

分布式光伏發(fā)電項目主要執(zhí)行的技術(shù)規(guī)范有GB/T 51368—2019《建筑光伏系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》[4]、GB/T 38946—2020《分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)集中運(yùn)維技術(shù)規(guī)范》[5]，這些規(guī)范從安全、經(jīng)濟(jì)等維度對建設(shè)條件與站址提出了具體要求。以屋頂分布式光伏發(fā)電項目為例[6]，站址選擇時需重點關(guān)注以下幾個方面。

1)建筑高度：建筑物高度直接影響到項目安全、施工難度、運(yùn)維費(fèi)用等方面，當(dāng)建筑物樓層數(shù)超過12層時，光伏支架和支架基礎(chǔ)的抗風(fēng)能力和承載力也需要顯著提高，具體采用何種支架及基礎(chǔ)形式需要進(jìn)行專題論證分析。

2)建筑屋頂可利用面積：建筑屋頂可利用面積直接決定了分布式光伏發(fā)電項目的規(guī)模，可利用面積受建筑物自身結(jié)構(gòu)及周邊建筑形成的陰影的影響較大。因此，在選擇站址時應(yīng)充分考慮站址屋頂結(jié)構(gòu)和周邊建筑的遮擋，以免產(chǎn)生不必要的損耗。

3)建筑屋頂類型：城市建筑的屋頂類型，從形式上看，主要包括平屋頂、坡屋頂?shù)?；從結(jié)構(gòu)荷載來看，又可以分為上人屋頂和不能上人屋頂兩種。屋頂分布式光伏發(fā)電項目在項目選址過程中應(yīng)充分考慮建筑結(jié)構(gòu)承載力、屋面防水性能、建筑屋頂形式等影響因素，避免因分布式光伏發(fā)電項目的建設(shè)影響房屋整體安全性。

4)建筑使用年限：分布式光伏發(fā)電項目的運(yùn)營周期長達(dá)25年，在選址時要考慮現(xiàn)有建筑物的使用年限及屋頂材料的壽命，避免出現(xiàn)項目的運(yùn)營周期超過建筑物使用年限和屋頂材料壽命的情況。

5)周邊電網(wǎng)情況：分布式光伏發(fā)電項目受裝機(jī)容量的限制，一般選擇380 V電壓接入，因此在站址選擇時，應(yīng)充分征求當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)公司的意見，避免后期因并網(wǎng)接入造成不必要的損失。

2.1.2 站場選址的主要商務(wù)因素

分布式光伏發(fā)電項目在選擇建設(shè)地點時，需從建筑物產(chǎn)權(quán)、電力負(fù)荷曲線、售電電價等幾個方面進(jìn)行分析，保障站場選址不影響收益。

1)建筑物產(chǎn)權(quán)：分布式光伏發(fā)電項目運(yùn)營周期較長，因此優(yōu)先選擇與產(chǎn)權(quán)方簽訂相關(guān)合同，以保障項目的運(yùn)營周期。

2)電力負(fù)荷：建筑物的電力負(fù)荷根據(jù)用途決定，電力負(fù)荷較大的建筑物主要有商業(yè)建筑、醫(yī)院建筑、工業(yè)建筑，在電力負(fù)荷較大的建筑物開展分布式光伏發(fā)電項目能較好地提升消納比例，實現(xiàn)較好的經(jīng)濟(jì)效益。

3)售電電價：分布式光發(fā)電伏項目的主要收益來源為賣電收入，因此項目所在地的售電電價成為選址時的重要考慮因素。

2.2 商業(yè)模式選擇

現(xiàn)階段分布式光伏發(fā)電項目主要結(jié)合其所在地區(qū)，以自有資金+工程總承包(EPC)建設(shè)、第三方投建+場地租金、金融分期+EPC建設(shè)、第三方投建+合同能源管理4種商業(yè)模式開展項目投資，實現(xiàn)場地方、投資方、建設(shè)方的多方共贏合作模式[7]。下文對各商業(yè)模式的特點分別進(jìn)行分析。

2.2.1 自有資金+EPC建設(shè)的商業(yè)模式

自有資金+EPC建設(shè)的商業(yè)模式是采用產(chǎn)權(quán)方自有資金投資，同時結(jié)合EPC的方式進(jìn)行分布式光伏發(fā)電項目的建設(shè)。其主要優(yōu)點是發(fā)電收益及光伏發(fā)電項目產(chǎn)權(quán)全部歸產(chǎn)權(quán)方所有，可以有效減少產(chǎn)權(quán)方在用電方面的支出，同時也可以為產(chǎn)權(quán)方增加收益來源；主要缺點是需占用產(chǎn)權(quán)方大量資金，且需承擔(dān)項目后期的運(yùn)維費(fèi)用。

2.2.2 第三方投建+場地租金的商業(yè)模式

第三方投建+場地租金的商業(yè)模式是指由產(chǎn)權(quán)方收取場地租金，第三方投資建設(shè)分布式光伏發(fā)電項目的模式。其主要優(yōu)點是產(chǎn)權(quán)方有穩(wěn)定收益，第三方公司通過售電獲得收益；缺點是只適合占地面積較大的項目。

2.2.3 金融分期+EPC建設(shè)的商業(yè)模式

金融分期+EPC建設(shè)的商業(yè)模式是指由EPC建設(shè)方引入金融機(jī)構(gòu)，然后利用產(chǎn)權(quán)方場地建設(shè)分布式光伏發(fā)電項目，建設(shè)完成后，通過發(fā)電收益覆蓋金融機(jī)構(gòu)貸款，剩余的費(fèi)用歸產(chǎn)權(quán)方，EPC建設(shè)方通過項目建設(shè)獲得收益。此商業(yè)模式的主要優(yōu)點是產(chǎn)權(quán)方無需承擔(dān)項目建設(shè)初始投資資金；缺點為當(dāng)發(fā)電收益不能覆蓋金融成本時，產(chǎn)權(quán)方可能要代為歸還金融成本利息。為避免后期收益不能覆蓋金融成本，可以在項目投資階段，要求EPC建設(shè)方對發(fā)電指標(biāo)進(jìn)行承諾或簽訂不能覆蓋金融成本時由EPC建設(shè)方負(fù)責(zé)承擔(dān)該部分費(fèi)用的協(xié)議，直至項目發(fā)電收益能夠覆蓋金融成本。

2.2.4 第三方投建+合同能源管理的商業(yè)模式

第三方投建+合同能源管理的商業(yè)模式是指由第三方公司利用產(chǎn)權(quán)方場地建設(shè)分布式光伏發(fā)電項目，將項目所發(fā)電量以一定折扣銷售給產(chǎn)權(quán)方。此商業(yè)模式的主要優(yōu)點是產(chǎn)權(quán)方不用投資就能通過享受優(yōu)惠電量，獲得一定的經(jīng)濟(jì)效益；缺點為投資方的收益主要受產(chǎn)權(quán)方電量消納比例的影響。因此，采用此種商業(yè)模式時分布式光伏發(fā)電項目一般適用于電力負(fù)荷與光伏發(fā)電曲線相適配的工商業(yè)、建在醫(yī)院等場所。

2.3 工程設(shè)計

分布式光伏發(fā)電項目的工程設(shè)計需由取得電力行業(yè)新能源設(shè)計資質(zhì)的企業(yè)進(jìn)行，項目在設(shè)計階段要重點考慮將站址特點與商業(yè)模式進(jìn)行結(jié)合，最終形成技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)性較優(yōu)、安全可靠的設(shè)計方案[8]。進(jìn)行工程設(shè)計時需重點關(guān)注以下幾點。

2.3.1 光伏場區(qū)的設(shè)計要點

分布式光伏發(fā)電項目的光伏場區(qū)布置方式主要分為平屋頂固定傾角布置、坡屋頂順坡平鋪布置、平屋頂改坡屋頂布置這3種方式。光伏場區(qū)設(shè)計主要結(jié)合建筑類型、建筑功能等要素進(jìn)行分析，選擇合適的光伏組件和光伏支架類型進(jìn)行布置；此外，還需要考慮建筑荷載、屋面防水性能、光伏組串?dāng)?shù)量、檢修運(yùn)維方便性、場區(qū)安全等方面，最終形成設(shè)計方案。

2.3.2 接入系統(tǒng)的設(shè)計要點

分布式光伏發(fā)電項目的接入系統(tǒng)方式按照發(fā)電量消納比例分為“自發(fā)自用、余電上網(wǎng)”和“全額上網(wǎng)”這兩種方式；按照接入電壓等級，分為高壓并網(wǎng)、低壓并網(wǎng)。結(jié)合周邊電網(wǎng)與光伏發(fā)電項目裝機(jī)容量來確定接入方式，現(xiàn)階段主要遵循國家電網(wǎng)公司出臺的分布式光伏發(fā)電接入配電網(wǎng)典型設(shè)計的方案進(jìn)行設(shè)計。

2.4 項目備案

按照國家相關(guān)政策，分布式光伏發(fā)電項目采用備案制，免提交項目核準(zhǔn)、環(huán)評等資料，項目備案在各省投資建設(shè)管理平臺統(tǒng)一登記，填寫建設(shè)地點、建設(shè)規(guī)模、安裝方式，選擇分布式光伏發(fā)電上網(wǎng)方式、建設(shè)類型后提交即可，通常提交兩個工作日后會形成備案文件，建設(shè)方登錄后可自行導(dǎo)出文件打印。

2.5 并網(wǎng)申請

分布式光伏發(fā)電項目的并網(wǎng)申請按照規(guī)定由屬地市一級供電公司營銷部受理，申請時需提交產(chǎn)權(quán)證明、各方合作協(xié)議、備案證明、各方資質(zhì)文件、并網(wǎng)申請表、法人委托及委托證明、現(xiàn)有供用電合同等文件，在提交上述資料后按并網(wǎng)電壓等級不同分為低壓并網(wǎng)(380 V及以下) 20天、高壓并網(wǎng)(10 kV及以上) 30天的時間出具并網(wǎng)接入批復(fù)文件。

設(shè)計單位根據(jù)并網(wǎng)批復(fù)文件調(diào)整接入部分的設(shè)計，并將調(diào)整后的設(shè)計送營銷部進(jìn)行審查，審查通過后方可進(jìn)入施工環(huán)節(jié)。

2.6 工程施工

分布式光伏發(fā)電項目在取得備案、設(shè)計、并網(wǎng)等許可文件后，開始進(jìn)入施工環(huán)節(jié)，施工單位應(yīng)具備電力工程承裝許可證5級以上資質(zhì)。

施工環(huán)節(jié)需重點把握光伏組件運(yùn)輸及安裝過程中質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，電氣設(shè)備、防雷接地裝置等安裝時達(dá)到設(shè)計要求，同時確保配置水沖洗裝置。

2.7 竣工驗收

在施工完成后，開展工程分部分項及整體調(diào)試工作，調(diào)試工作由具有電力工程承試許可證5級以上資質(zhì)的單位開展，調(diào)試工作重點針對光伏組件性能、逆變器性能、電氣絕緣性能、設(shè)備功能、整體功能等進(jìn)行調(diào)試，在滿足國家光伏發(fā)電工程竣工調(diào)試的相關(guān)規(guī)定后出具調(diào)試報告。

2.8 并網(wǎng)發(fā)電

施工完畢工程內(nèi)部組織竣工驗收后，提交竣工資料、監(jiān)理資料、竣工圖紙、并網(wǎng)調(diào)試報告，所有文件經(jīng)審查核實后，供電部門安裝計量裝置，檢查合格后下發(fā)并網(wǎng)驗收合格通知，施工單位組織并網(wǎng)發(fā)電試運(yùn)行，在試運(yùn)行滿168 h后移交至建設(shè)單位。

3 分布式光伏發(fā)電項目難點及應(yīng)對措施

針對分布式光伏發(fā)電項目裝機(jī)規(guī)模小、建設(shè)周期短、投資運(yùn)營周期長、參與單位多的特點，總結(jié)分布式光伏發(fā)電項目在建設(shè)過程中的難點及應(yīng)對措施如下：

1)站址產(chǎn)權(quán)確定：由于項目站址產(chǎn)權(quán)決定了項目運(yùn)營風(fēng)險與成敗，為避免投資后產(chǎn)生不必要的糾紛，在進(jìn)行項目選址時，要求合作方提供產(chǎn)權(quán)證明文件，對不能出具產(chǎn)權(quán)文件的項目采取回避方式，從源頭杜絕損失。

2)商業(yè)模式的選擇：商業(yè)模式的選擇影響到產(chǎn)權(quán)方、投資方的自身利益，為保障項目的順利實施，優(yōu)選自有負(fù)荷較大、電價較高的工商業(yè)建筑用戶進(jìn)行合作，次選電力負(fù)荷穩(wěn)定、電價略高的既有建筑用戶進(jìn)行合作，結(jié)合業(yè)主需求開展以合同能源管理、第三方投資+場地租金為主的商業(yè)合作模式。

3)并網(wǎng)申請資料的整理：國家電網(wǎng)公司對分布式光伏發(fā)電提出了具體要求，對于所要提交的并網(wǎng)資料要求也在不斷變化，為滿足并網(wǎng)需要，需要提前處理好國家電網(wǎng)公司在并網(wǎng)環(huán)節(jié)增加的各種要求，避免造成不必要的損失。

4)工程施工中的管控：主要存在的風(fēng)險是光伏組件價格上漲，造成投資成本上升，為避免因此造成的損失，建議采用項目批量招采的方式，以量換價，同時積極對接供應(yīng)商、生產(chǎn)商，避免落入單一采購來源的困境。

4 項目案例

4.1 項目概況

位于武漢市洪山區(qū)的創(chuàng)意天地產(chǎn)業(yè)園是一個以創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)為核心的園區(qū)，園區(qū)于2010年建成交付。園區(qū)內(nèi)的建筑物采用混凝土框架結(jié)構(gòu)，擬在該園區(qū)某屋頂投資建設(shè)分布式光伏發(fā)電項目，所選建筑物共5層，屋頂為上人平屋面，擬利用的上人屋面總面積為1720.17 m2，具體如圖1所示。

圖1 擬建分布式光伏發(fā)電項目的屋頂圖Fig.1 Roof photo of proposed distributed PV power generation project

4.2 場址條件

擬建分布式光伏發(fā)電項目的建筑物的年份較新，屋頂狀況良好，但南偏西側(cè)有一棟56 m高的建筑物，對屋頂造成了一定程度的遮擋，項目場地及周邊建筑如圖2所示。

圖2 項目場地及周邊建筑圖Fig.2 Photo of project site and surrounding buildings

4.3 商業(yè)模式

本項目所在建筑功能以商業(yè)辦公為主，電力負(fù)荷平穩(wěn)，項目擬采用合同能源管理的方式與業(yè)主單位、物業(yè)管理單位簽訂合作協(xié)議，項目最終以自用消納電價9折、上網(wǎng)電價采用屬地標(biāo)桿上網(wǎng)電價的方式與物業(yè)公司、電網(wǎng)公司簽訂三方用電合同。

4.4 設(shè)計方案

本項目利用屋頂建設(shè)容量為126 kW的光伏電站，使用233塊540 W的單面單晶硅光伏組件，由14～18塊光伏組件串聯(lián)成1個組串，接入1臺110 kW組串式逆變器；采用自發(fā)自用、余電上網(wǎng)的方式接入園區(qū)配電網(wǎng)。項目采用在可上人的平屋頂以固定傾角安裝光伏組件的方式進(jìn)行設(shè)計。分布式光伏發(fā)電項目建成后的屋面如圖3所示。

圖3 分布式光伏發(fā)電項目建成后的屋面Fig.3 Roof after completion of distribute PV power generation projects

4.5 項目實施過程中的難點

本項目在建設(shè)過程中，受政策、電網(wǎng)公司、相關(guān)參建單位的影響，造成項目存在的難點包括：1)地方政策造成的難點；2)電網(wǎng)公司并網(wǎng)接入造成的難點；3)設(shè)計單位對合同能源管理等新商業(yè)模式不熟悉造成的難點。

4.5.1 地方政策造成的難點

本項目是在上人屋面建設(shè)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，為保障光伏組件的有效排水，工程設(shè)計時按5°傾角安裝光伏組件，安裝高度滿足武漢市發(fā)展改革委員會提出的屋頂安裝光伏組件高度由屋面平臺起不超過1.8 m的要求，導(dǎo)致光伏組件最低點離屋面距度僅為0.8 m。由于本項目中的上人屋面同時承擔(dān)一定的消防功能，要求在不破壞建筑現(xiàn)有功能的情況下又要滿足武漢市發(fā)展改革委員會提出的設(shè)計要求。項目最終以屋頂不設(shè)傾角的方式布置光伏組件，以此來保障屋頂現(xiàn)有上人功能，滿足人員在屋頂?shù)幕顒蛹跋佬枨?，但造成本分布式光伏發(fā)電項目后期排水不順暢、運(yùn)維檢修難的情況。

為避免其他項目發(fā)生類似情況，建議地方政府在制定相關(guān)規(guī)范要求時，應(yīng)考慮現(xiàn)有屋面的功能需要，在進(jìn)行充分調(diào)研的基礎(chǔ)上對相關(guān)政策條文進(jìn)行修訂，以便更好的發(fā)展分布式光伏發(fā)電項目。

4.5.2 電網(wǎng)公司并網(wǎng)接入造成的難點

本項目位于工業(yè)園區(qū)內(nèi)，由投資公司與業(yè)主單位簽訂屋頂租用協(xié)議，業(yè)主用電由園區(qū)物業(yè)公司管理，園區(qū)供電由物業(yè)公司與電網(wǎng)公司進(jìn)行結(jié)算。在并網(wǎng)申請時，屬地供電公司要求提供業(yè)主單位與電網(wǎng)公司簽訂的供用電合同，由于業(yè)主用電不與電網(wǎng)公司發(fā)生合同關(guān)系，屬地供電公司提出各種要求，并要求簽訂業(yè)主、物業(yè)、電網(wǎng)公司、投資方的四方合同，這增加了分布式光伏并網(wǎng)的難度，因此建議在項目選址時盡量選擇單一產(chǎn)權(quán)業(yè)主進(jìn)行項目合作。

4.5.3 設(shè)計單位對合同能源管理等新商業(yè)模式不熟悉造成的難點

由于本項目用電涉及供電方、管理方、用電方、投資方等多個單位，設(shè)計單位在項目設(shè)計中按照常規(guī)的計量設(shè)置方式，僅設(shè)計了發(fā)電上網(wǎng)計量與關(guān)口結(jié)算計量等兩套計量裝置，造成項目僅具有投資方與管理方、供電方的計量結(jié)算關(guān)系，無法計算用電方自消納電量，使項目無法在管理方、用電方、投資方之間進(jìn)行結(jié)算，經(jīng)過梳理，最終以增加1套雙向計量裝置，界定管理方、用電方、投資方的電量來滿足合同能源管理的結(jié)算。

5 結(jié)論

本文對分布式光伏發(fā)電項目建設(shè)流程進(jìn)行了分析，并對建設(shè)過程中存在的難點給出了相應(yīng)的解決措施。通過武漢城區(qū)某分布式光伏發(fā)電項目的應(yīng)用和建設(shè)，發(fā)現(xiàn)分布式光伏發(fā)電項目雖然出臺了大量的國家政策與相關(guān)規(guī)范，但在既有建筑建設(shè)應(yīng)用時，仍存在政策壁壘與技術(shù)難點，因此建議相關(guān)部門針對分布式光伏發(fā)電項目進(jìn)行深入調(diào)研，出臺針對性的政策，進(jìn)一步減少堵點，使分布式光伏發(fā)電項目在城市既有建筑中的應(yīng)用得到大力推廣，配合國家“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)，實現(xiàn)城市能源的綠色供給。