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我们公司属于中国航天科技集团,对光伏的接触从卫星应用开始,开始主要是从军工研究角度出发,后来分离部分人员转化从事民用光伏。上海神舟电力有限公司是主要从事终端为主的投资运营,主要是投资电站、运营电站,重点是在东部建设屋顶项目,在西北也建设了一些地面电站,主要是享受“金太阳”等政府补贴,对地方性政策的可持续性,我们没有多少信心,所以我们所有财务核算基于国家政策,公司主要收益是发电上网,总共有不到30万千瓦的容量。
广亚集团项目概况
广亚集团项目是2011年“金太阳”项目,共5500千瓦,前期的开发费用加上建设成本,核算下来成本大概为8.6元/瓦,以目前的电力价格测算,大约需要8年时间收回成本。这个项目目前的电力主要为自用,如果能够实现余电上网,还将产生收益。
我们最初做余电上网的初衷并不是为了增加收益,屋顶建筑能不能存活25年对我们是个非常关键的问题,所以我们还是努力寻求上网卖电。主要是考虑即使这家企业以后破产倒闭,不再使用光伏屋顶发电的电力,我们还能靠卖电维持住运营。
现在,所谓的“金太阳”补贴政策一步一步退出历史舞台了。现在在广东,光伏电站建设的各种前期费用,加上建设费用、工人费用及后期的运营,费用高额。通过广亚的项目,我们也发现一些运营费用、设备保养费,还有接待费用也有较多支出。如果按现在的5.45元/瓦补贴进行测算,投资回收大约需要12年左右。因为供电补贴和“金太阳”最大区别在于投资回收期很长,前期投资很大。这个项目的投资我们公司自有资金占30%,其余依靠贷款,而很多企业并不能像我们一样拿到6.65%的利率。
光伏电站的电量必须要自我消化掉才具有可行性,如果超过30%发电量要通过电网卖掉,那么因为目前种种原因,卖电收益还无法保障,所以项目的收益无法估算。
我们在广亚集团的项目上收益较好,因为广亚集团一个月大概耗电670万度,而我们一年的发电量不到500万度电,只占不到10%,所以我们在该项目获得了较好的收益。去年11月正式并网,与广亚集团每月结算一次。
光伏投资注意事项
我不太主张屋顶业主跨行去建光伏,隔行如隔山。从投资回收期计算,光伏投资十分优秀,但光伏在将来一段时间内受政策影响较大,而且跨行业做光伏的手续相当繁琐,有并网立项协议、电网接入批复、调度协议、计量表改造、电力业务许可证等手续,这将占资金利用率相当大一部分。例如,传统家电行业,虽然有丰厚的资金,但面对这些手续会非常吃力。所以建议资金有余的业主还是选择能源合同管理模式。我们对于企业也有选择,如果企业没有良好的资金状况,我们也没有保障。
关于投资成本控制,我的建议是:首先要做好设计,这点非常重要,如果有好的设计,产出、发电量将有很大提升,其中电缆的成本和设计密切相关,设计不好电缆的使用会增加很多,导致投资成本增加。其次是目标区域的选择,要参考辐射和电价两个因素,像内蒙虽然辐射充足,但电价只有几毛,电量产出虽然高,但效益不一定好。
Abstract: describ that how Building Integrated Photovoltaic(BIPV) works in building energy efficiency field, including applied technology, design principles, and benefits and necessity in future building field.
关键词:BIPV 幕墙 能源 太阳能
Keywords: BIPV, curtain wall, energy source, solar energy
中图分类号: TK511 文献标识码: A 文章编号:
前言
面对全球能源环境问题,不少全新的设计理念应运而生,光伏建筑一体化(BIPV)就是应时代的召唤,油然而生的新生军。
光伏建筑一体化BIPV(building integrated photovoltaic)就是将光伏发电系统和建筑幕墙、屋顶等建筑护结构系统有机的结合成一个整体结构。不但具有围护结构的功能,同时又能产生电能,供建筑使用;是一种可以集发电、隔音、隔热、安全和装饰功能为一体的新型功能性建筑结构形式。
一、工程概况:
沈阳恒隆中街广场工程位于沈阳市沈河区中街路,总建筑面积约18万平方米,光伏系统总安装面积约1750平方米,整个光伏系统共安装有9900块光伏组件,系统总安装容量为147.4千瓦,是目前东北地区最大的光伏建筑一体化(BIPV)项目,也是国内第一个完全由地产商投资建设的光伏建筑一体化项目。
二、BIPV系统设计原则
BIPV系统主要由建筑护系统和光伏电气系统两部分组成。设计中需要参照以下原则:
1、护结构:屋面、幕墙
a、必须考虑美观、耐用;
b、必须具备基本的建筑围护功能;
c、必须满足建筑及幕墙设计规范(载荷、受力)。
2、太阳能光伏发电系统:电力生产及分配
a、尽可能多地为建筑提供清洁的绿色能源;
b、作为电力系统,必须安全、稳定、可靠。
3、设计中着重考虑的因素
a、气候条件:当地的气象因素是太阳能系统今后发挥效能的最重要影响因素;我国幅原辽阔,各地的气象条件,尤其是辐照强度差别很大,在系统设计中,应充分考虑这种差异。
b、建筑围护系统:由于工程所在地的气象条件不同,包括不同的基本风压、雪压;安装的位置不同,如屋面、立面、雨蓬等,都会使围护系统的结构不同;光伏组件的规格必须充分考虑建筑外观效果;
三、产品优势特点
光伏建筑一体化具有以下一些优势:
(1)建筑物能为光伏系统提供足够的面积,不需要另占土地,直接利用幕墙的支撑结构,节省材料费,不会重复建设;太阳电池是固态半导体器件,发电时无转动部件、无噪声,对环境不造成污染;
(2)可就地发电、就地使用,减少电力输送过程的费用和能耗,省去输电费用;自发自用,有削峰的作用,带储能可以用作备用电源。分散发电,避免传输和分电损失(5-10%),降低输电和分电投资和维修成本;并使建筑物的外观更有魅力。
(3)因日照强时恰好是用电高峰期,BIPV系统除可以保证自身建筑内用电外,在一定条件下还可能向电网供电,舒缓了高峰电力需求,解决电网峰谷供需矛盾,具有极大的社会效益;
(4)杜绝了由一般化石燃料发电所带来的严重空气污染,这对于环保要求更高的今天和未来极为重要。
四、效益分析、采用BIVP的必要性
本光伏系统总安装功率为:147.4KW,预计年平均发电量约为26万 kWh。使用太阳能光伏发电将减少火力发电所导致的环境污染,从而减少国家治理污染的支出,具有难以估量的间接收益。
1、经济效益分析
25年内节电量为650万kWh,25年至少可节约电费¥1300万元。
25年共节约一次性能源量:2340吨标准煤;
节约国家火电建设成本:88.5万元;
节约25年火电运营成本:247万元;
减少25年环境综合治理费用292.5万元。
2、环境效益分析
每年可减排CO2、SO2、NOX、等的量如下:
3、社会效益分析
1)本项目单纯按发电量来算,其经济值是较低的;与常规能源相比,费用仍然比较高,这也是制约太阳能光伏应用的主要因素。然而,我们也应看到,治理常规能源所造成的污染是一项很大的“隐蔽”费用,一些国家对化石燃料的价格也进行了补贴。
2)太阳能光伏发电虽一次性投资较大,但其运行费用很低。
3)太阳能光伏与建筑相结合是一个方兴未艾的领域,有着巨大的市场潜力。
五、结束语
BIPV技术是直接将光伏发电技术应用于建筑之上,可节省大量的占地面积,今后必将成为太阳能领域的生力军,为我国的太阳能发展做出重要贡献。同时,通过科学技术的进步,通过大力推广和应用BIPV技术,使BIPV技术大规模产业化,不断降低成本,该技术一定会成为新能源应用领域的重要方向。沈阳恒隆中街广场光伏项目的建设,积极响应国家大力推广可再生能源的号召,不仅在东北地区起到了积极的示范效应,也为地产界成功运用新技术新能源起到了良好的榜样作用。
参考文献:
介绍了辽宁省分布式光伏发电的发展现状,分析了辽宁省分布式光伏发电发展中存在的主要困难和问题,并针对这些问题,提出了促进辽宁省分布式光伏发电发展的对策建议。
关键词:辽宁省;分布式光伏发电;现状;对策
中图分类号:
TB
文献标识码:A
文章编号:1672-3198(2014)18-0197-02
1 辽宁分布式光伏发电现状
1.1 分布式光伏发电的基本概念
在可再生能源中太阳能是资源最为丰富、最清洁的能源。光伏发电是根据光生伏特效应原理,利用太阳电池将太阳光能直接转化为电能。按照国际分布式能源联盟WADE的定义,分布式能源的主要特点是安装在用户端的,能够在消费地点(或附近)发电的系统。分布式光伏发电系统,又称分散式发电或分布式供能,是指在用户现场或靠近用电现场配置较小的光伏发电供电系统,以满足特定用户的需求,支持现存配电网的经济运行,或者同时满足这两个方面的要求。分布式光伏发电是一种新型的,具有广阔发展前景的清洁发电利用方式,它倡导就近发电、就近并网、就近转换、就近使用的原则,不仅能够有效提高同等规模光伏发电站的发电量,同时还有效解决了电力在升压及长途运输中的损耗问题。在我国,分布式光伏发电也因为输出功率相对较小、污染小、能缓解局地用电紧张状况的特点,而被业内寄予厚望。
1.2 辽宁太阳能资源概况
根据国家气象局风能太阳能评估中心划分标准,辽宁属于太阳能资源二类地区(资源较富带):全年辐射量在5400~6700MJ/,相当于180~230kg标准煤燃烧所发出的热量。据沈阳区域气候中心辽宁省太阳能资源评估报告显示:辽宁省年均太阳能辐射总量大于每平方米5000兆焦,年日照小时数超过2200小时,除东部山区外,总体上属于太阳能资源比较丰富地区,尤其是整个朝阳地区以及盘锦、营口、大连的沿海地带,太阳能资源丰富;历年变化相对平稳,各年代呈小幅度波动;春夏季好,秋冬季差,5月份最好,12月份最差。
根据辽宁各地年均太阳总辐射量,可将太阳能资源划分为丰富区、较丰富区、一般区、较小区4个区域。Ⅰ级:太阳能资源丰富区。包括辽东湾东部沿海、大连和长山群岛以及辽西北的建平县。这些地区的年均总辐射量大于5200MJ/,年日照时数一般超过2700h,可以充分的利用太阳能资源进行大规模的发电或热利用。Ⅱ级:太阳能资源较丰富区。主要包括辽西、辽西南、辽南地区以及辽北一带。该地区年均总辐射量处于(5000~5200)MJ/,年日照时数一般超过2600h,可以在该区域推广应用太阳能采暖、农业温室、太阳能热水器等。Ⅲ级:太阳能资源受限区。主要分布在辽宁省的中东部地区。这些地区的年均总辐射量处于(4800~5000)MJ/,年日照时数一般在2400~2600h之间。该地区太阳能资源仍有利用价值,可开展农业温室、太阳能路灯、太阳能电池备用通讯等。Ⅳ级:太阳能资源短缺区。位于辽宁省东部山区,包括抚顺东部和整个本溪地区。该地区的年均总辐射量小于4800 MJ/,年日照时数少于2500h。该区太阳能资源较少,一般只能小规模、季节性或临时性的利用。以上数据表明,辽西、辽西南、辽南地区以及辽北一带为太阳能资源较丰富区,可以充分的利用太阳能资源进行大规模的发电或热利用。
1.3 辽宁分布式光伏发电发展现状
2013年,在国务院《关于促进光伏产业健康发展的若干意见》及一系列配套政策支持下,光伏发电快速发展。截至2013年底,全国累计并网运行光伏发电装机容量1942万千瓦,其中光伏电站1632万千瓦,分布式光伏310万千瓦,全年累计发电量90亿千瓦时。2013年新增光伏发电装机容量1292万千瓦,其中光伏电站1212万千瓦,分布式光伏80万千瓦。
2014年初,国家能源局提出全年光伏发电新增备案总规模1400万千瓦,其中给予分布式光伏的备案规模就达到800万千瓦。国家能源局8月7日的数据显示,今年上半年,全国新增分布式光伏发电并网容量99万千瓦,超过2013年全年分布式光伏新增并网容量。2013年12月5日,辽宁地区首个超兆瓦级分布式电源项目大连电机集团有限公司分布式电源项目并网接电,并网容量共计3000千瓦,电能消纳方式为自发自用余量上网。2014年辽宁省计划增分布式光伏发电建设规模20万千瓦。
2 辽宁省分布式光伏发电发展中存在的主要困难和问题
2.1 发电成本较高,缺乏市场竞争优势
分布式光伏发电具有小而分散、技术简化等特点,但目前每瓦成本还需7元左右,成本仍比较高。要想扩大推广范围,降低成本是亟需解决的问题。分布式光伏发电泛指满足自发自用比例、单个并网点在6MW以下的光伏发电项目,这类项目通常从几千瓦到几兆瓦不等,单个项目容量越小,单位造价越高。即便是兆瓦级的大型分布式项目,LCOE(度电成本核算)也基本都在0.8元/(kW・h)左右,相比光伏发电时段(早8点到下午4点左右)工商业正常用电加权平均价格(0.7~0.9元/(kW・h)),价格优势也并不明显。即便加上国家给予的分布式补贴0.42元/(kW・h),项目的投资回报率也不是很高,投资收回年限基本都在6~8年左右。从辽宁省自建且已并网的家庭光伏电站来看,投资一个中等规模的家庭光伏电站,需要投入5万元―8万元,这种电站成本回收期一般都在10年以上,最长的甚至称要20年。另外,专业市场的缺乏也抬高了家庭光伏市场的门槛,因为光伏电站建设依靠专业技术,大多数普通居民人难以自己解决。从经验上来说,由于余电上网部分卖给电网公司只能得到脱硫煤标杆上网电价(0.25~0.52元/(kW・h)不等)加0.42元/(kW・h)的补贴,就目前居民用电价格水平来说,靠家庭光伏电站投资赚钱几乎没有可能性。家庭光伏电站的意义主要体现在试验和环保示范效应上,投资回报期长和低盈利性,制约着家庭光伏电站的推广。
2.2 并网服务工作效率低,电费结算及回收难度较大
虽然国家发改委的《分布式发电项目管理暂行办法》等文件也对分布式电源接入电网和运行作了具体规定,在一定程度上解决了分布式发电项并网难这一关键问题。但在分布式发电项目的备案程序、并网程序、审核办法、验收程序、技术标准、补贴发放等执行层面,尚缺少细则的支持。各地方电网对并网没有细化标准,审批手续复杂,工作效率低,导致一些准备建设光伏发电项目的企业单位、公共建筑,都打消了念头。由于分布式光伏发电项目属于新型发电业务,目前在居民分布式光伏发电上网电费结算过程中还存在一些困难。按照国家财税政策规定,居民分布式光伏发电客户结算上网电量时,需向供电企业提供结算凭证,即销售发票。而居民无法开具增值税发票,供电企业就不能根据现有政策进行财务处理。
2.3 项目单位和用户不是同一主体,经济关系复杂,融资平台仍不完善
目前应用最为广泛的分布式光伏发电系统,是建在城市建筑物屋顶的光伏发电项目。建筑物屋顶拥有者、项目单位和用户不是同一主体,经济关系复杂,利益难以平衡。造成很多分布式光伏发电项目申请下来后无法顺利推进,或由于没有可租用的大面积连片屋顶,建设成本难以控制。目前,国家电网只承认拥有大产权的房屋住户拥有自主上网发电的资格。但是,还存在着一部分小产权房的业主希望建设光伏发电项目。国家电网实际上也为他们提供了用电服务,但当这些人建设光伏电站时,却不允许其并网发电。这不仅有失公平,更会丧失一部分潜在的光伏电站建设者。
3 促进辽宁分布式光伏发电发展对策建议
3.1 通过技术创新和政策支持,削减光伏发电成本
近20年来,欧洲、日本等发达国家光伏应用发展迅速,究其原因在于:一是科技,二是补贴政策。因此,我国可以借鉴国外发达国家的经验,通过技术创新和补贴方法降低成本,使分布式光伏发电得到推广。另一方面,地方政府价格主管部门应从国家保障能源安全和供应的角度出发,充分考虑太阳能特点和不同地区的差异,按照有利于太阳能电力经济合理发展的原则,尽快细化居民光伏发电税收优惠度和补贴政策标准,并根据发展需要适时调整,使得普通居民安装家庭光伏电站有利可图。同时,也要进行服务模式创新,以有效推动这个市场的发展。在建立光伏专业服务市场和服务模式创新方面,可以借鉴美国的太阳能租赁模式。
3.2 加强电网规划和建设,提高分布式光伏发电项目并网服务水平
电网企业应加强电网规划和建设,提高电网吸纳光伏发电的能力,为光伏发电企业提供结网服务;要按照《中华人民共和国可再生能源法》的要求,与光伏发电企业签订并网协议,优先调度和全额收购其电网覆盖范围内符合并网技术标准的并网光伏发电项目的上网电量,并及时结算电费。
为规范分布式光伏发电项目并网管理工作,提高分布式光伏发电项目并网服务水平,各地电网企业应广泛开展分布式光伏发电并网服务业务的相关培训,内容涵盖光伏并网服务工作动态、服务举措、项目进展情况和光伏发电相关知识等,使员工增强了对该项工作的认识。对此,沈阳供电公司要求针对设备安装、检修维护等各环节的流程规范开展系统排查,加强现场勘察,明确光伏发电用户危险点,堵塞管理漏洞,消除风险和安全隐患,完善安全保障措施,实施安全管控措施,梳理停电通知等流程。同时明确安全责任义务,在调度和运行单位建立详细的用户档案,加强光伏用户发电管理。
3.3 政府主导、统筹协调,创新分布式光伏发电投资运营模式
分布式光伏发电作为一项新技术,在成本上还高于常规能源,在发电特性上又是波动的,在现阶段不可能单纯依靠市场自我发展,还需要各级政府的积极扶持。地方政府应做好屋顶资源的统筹协调工作,引导建筑业主在符合安全的条件下积极开展或配合开展光伏运用,协调电网接入、项目备案、建筑管理等事宜。可根据需要,对达到一定屋顶面积、符合安全条件且适宜安装光伏的新建和扩建建筑物要求同步安装或预留光伏发电设施。地方政府还可以将建筑光伏发电应用纳入节能减排的考核及奖惩制度,并允许分布式光伏发电量折算成节能量和减排量参与相关交易,进一步增加经济效益。同时,应放宽投资主体限制,让投资主体更加多元化,鼓励民间资本进入分布式光伏发电领域,创新分布式光伏投资运营模式。
3.4 加大人才培养力度,是做强辽宁光伏发电行事业的根本
光伏发电行业是一个新兴行业,发展也非常迅速。正因为这样的行业特点和现状,使得该行业的专业人才严重缺乏。人力资源是一个行业发展的基础。为应对人才的紧缺局面,我省一些高校设立了相关专业,如沈阳工程学院,已经于2011年开始招收太阳能光热技术专业的学生,培养光伏发电一线技术人员。我省应大范围地进行光伏发电各层次的人才的培养和培训。有相关专业基础的高校都应该承担起为国家培养人才的责任。国家相关部门也应该在政策上对这些院校给予政策倾斜和必要的资金支持,帮助建立专业的硕士点和博士点的学科建设,以满足不同层次专业人才的培养需求。人才培养,要走校企合作,产学研相结合的道路。光伏发电专业作为一个工科专业,具有很强的实践性,需要有良好的实验环境和实践基地。
参考文献
关键词 光伏专业;应用型本科;人才培养模式;校企合作
中图分类号 G648.2 文献标识码 A 文章编号 1008-3219(2012)26-0031-04
随着全球性常规能源(煤炭、石油、天然气等)供给的日益紧缺以及环境污染和气候变暖问题的日益严峻,开发新型替代能源已刻不容缓。太阳能是一种取之不尽、用之不竭的可再生新能源,太阳能光伏发电则是一种零排放且能够规模应用(独立发电及并网发电)的能源技术,其开发与利用越来越引起人们的重视。据欧盟联合研究中心预测[1],太阳能光伏发电在21世纪将替代常规能源,而且将成为世界未来主要能源供应的主体,到本世纪末太阳能发电量将占全世界发电总量的70%。
近年来,我国光伏产业发展迅猛,自2007年起就一直位列世界光伏制造大国的首位。然而,与之不相适应的是光伏专业人才紧缺,尤其是从事实际光伏产品制造、光伏系统的使用和维护检修等生产应用领域的技能型人才非常匮乏。相关资料显示,2010年我国光伏产业产值超过3000亿元,从业人数超过30万人。预计未来3~5年,我国光伏产业年产能的增速有望超过35%。由此推算,国内光伏企业人才需求量巨大。
一、光伏专业及其人才培养现状
由于太阳能光伏发电是在2000年以后才得到世界各国的重视,太阳能光伏产业作为一个新兴产业在我国也是近几年才得到快速发展。因此,无论在国内还是国外,太阳能光伏专业都是一个全新的专业。目前,国外仅有澳大利亚的新南威尔士大学设立了专门的光伏与可再生能源工程学院,并开设了光伏与太阳能本科专业。国内少数重点大学(如上海交通大学、浙江大学、中山大学等)虽然成立了与光伏材料研究相关的研究所,但主要培养博士与硕士层次研究型人才。国内其他大学一般是在原有专业基础上设立太阳能光伏方向,如山东建筑大学在建筑学专业下设立太阳能建筑一体化方向,河北科技大学在应用物理专业下设立太阳能光伏方向,南昌大学在材料物理专业下设立光伏发电技术方向,江西科技学院在材料科学与工程专业下设立太阳能光伏工程方向,江西新余学院则专门开设了专科层次的光伏材料加工与应用技术专业。
与传统专业相比,目前我国应用型光伏专业开办时间比较短(普遍仅有2~3年时间),人才培养还处于摸索阶段。
二、“两平台+能力模块”人才培养模式概况
“两平台”是指在课程体系中设置通识教育课程和学科基础课程两个平台。“两平台”内设置的课程相对稳定,其作用主要是对学生进行基础知识教育、基本技能训练和基本应用能力培养。其中,通识教育课程平台由学校层面统一协调管理,注重科学教育与人文教育的融合,为学生奠定素质基础;而学科基础课程平台以专业所属院(系)管理为主,强调与专业交叉、融合,拓宽专业口径,以满足多个专业方向的需要。
“能力模块”是指在课程体系或实践教学环节中设置多个课程组合或实践教学环节组合,形成多个教学模块,其作用主要是对学生进行专业知识教育、专业技能训练和应用能力的培养。“能力模块”强调学生创新精神和实践能力的培养,以工程应用能力培养为主线,以加强实践教学环节为核心,注意与毕业设计紧密结合,设置系列专业方向课程或实践教学环节,注重解决实际问题的方法训练,提高学生的就业能力。“能力模块”属于专业教育内容,由专业所属院(系)设置并管理,以利于各院(系)根据自身的学科优势与专业特点设置“模块”并组织教学,其课程设置具有一定的灵活性与针对性,可以随社会需求进行相应调整。
三、基于“两平台+能力模块”的光伏专业应用型本科人才培养模式特色
以江西科技学院材料科学与工程(太阳能光伏工程方向)本科专业建设为例。
(一)人才培养目标定位
应用型本科院校培养的高级应用型人才既不同于综合性研究型大学所培养的理论型人才,也不同于职业性院校所培养的实用性技能人才。其不仅要掌握现代社会生产、建设与服务一线从事管理和直接操作的各种高级技能,还应具有将高新科技转化为生产力的能力,即具有设计和开发能力[2]。基于此,学校将光伏专业应用型本科人才培养目标定位为:立足于区域经济的行业发展,培养具备太阳能光伏工程方面知识和设计能力,具有创新精神和实践能力的一线高级应用型工程技术人才。
(二)课程体系设计
基于“两平台+能力模块”人才培养模式的要求,对光伏专业课程体系进行构建,如图1所示。
光伏专业应用型人才的能力包括社会能力、专业理论能力和专业技术能力三个方面。
社会能力的培养依托文化基础课程,包括英语、数学、计算机基础、物理、人文等课程,主要培养学生团队协作能力、良性竞争能力、职业道德能力、健康心理能力以及人际交往协调能力等。社会能力培养一般安排在第一学年。
专业理论能力的培养依托专业理论课程,包括概率论与数理统计、机械设计基础、工程力学及工程材料、电工电子基础及实习等课程,主要培养学生数据分析能力、机械加工设计能力以及电子电工基本操作能力,使学生具备良好的工程理论素养,为后续光伏专业技术能力的培养打好基础。专业理论能力培养一般安排在第二学年。
专业技术能力的培养依托专业技术课程,包括太阳能电池材料、硅片加工技术、材料物理导论、半导体物理学以及光伏发电系统的设计、施工及应用等课程,主要培养光伏材料制备能力、光伏电池加工能力、光伏电池性能检测能力和光伏系统设计及应用能力,具备这四大能力的光伏专业人才,可以在生产一线从事生产制造、设计、质量控制、产品检测及产品服务等工作。专业技术能力培养一般安排在第三、第四学年。
应用型本科课程教学强调将基础理论与专业理论有机结合,使学生“精专”与“博通”并举。因此,在理论课程知识方面强调“实基础”。所谓“实”,是指实在、实用,即基础理论知识以“必需、够用”为原则[3]。在课程内容上,从光伏产业需要的知识能力出发,对课程进行适当整合、精简处理。例如,可以对《材料物理导论》和《半导体物理学》中内容接近的部分进行整合,对教材中出现的大量不易理解的公式推导过程进行简化。创新教学手段,综合利用各种方法进行引导,以“用”导“学”,以“用”促“学”。如利用多媒体将光伏材料的制备、太阳电池的加工、光伏系统的设计及应用等知识点以图片和视频的案例形式展示给学生,以加深学生对相关知识的理解。
太阳能光伏专业作为新兴特色专业,目前缺乏现成的、公开出版的、具有针对性的教材。为避免课程内容与社会需求脱节,光伏专业教材开发可以从两方面入手:一是聘请在光伏企业有工作经历的工程师授课,把企业所需要的知识、信息及时反映到课程中来;二是专业教师根据太阳能光伏产业的特点,编写教材。
(三)实践教学资源建设
从江西科技学院材料科学与工程(太阳能光伏工程方向)本科专业培养方案的课程构成及学分比例(如表1所示)可以看出,其实践教学课时占总教学课时的比例达33.2%,其中,集中实践环节的学分占总学分的比例达到17.22%。实践教学主要在校内实验实训基地和校外实习基地完成。
在光伏专业学科基础实践课程中,主要是电子电工实训和数控加工实训。电子电工实训的目的是让学生掌握常用电子元器件的识别选用、常用电子仪器仪表的使用、常用接线与电工线路布线、印制电路板设计与制作及电子产品的装配与调试等电工电路基本技能。数控加工实训的目的是让学生掌握金工实训、数控工艺及加工程序的编制、计算机辅助设计与制造实训、数控加工仿真实训及加工中心实训等机械加工基本技能。电子电工实训和数控加工实训主要是为后续太阳能光伏发电系统的设计施工及光伏电池加工封装实习打下基础。
在光伏专业技术能力模块实践课程中,校内实验实训包括三个方面:一是在太阳能电池工艺及性能实验室完成太阳能电池串焊、太阳能电池电特性(如太阳电池的开路电压、短路电流、填充因子、转换效率等)检测等训练;二是在太阳能光伏系统实验室,完成太阳能光伏发电系统的组装以及各部分(如蓄电池、控制器、逆变器等)的使用、维护训练;三是在光伏发电模拟系统实验室完成LED光伏照明系统、光伏物联网气象站、光伏充电器、光伏屋顶系统、新能源汽车系统等应用实验。条件允许的学校甚至可以组建达到一定发电规模的光伏太阳能发电站,不但为实验室提供能源,还可以作为实训基地来使用,让学生参与一些管理、维护和检修工作。
建立校外实习基地对于光伏专业应用型本科人才培养十分必要。首先,可以解决学校实验室建设经费不足的问题。因为一条光伏生产线(尤其是偏中上游的晶体硅太阳电池材料生产线)的投入成本巨大(均在亿元以上),学校不可能建设一条完整的生产线供学生实训。建立校外实习基地可以满足学生认识实习(如硅材料的提纯、硅棒的拉制等)和生产实习(如硅棒及硅锭的切片、PN结的形成、减反射膜的蒸镀、金属电极的制作、太阳电池片的层压封装等)的需要,从而使学校可以集中精力建设投资相对较小的太阳能电池性能测试实验室及光伏系统应用实验室。其次,学校可以定期派送校内专任教师到合作企业锻炼,促进学校“双师型”队伍的建设。最后,可以解决学生的就业问题。因为光伏专业的就业面窄,毕业生的就业选择相对较少,校企合作可以很好地解决学生就业问题。如江西科技学院在江西赛维LDK太阳能高科技有限公司及江西晶科能源有限公司建立了校外实习基地,双方开展订单式人才培养,学生在订单企业顶岗实习和就业。
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[3]汪禄应.应用型本科教育人才培养目标与课程体系建设[J].大学教育科学,2005(2):42-44.
Analysis on Talents Cultivation Mode of Photovoltaic Specialty of Applied Undergraduate
GUO Lian-gui,ZHANG Hong-tao,ZHOU Qing,ZENG Yu
(Jiangxi College of Science and Technology,Nanchang Jiangxi 330098,China)
关键词:老旧小区;改造;减碳;核算
2019年,中国的碳排放量达到92.29亿吨,超过了美国和欧盟的总和,占全球总排放量的近1/3,是世界上碳排放增量最大的国家[1]。为积极应对气候变化的战略要求,我国把应对气候变化作为国家重大战略和生态文明建设的重大举措。在2015年巴黎气候大会承诺我国碳排放将于2030年达到峰值,2030年单位GDP碳排放比2005年下降60%~65%[2]。2020年9月,在第75届联合国大会上我国提出,将努力在2060年实现“碳中和”。据联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)统计,建筑行业已成为全球三大温室气体排放源之一,排放了约40%的温室气体,且具有最大的节能潜力[3]。城市住宅建筑产生的碳排放占建筑行业碳排放的比例超过40%。2000年至2018年,中国城市住宅建筑产生的CO2排放量从2.891亿吨攀升至8.91亿吨[4]。目前已经有一些学者开展了社区层面的碳排放核算。例如,黄建等对苏州一个新建社区的碳排放进行核算,核算内容为建筑能耗、交通、废弃物处理、水资源四大系统在使用阶段所产生的碳排放,并且提出了一系列的碳减排方案[5]。陈莎等对北京既有社区的能源消耗(用电、用气、采暖)、交通出行、废弃物和绿地碳汇的碳排放进行了核算[6]。但是CarbonReductionPotentialAssessmentofOldResidentialTransformation老旧小区改造的减碳潜力评估较少有研究对老旧小区改造的减碳潜力进行量化评估。结合目前老旧小区改造工作的推进,在改造中增加低碳化目标并评估其减碳潜力,将对城市低碳发展有重要意义。
1研究方法
本文分别对老旧小区既有使用阶段的碳排放和技术措施的减碳潜力进行核算,核算清单如图1所示。首先从景观绿化、建筑单体、水资源、固废物和基础配套五个方面对老旧小区阶段的碳足迹进行核算,掌握老旧小区的碳排放现状。接下来,根据现场调研提出适用于老旧小区低碳化改造的技术措施,并基于生命周期理论对技术措施实施后可能实现的碳减排效益进行评估,评估内容包括施加减碳措施所增加的物化阶段碳排放(主要指新增建材生产、运输、施工)、拆除阶段所产生的碳排放(主要指新增建筑垃圾的处理)和所能降低的运行阶段碳排放量。核算采用排放因子法(Emission-FactorApproach)进行核算,排放因子法是IPCC提出的第一种碳排放方法,也是目前广泛应用的方法[7]。即温室气体排放量由排放源的活动水平与相对应的排放因子相乘得到。核算公式如下所示:E=∑Q×EF(1)其中,E为CO2排放量;Q为活动水平,活动水平数据量化了造成温室气体排放的活动,如居民生活电耗、气耗、水耗、绿地面积、焚烧处理的废弃物量等,该数据将通过实地调研进行采集;EF为排放因子,即每一单位活动水平所对应的CO2排放量,例如:kgCO2/kWh,kgCO2/m2草地面积等。各个阶段的具体核算公式和对应的碳排放因子主要参考住建部颁布的《建筑碳排放计算标准》GB/T51366-2019[8];部分碳排放因子来源于相关文献[9-12]。
2案例计算
2.1案例概况
研究选取位于浙江省杭州市的和睦新村作为研究对象。和睦新村建造于1988年,共有54幢住宅,现有3566户居民,建筑面积17万m2。以50年的设计使用年限为参照,该小区的剩余使用年限为16年。
2.2既有使用阶段的核算
本案例既有使用阶段的活动水平数据及其来源见表1。通过对住户进行抽样问卷调查获取居住建筑内部的电耗、气耗和水耗,共计咨询了64户;其他公共区域的活动水平数据通过总平面图、实地调研、咨询社区管理部门和参考行业统计值进行确定。按照所收集的活动水平数据进行核算,得到本案例改造前使用阶段的碳排放结果如图3所示。改造前使用阶段的碳排放为9721tCO2/年,单位建筑面积排放57.18kgCO2/(m2·年),人均碳排放为1155.1kgCO2/年。其中景观绿化碳汇抵消了-3.29%的排放;建筑单体耗能产生碳排放占比最高(84.17%),其次是固体废弃物处理(10.20%),水资源和基础配套的碳排放分别占8.62%和0.30%。从各活动水平的碳排放来看,最主要的碳排放源是居住建筑电耗、气耗和固体废弃物(大多数为生活垃圾)。
2.3减碳措施的核算
对该小区进行了实地调研,认为可以实施的改造措施包括建筑单体层面的节能灯具更换、太阳能光伏利用、屋面保温增设;水资源方面的雨污分流改造、雨水回收利用;固废物方面的垃圾回收处理和基础配套层面的节能路灯更换。2.3.1分项核算(1)建筑单体(a)更换节能灯具老旧小区内的单元楼道内灯具光源还存在白炽灯的使用,更换为LED节能高效光源能够降低能耗。假设原本为12W的灯具,日工作时长为8小时;更换为自动感应节能灯具,功率为6W,日工作时长缩短为6小时。则每年能够节约电耗34MWh。考虑灯具的生产和拆除所产生的排放,案例更换节能灯具的碳排放影响如表2所示,合计能够降低384.5tCO2,拆除阶段的碳减排来源于建材的回收利用。(b)太阳能光伏增设太阳能光伏技术的发展和应用对于建筑节能减排有很大的现实意义,在居住建筑中应用太阳能光伏系统,对于整个生态城市的建设有巨大价值[13]。城镇老旧小区改造为推广建筑光伏系统提供了机遇[14]。假设屋面光伏可利用系数取0.5[15],铺设发电效率为15%的单晶硅发电组件,光伏发电系统的损失效率为25%[8],则使用阶段光伏系统的发电量可根据下式进行计算。(2)式中,Epv——光伏系统发电量(kWh);I——光伏电池表面的太阳辐射强度(kWh/m2);KE——光伏电池发电效率(%);ε——光伏系统损失效率(%);Ap——光伏系统面积(m2)。根据相关研究[16],1m2光伏组件在生产阶段和使用阶段分别产生160.86kgCO2和4.93kgCO2的碳排放,拆除阶段的碳排放为-9.88kgCO2。该小区的屋顶建筑面积合计为32684m2,经核算,案例增设屋面太阳能光伏的碳排放影响如表3所示。该项措施在物化阶段产生的碳排放比较高,但使用阶段的减碳效益也更加显著,能够降低小区生命周期碳排放量17867.9tCO2。(c)屋面保温增设既有建筑的围护结构热工性能较差,能耗损失严重。增设屋面保温将对住宅供暖、空调能耗产生较好的效益。根据相关研究,若既有住宅建筑的屋面增设40mm厚挤塑聚苯板(XPS),采暖制冷能耗能够降低12%左右[17,18]。基于此,若在案例小区的改造中,增设所有居住建筑的屋面保温,将能够取得很高的节能减排效果,核算结果如表4所示,实现生命周期碳减排4340.4tCO2。(2)水资源(a)雨污分流改造由于建设年代较早,老旧小区的排水系统大多为雨污合流系统,造成污水处理厂进水水质低下,降低了污水处理厂的运行效率[19]。对排水管网进行雨污分流改造,能够减少合流至污水处理厂时雨水处理所消耗的能耗,降低对环境的污染。本案例需要改造管网9000m,开挖、移除土方4648m3,回填764m3,当地年降水量1378.5mm。改造施工工艺,即开挖、移除土方和填土碾压平整的碳排放因子分别为1.05kgCO2/m3和0.99kgCO2/m3。经核算,案例进行雨污分流改造后能够降低小区生命周期碳排放368.6tCO2,见表5。(b)屋面雨水回用浙江省降水量较为充沛,具备雨水回用条件。此外雨水资源化还能提高城市的雨洪调节功能,具有良好的节水效能和环境生态效益。小区屋面雨水不直接与地面接触,污染小,并且可借助檐沟、雨落管直接收集利用[20],在雨水路径的末端增设蓄水池、雨水处理设备收集回用雨水,可以用于小区内绿化及路面浇洒[21]。雨水回用的计算方法如下[22]:(3)式中,Wya为雨水年径流量(m3);Ψc为径流系数,下垫面为硬质屋面,取0.9;ha为常年降雨厚度(mm);F为计算汇水面积(hm3)。根据计算,案例的蓄水池容积为215m3,采用混凝土浇筑;年雨水回收利用量为23350m3。计算得到案例中增设雨水回用系统后的碳排放影响如表6所示,使用阶段的碳排放能够降低112.1tCO2,考虑物化阶段和拆除阶段,最终实现减碳量为84.5tCO2。(3)垃圾回收利用小区内垃圾收集较为杂乱,且垃圾收集点破旧,垃圾桶放在外面供居民投放,管理不佳。如果能够增加小区内垃圾分类宣传,严格垃圾分类投放管理,规范垃圾处理点,将能够提高小区内垃圾回收率,降低垃圾处理能耗。对案例小区内的23处垃圾分类收集设施进行更新,预计消耗主要建材包括混凝土12.7m3,混凝土砖7.3m3,页岩砖14.0m3。预计实施改造后,生活垃圾回收利用率能够提升14.53%。核算结果如表7所示,该措施在生命周期能够实现2294.3tCO2的减碳量。2.3.2综合碳减排效益六项技术措施在本案例小区产生的生命周期碳排放影响如图4所示。屋面太阳能光伏增设能实现非常可观的减碳效果,超过17000tCO2,其次是屋面保温增设和垃圾回收利用,实现减碳量超过2000tCO2,更换节能灯具和雨污分流改造的减碳量约400tCO2,屋顶雨水回用实现的减碳量相对较少。基于生命周期理论,案例小区在实施这六项减碳技术后共能实现碳排放降低25340.2tCO2,措施在物化阶段和拆除阶段产生了2518.6tCO2。碳减排效益主要来源于建筑单体的减碳(22592.8tCO2),其次是固废物,减少2294.3tCO2,水资源方面共实现了453.1tCO2的减碳量。案例小区实施这六项减碳措施后平均每年能够降低碳排放1563.8tCO2,减碳率能够达到16.3%。
结语