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我們公司屬于中國航天科技集團,對光伏的接觸從衛星應用開始,開始主要是從軍工研究角度出發,后來分離部分人員轉化從事民用光伏。上海神舟電力有限公司是主要從事終端為主的投資運營,主要是投資電站、運營電站,重點是在東部建設屋頂項目,在西北也建設了一些地面電站,主要是享受“金太陽”等政府補貼,對地方性政策的可持續性,我們沒有多少信心,所以我們所有財務核算基于國家政策,公司主要收益是發電上網,總共有不到30萬千瓦的容量。
廣亞集團項目概況
廣亞集團項目是2011年“金太陽”項目,共5500千瓦,前期的開發費用加上建設成本,核算下來成本大概為8.6元/瓦,以目前的電力價格測算,大約需要8年時間收回成本。這個項目目前的電力主要為自用,如果能夠實現余電上網,還將產生收益。
我們最初做余電上網的初衷并不是為了增加收益,屋頂建筑能不能存活25年對我們是個非常關鍵的問題,所以我們還是努力尋求上網賣電。主要是考慮即使這家企業以后破產倒閉,不再使用光伏屋頂發電的電力,我們還能靠賣電維持住運營。
現在,所謂的“金太陽”補貼政策一步一步退出歷史舞臺了。現在在廣東,光伏電站建設的各種前期費用,加上建設費用、工人費用及后期的運營,費用高額。通過廣亞的項目,我們也發現一些運營費用、設備保養費,還有接待費用也有較多支出。如果按現在的5.45元/瓦補貼進行測算,投資回收大約需要12年左右。因為供電補貼和“金太陽”最大區別在于投資回收期很長,前期投資很大。這個項目的投資我們公司自有資金占30%,其余依靠貸款,而很多企業并不能像我們一樣拿到6.65%的利率。
光伏電站的電量必須要自我消化掉才具有可行性,如果超過30%發電量要通過電網賣掉,那么因為目前種種原因,賣電收益還無法保障,所以項目的收益無法估算。
我們在廣亞集團的項目上收益較好,因為廣亞集團一個月大概耗電670萬度,而我們一年的發電量不到500萬度電,只占不到10%,所以我們在該項目獲得了較好的收益。去年11月正式并網,與廣亞集團每月結算一次。
光伏投資注意事項
我不太主張屋頂業主跨行去建光伏,隔行如隔山。從投資回收期計算,光伏投資十分優秀,但光伏在將來一段時間內受政策影響較大,而且跨行業做光伏的手續相當繁瑣,有并網立項協議、電網接入批復、調度協議、計量表改造、電力業務許可證等手續,這將占資金利用率相當大一部分。例如,傳統家電行業,雖然有豐厚的資金,但面對這些手續會非常吃力。所以建議資金有余的業主還是選擇能源合同管理模式。我們對于企業也有選擇,如果企業沒有良好的資金狀況,我們也沒有保障。
關于投資成本控制,我的建議是:首先要做好設計,這點非常重要,如果有好的設計,產出、發電量將有很大提升,其中電纜的成本和設計密切相關,設計不好電纜的使用會增加很多,導致投資成本增加。其次是目標區域的選擇,要參考輻射和電價兩個因素,像內蒙雖然輻射充足,但電價只有幾毛,電量產出雖然高,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.
關鍵詞:BIPV 幕墻 能源 太陽能
Keywords: BIPV, curtain wall, energy source, solar energy
中圖分類號: TK511 文獻標識碼: A 文章編號:
前言
面對全球能源環境問題,不少全新的設計理念應運而生,光伏建筑一體化(BIPV)就是應時代的召喚,油然而生的新生軍。
光伏建筑一體化BIPV(building integrated photovoltaic)就是將光伏發電系統和建筑幕墻、屋頂等建筑護結構系統有機的結合成一個整體結構。不但具有圍護結構的功能,同時又能產生電能,供建筑使用;是一種可以集發電、隔音、隔熱、安全和裝飾功能為一體的新型功能性建筑結構形式。
一、工程概況:
沈陽恒隆中街廣場工程位于沈陽市沈河區中街路,總建筑面積約18萬平方米,光伏系統總安裝面積約1750平方米,整個光伏系統共安裝有9900塊光伏組件,系統總安裝容量為147.4千瓦,是目前東北地區最大的光伏建筑一體化(BIPV)項目,也是國內第一個完全由地產商投資建設的光伏建筑一體化項目。
二、BIPV系統設計原則
BIPV系統主要由建筑護系統和光伏電氣系統兩部分組成。設計中需要參照以下原則:
1、護結構:屋面、幕墻
a、必須考慮美觀、耐用;
b、必須具備基本的建筑圍護功能;
c、必須滿足建筑及幕墻設計規范(載荷、受力)。
2、太陽能光伏發電系統:電力生產及分配
a、盡可能多地為建筑提供清潔的綠色能源;
b、作為電力系統,必須安全、穩定、可靠。
3、設計中著重考慮的因素
a、氣候條件:當地的氣象因素是太陽能系統今后發揮效能的最重要影響因素;我國幅原遼闊,各地的氣象條件,尤其是輻照強度差別很大,在系統設計中,應充分考慮這種差異。
b、建筑圍護系統:由于工程所在地的氣象條件不同,包括不同的基本風壓、雪壓;安裝的位置不同,如屋面、立面、雨蓬等,都會使圍護系統的結構不同;光伏組件的規格必須充分考慮建筑外觀效果;
三、產品優勢特點
光伏建筑一體化具有以下一些優勢:
(1)建筑物能為光伏系統提供足夠的面積,不需要另占土地,直接利用幕墻的支撐結構,節省材料費,不會重復建設;太陽電池是固態半導體器件,發電時無轉動部件、無噪聲,對環境不造成污染;
(2)可就地發電、就地使用,減少電力輸送過程的費用和能耗,省去輸電費用;自發自用,有削峰的作用,帶儲能可以用作備用電源。分散發電,避免傳輸和分電損失(5-10%),降低輸電和分電投資和維修成本;并使建筑物的外觀更有魅力。
(3)因日照強時恰好是用電高峰期,BIPV系統除可以保證自身建筑內用電外,在一定條件下還可能向電網供電,舒緩了高峰電力需求,解決電網峰谷供需矛盾,具有極大的社會效益;
(4)杜絕了由一般化石燃料發電所帶來的嚴重空氣污染,這對于環保要求更高的今天和未來極為重要。
四、效益分析、采用BIVP的必要性
本光伏系統總安裝功率為:147.4KW,預計年平均發電量約為26萬 kWh。使用太陽能光伏發電將減少火力發電所導致的環境污染,從而減少國家治理污染的支出,具有難以估量的間接收益。
1、經濟效益分析
25年內節電量為650萬kWh,25年至少可節約電費¥1300萬元。
25年共節約一次性能源量:2340噸標準煤;
節約國家火電建設成本:88.5萬元;
節約25年火電運營成本:247萬元;
減少25年環境綜合治理費用292.5萬元。
2、環境效益分析
每年可減排CO2、SO2、NOX、等的量如下:
3、社會效益分析
1)本項目單純按發電量來算,其經濟值是較低的;與常規能源相比,費用仍然比較高,這也是制約太陽能光伏應用的主要因素。然而,我們也應看到,治理常規能源所造成的污染是一項很大的“隱蔽”費用,一些國家對化石燃料的價格也進行了補貼。
2)太陽能光伏發電雖一次性投資較大,但其運行費用很低。
3)太陽能光伏與建筑相結合是一個方興未艾的領域,有著巨大的市場潛力。
五、結束語
BIPV技術是直接將光伏發電技術應用于建筑之上,可節省大量的占地面積,今后必將成為太陽能領域的生力軍,為我國的太陽能發展做出重要貢獻。同時,通過科學技術的進步,通過大力推廣和應用BIPV技術,使BIPV技術大規模產業化,不斷降低成本,該技術一定會成為新能源應用領域的重要方向。沈陽恒隆中街廣場光伏項目的建設,積極響應國家大力推廣可再生能源的號召,不僅在東北地區起到了積極的示范效應,也為地產界成功運用新技術新能源起到了良好的榜樣作用。
參考文獻:
介紹了遼寧省分布式光伏發電的發展現狀,分析了遼寧省分布式光伏發電發展中存在的主要困難和問題,并針對這些問題,提出了促進遼寧省分布式光伏發電發展的對策建議。
關鍵詞:遼寧省;分布式光伏發電;現狀;對策
中圖分類號:
TB
文獻標識碼:A
文章編號:1672-3198(2014)18-0197-02
1 遼寧分布式光伏發電現狀
1.1 分布式光伏發電的基本概念
在可再生能源中太陽能是資源最為豐富、最清潔的能源。光伏發電是根據光生伏特效應原理,利用太陽電池將太陽光能直接轉化為電能。按照國際分布式能源聯盟WADE的定義,分布式能源的主要特點是安裝在用戶端的,能夠在消費地點(或附近)發電的系統。分布式光伏發電系統,又稱分散式發電或分布式供能,是指在用戶現場或靠近用電現場配置較小的光伏發電供電系統,以滿足特定用戶的需求,支持現存配電網的經濟運行,或者同時滿足這兩個方面的要求。分布式光伏發電是一種新型的,具有廣闊發展前景的清潔發電利用方式,它倡導就近發電、就近并網、就近轉換、就近使用的原則,不僅能夠有效提高同等規模光伏發電站的發電量,同時還有效解決了電力在升壓及長途運輸中的損耗問題。在我國,分布式光伏發電也因為輸出功率相對較小、污染小、能緩解局地用電緊張狀況的特點,而被業內寄予厚望。
1.2 遼寧太陽能資源概況
根據國家氣象局風能太陽能評估中心劃分標準,遼寧屬于太陽能資源二類地區(資源較富帶):全年輻射量在5400~6700MJ/,相當于180~230kg標準煤燃燒所發出的熱量。據沈陽區域氣候中心遼寧省太陽能資源評估報告顯示:遼寧省年均太陽能輻射總量大于每平方米5000兆焦,年日照小時數超過2200小時,除東部山區外,總體上屬于太陽能資源比較豐富地區,尤其是整個朝陽地區以及盤錦、營口、大連的沿海地帶,太陽能資源豐富;歷年變化相對平穩,各年代呈小幅度波動;春夏季好,秋冬季差,5月份最好,12月份最差。
根據遼寧各地年均太陽總輻射量,可將太陽能資源劃分為豐富區、較豐富區、一般區、較小區4個區域。Ⅰ級:太陽能資源豐富區。包括遼東灣東部沿海、大連和長山群島以及遼西北的建平縣。這些地區的年均總輻射量大于5200MJ/,年日照時數一般超過2700h,可以充分的利用太陽能資源進行大規模的發電或熱利用。Ⅱ級:太陽能資源較豐富區。主要包括遼西、遼西南、遼南地區以及遼北一帶。該地區年均總輻射量處于(5000~5200)MJ/,年日照時數一般超過2600h,可以在該區域推廣應用太陽能采暖、農業溫室、太陽能熱水器等。Ⅲ級:太陽能資源受限區。主要分布在遼寧省的中東部地區。這些地區的年均總輻射量處于(4800~5000)MJ/,年日照時數一般在2400~2600h之間。該地區太陽能資源仍有利用價值,可開展農業溫室、太陽能路燈、太陽能電池備用通訊等。Ⅳ級:太陽能資源短缺區。位于遼寧省東部山區,包括撫順東部和整個本溪地區。該地區的年均總輻射量小于4800 MJ/,年日照時數少于2500h。該區太陽能資源較少,一般只能小規模、季節性或臨時性的利用。以上數據表明,遼西、遼西南、遼南地區以及遼北一帶為太陽能資源較豐富區,可以充分的利用太陽能資源進行大規模的發電或熱利用。
1.3 遼寧分布式光伏發電發展現狀
2013年,在國務院《關于促進光伏產業健康發展的若干意見》及一系列配套政策支持下,光伏發電快速發展。截至2013年底,全國累計并網運行光伏發電裝機容量1942萬千瓦,其中光伏電站1632萬千瓦,分布式光伏310萬千瓦,全年累計發電量90億千瓦時。2013年新增光伏發電裝機容量1292萬千瓦,其中光伏電站1212萬千瓦,分布式光伏80萬千瓦。
2014年初,國家能源局提出全年光伏發電新增備案總規模1400萬千瓦,其中給予分布式光伏的備案規模就達到800萬千瓦。國家能源局8月7日的數據顯示,今年上半年,全國新增分布式光伏發電并網容量99萬千瓦,超過2013年全年分布式光伏新增并網容量。2013年12月5日,遼寧地區首個超兆瓦級分布式電源項目大連電機集團有限公司分布式電源項目并網接電,并網容量共計3000千瓦,電能消納方式為自發自用余量上網。2014年遼寧省計劃增分布式光伏發電建設規模20萬千瓦。
2 遼寧省分布式光伏發電發展中存在的主要困難和問題
2.1 發電成本較高,缺乏市場競爭優勢
分布式光伏發電具有小而分散、技術簡化等特點,但目前每瓦成本還需7元左右,成本仍比較高。要想擴大推廣范圍,降低成本是亟需解決的問題。分布式光伏發電泛指滿足自發自用比例、單個并網點在6MW以下的光伏發電項目,這類項目通常從幾千瓦到幾兆瓦不等,單個項目容量越小,單位造價越高。即便是兆瓦級的大型分布式項目,LCOE(度電成本核算)也基本都在0.8元/(kW?h)左右,相比光伏發電時段(早8點到下午4點左右)工商業正常用電加權平均價格(0.7~0.9元/(kW?h)),價格優勢也并不明顯。即便加上國家給予的分布式補貼0.42元/(kW?h),項目的投資回報率也不是很高,投資收回年限基本都在6~8年左右。從遼寧省自建且已并網的家庭光伏電站來看,投資一個中等規模的家庭光伏電站,需要投入5萬元―8萬元,這種電站成本回收期一般都在10年以上,最長的甚至稱要20年。另外,專業市場的缺乏也抬高了家庭光伏市場的門檻,因為光伏電站建設依靠專業技術,大多數普通居民人難以自己解決。從經驗上來說,由于余電上網部分賣給電網公司只能得到脫硫煤標桿上網電價(0.25~0.52元/(kW?h)不等)加0.42元/(kW?h)的補貼,就目前居民用電價格水平來說,靠家庭光伏電站投資賺錢幾乎沒有可能性。家庭光伏電站的意義主要體現在試驗和環保示范效應上,投資回報期長和低盈利性,制約著家庭光伏電站的推廣。
2.2 并網服務工作效率低,電費結算及回收難度較大
雖然國家發改委的《分布式發電項目管理暫行辦法》等文件也對分布式電源接入電網和運行作了具體規定,在一定程度上解決了分布式發電項并網難這一關鍵問題。但在分布式發電項目的備案程序、并網程序、審核辦法、驗收程序、技術標準、補貼發放等執行層面,尚缺少細則的支持。各地方電網對并網沒有細化標準,審批手續復雜,工作效率低,導致一些準備建設光伏發電項目的企業單位、公共建筑,都打消了念頭。由于分布式光伏發電項目屬于新型發電業務,目前在居民分布式光伏發電上網電費結算過程中還存在一些困難。按照國家財稅政策規定,居民分布式光伏發電客戶結算上網電量時,需向供電企業提供結算憑證,即銷售發票。而居民無法開具增值稅發票,供電企業就不能根據現有政策進行財務處理。
2.3 項目單位和用戶不是同一主體,經濟關系復雜,融資平臺仍不完善
目前應用最為廣泛的分布式光伏發電系統,是建在城市建筑物屋頂的光伏發電項目。建筑物屋頂擁有者、項目單位和用戶不是同一主體,經濟關系復雜,利益難以平衡。造成很多分布式光伏發電項目申請下來后無法順利推進,或由于沒有可租用的大面積連片屋頂,建設成本難以控制。目前,國家電網只承認擁有大產權的房屋住戶擁有自主上網發電的資格。但是,還存在著一部分小產權房的業主希望建設光伏發電項目。國家電網實際上也為他們提供了用電服務,但當這些人建設光伏電站時,卻不允許其并網發電。這不僅有失公平,更會喪失一部分潛在的光伏電站建設者。
3 促進遼寧分布式光伏發電發展對策建議
3.1 通過技術創新和政策支持,削減光伏發電成本
近20年來,歐洲、日本等發達國家光伏應用發展迅速,究其原因在于:一是科技,二是補貼政策。因此,我國可以借鑒國外發達國家的經驗,通過技術創新和補貼方法降低成本,使分布式光伏發電得到推廣。另一方面,地方政府價格主管部門應從國家保障能源安全和供應的角度出發,充分考慮太陽能特點和不同地區的差異,按照有利于太陽能電力經濟合理發展的原則,盡快細化居民光伏發電稅收優惠度和補貼政策標準,并根據發展需要適時調整,使得普通居民安裝家庭光伏電站有利可圖。同時,也要進行服務模式創新,以有效推動這個市場的發展。在建立光伏專業服務市場和服務模式創新方面,可以借鑒美國的太陽能租賃模式。
3.2 加強電網規劃和建設,提高分布式光伏發電項目并網服務水平
電網企業應加強電網規劃和建設,提高電網吸納光伏發電的能力,為光伏發電企業提供結網服務;要按照《中華人民共和國可再生能源法》的要求,與光伏發電企業簽訂并網協議,優先調度和全額收購其電網覆蓋范圍內符合并網技術標準的并網光伏發電項目的上網電量,并及時結算電費。
為規范分布式光伏發電項目并網管理工作,提高分布式光伏發電項目并網服務水平,各地電網企業應廣泛開展分布式光伏發電并網服務業務的相關培訓,內容涵蓋光伏并網服務工作動態、服務舉措、項目進展情況和光伏發電相關知識等,使員工增強了對該項工作的認識。對此,沈陽供電公司要求針對設備安裝、檢修維護等各環節的流程規范開展系統排查,加強現場勘察,明確光伏發電用戶危險點,堵塞管理漏洞,消除風險和安全隱患,完善安全保障措施,實施安全管控措施,梳理停電通知等流程。同時明確安全責任義務,在調度和運行單位建立詳細的用戶檔案,加強光伏用戶發電管理。
3.3 政府主導、統籌協調,創新分布式光伏發電投資運營模式
分布式光伏發電作為一項新技術,在成本上還高于常規能源,在發電特性上又是波動的,在現階段不可能單純依靠市場自我發展,還需要各級政府的積極扶持。地方政府應做好屋頂資源的統籌協調工作,引導建筑業主在符合安全的條件下積極開展或配合開展光伏運用,協調電網接入、項目備案、建筑管理等事宜。可根據需要,對達到一定屋頂面積、符合安全條件且適宜安裝光伏的新建和擴建建筑物要求同步安裝或預留光伏發電設施。地方政府還可以將建筑光伏發電應用納入節能減排的考核及獎懲制度,并允許分布式光伏發電量折算成節能量和減排量參與相關交易,進一步增加經濟效益。同時,應放寬投資主體限制,讓投資主體更加多元化,鼓勵民間資本進入分布式光伏發電領域,創新分布式光伏投資運營模式。
3.4 加大人才培養力度,是做強遼寧光伏發電行事業的根本
光伏發電行業是一個新興行業,發展也非常迅速。正因為這樣的行業特點和現狀,使得該行業的專業人才嚴重缺乏。人力資源是一個行業發展的基礎。為應對人才的緊缺局面,我省一些高校設立了相關專業,如沈陽工程學院,已經于2011年開始招收太陽能光熱技術專業的學生,培養光伏發電一線技術人員。我省應大范圍地進行光伏發電各層次的人才的培養和培訓。有相關專業基礎的高校都應該承擔起為國家培養人才的責任。國家相關部門也應該在政策上對這些院校給予政策傾斜和必要的資金支持,幫助建立專業的碩士點和博士點的學科建設,以滿足不同層次專業人才的培養需求。人才培養,要走校企合作,產學研相結合的道路。光伏發電專業作為一個工科專業,具有很強的實踐性,需要有良好的實驗環境和實踐基地。
參考文獻
關鍵詞 光伏專業;應用型本科;人才培養模式;校企合作
中圖分類號 G648.2 文獻標識碼 A 文章編號 1008-3219(2012)26-0031-04
隨著全球性常規能源(煤炭、石油、天然氣等)供給的日益緊缺以及環境污染和氣候變暖問題的日益嚴峻,開發新型替代能源已刻不容緩。太陽能是一種取之不盡、用之不竭的可再生新能源,太陽能光伏發電則是一種零排放且能夠規模應用(獨立發電及并網發電)的能源技術,其開發與利用越來越引起人們的重視。據歐盟聯合研究中心預測[1],太陽能光伏發電在21世紀將替代常規能源,而且將成為世界未來主要能源供應的主體,到本世紀末太陽能發電量將占全世界發電總量的70%。
近年來,我國光伏產業發展迅猛,自2007年起就一直位列世界光伏制造大國的首位。然而,與之不相適應的是光伏專業人才緊缺,尤其是從事實際光伏產品制造、光伏系統的使用和維護檢修等生產應用領域的技能型人才非常匱乏。相關資料顯示,2010年我國光伏產業產值超過3000億元,從業人數超過30萬人。預計未來3~5年,我國光伏產業年產能的增速有望超過35%。由此推算,國內光伏企業人才需求量巨大。
一、光伏專業及其人才培養現狀
由于太陽能光伏發電是在2000年以后才得到世界各國的重視,太陽能光伏產業作為一個新興產業在我國也是近幾年才得到快速發展。因此,無論在國內還是國外,太陽能光伏專業都是一個全新的專業。目前,國外僅有澳大利亞的新南威爾士大學設立了專門的光伏與可再生能源工程學院,并開設了光伏與太陽能本科專業。國內少數重點大學(如上海交通大學、浙江大學、中山大學等)雖然成立了與光伏材料研究相關的研究所,但主要培養博士與碩士層次研究型人才。國內其他大學一般是在原有專業基礎上設立太陽能光伏方向,如山東建筑大學在建筑學專業下設立太陽能建筑一體化方向,河北科技大學在應用物理專業下設立太陽能光伏方向,南昌大學在材料物理專業下設立光伏發電技術方向,江西科技學院在材料科學與工程專業下設立太陽能光伏工程方向,江西新余學院則專門開設了專科層次的光伏材料加工與應用技術專業。
與傳統專業相比,目前我國應用型光伏專業開辦時間比較短(普遍僅有2~3年時間),人才培養還處于摸索階段。
二、“兩平臺+能力模塊”人才培養模式概況
“兩平臺”是指在課程體系中設置通識教育課程和學科基礎課程兩個平臺。“兩平臺”內設置的課程相對穩定,其作用主要是對學生進行基礎知識教育、基本技能訓練和基本應用能力培養。其中,通識教育課程平臺由學校層面統一協調管理,注重科學教育與人文教育的融合,為學生奠定素質基礎;而學科基礎課程平臺以專業所屬院(系)管理為主,強調與專業交叉、融合,拓寬專業口徑,以滿足多個專業方向的需要。
“能力模塊”是指在課程體系或實踐教學環節中設置多個課程組合或實踐教學環節組合,形成多個教學模塊,其作用主要是對學生進行專業知識教育、專業技能訓練和應用能力的培養。“能力模塊”強調學生創新精神和實踐能力的培養,以工程應用能力培養為主線,以加強實踐教學環節為核心,注意與畢業設計緊密結合,設置系列專業方向課程或實踐教學環節,注重解決實際問題的方法訓練,提高學生的就業能力。“能力模塊”屬于專業教育內容,由專業所屬院(系)設置并管理,以利于各院(系)根據自身的學科優勢與專業特點設置“模塊”并組織教學,其課程設置具有一定的靈活性與針對性,可以隨社會需求進行相應調整。
三、基于“兩平臺+能力模塊”的光伏專業應用型本科人才培養模式特色
以江西科技學院材料科學與工程(太陽能光伏工程方向)本科專業建設為例。
(一)人才培養目標定位
應用型本科院校培養的高級應用型人才既不同于綜合性研究型大學所培養的理論型人才,也不同于職業性院校所培養的實用性技能人才。其不僅要掌握現代社會生產、建設與服務一線從事管理和直接操作的各種高級技能,還應具有將高新科技轉化為生產力的能力,即具有設計和開發能力[2]。基于此,學校將光伏專業應用型本科人才培養目標定位為:立足于區域經濟的行業發展,培養具備太陽能光伏工程方面知識和設計能力,具有創新精神和實踐能力的一線高級應用型工程技術人才。
(二)課程體系設計
基于“兩平臺+能力模塊”人才培養模式的要求,對光伏專業課程體系進行構建,如圖1所示。
光伏專業應用型人才的能力包括社會能力、專業理論能力和專業技術能力三個方面。
社會能力的培養依托文化基礎課程,包括英語、數學、計算機基礎、物理、人文等課程,主要培養學生團隊協作能力、良性競爭能力、職業道德能力、健康心理能力以及人際交往協調能力等。社會能力培養一般安排在第一學年。
專業理論能力的培養依托專業理論課程,包括概率論與數理統計、機械設計基礎、工程力學及工程材料、電工電子基礎及實習等課程,主要培養學生數據分析能力、機械加工設計能力以及電子電工基本操作能力,使學生具備良好的工程理論素養,為后續光伏專業技術能力的培養打好基礎。專業理論能力培養一般安排在第二學年。
專業技術能力的培養依托專業技術課程,包括太陽能電池材料、硅片加工技術、材料物理導論、半導體物理學以及光伏發電系統的設計、施工及應用等課程,主要培養光伏材料制備能力、光伏電池加工能力、光伏電池性能檢測能力和光伏系統設計及應用能力,具備這四大能力的光伏專業人才,可以在生產一線從事生產制造、設計、質量控制、產品檢測及產品服務等工作。專業技術能力培養一般安排在第三、第四學年。
應用型本科課程教學強調將基礎理論與專業理論有機結合,使學生“精專”與“博通”并舉。因此,在理論課程知識方面強調“實基礎”。所謂“實”,是指實在、實用,即基礎理論知識以“必需、夠用”為原則[3]。在課程內容上,從光伏產業需要的知識能力出發,對課程進行適當整合、精簡處理。例如,可以對《材料物理導論》和《半導體物理學》中內容接近的部分進行整合,對教材中出現的大量不易理解的公式推導過程進行簡化。創新教學手段,綜合利用各種方法進行引導,以“用”導“學”,以“用”促“學”。如利用多媒體將光伏材料的制備、太陽電池的加工、光伏系統的設計及應用等知識點以圖片和視頻的案例形式展示給學生,以加深學生對相關知識的理解。
太陽能光伏專業作為新興特色專業,目前缺乏現成的、公開出版的、具有針對性的教材。為避免課程內容與社會需求脫節,光伏專業教材開發可以從兩方面入手:一是聘請在光伏企業有工作經歷的工程師授課,把企業所需要的知識、信息及時反映到課程中來;二是專業教師根據太陽能光伏產業的特點,編寫教材。
(三)實踐教學資源建設
從江西科技學院材料科學與工程(太陽能光伏工程方向)本科專業培養方案的課程構成及學分比例(如表1所示)可以看出,其實踐教學課時占總教學課時的比例達33.2%,其中,集中實踐環節的學分占總學分的比例達到17.22%。實踐教學主要在校內實驗實訓基地和校外實習基地完成。
在光伏專業學科基礎實踐課程中,主要是電子電工實訓和數控加工實訓。電子電工實訓的目的是讓學生掌握常用電子元器件的識別選用、常用電子儀器儀表的使用、常用接線與電工線路布線、印制電路板設計與制作及電子產品的裝配與調試等電工電路基本技能。數控加工實訓的目的是讓學生掌握金工實訓、數控工藝及加工程序的編制、計算機輔助設計與制造實訓、數控加工仿真實訓及加工中心實訓等機械加工基本技能。電子電工實訓和數控加工實訓主要是為后續太陽能光伏發電系統的設計施工及光伏電池加工封裝實習打下基礎。
在光伏專業技術能力模塊實踐課程中,校內實驗實訓包括三個方面:一是在太陽能電池工藝及性能實驗室完成太陽能電池串焊、太陽能電池電特性(如太陽電池的開路電壓、短路電流、填充因子、轉換效率等)檢測等訓練;二是在太陽能光伏系統實驗室,完成太陽能光伏發電系統的組裝以及各部分(如蓄電池、控制器、逆變器等)的使用、維護訓練;三是在光伏發電模擬系統實驗室完成LED光伏照明系統、光伏物聯網氣象站、光伏充電器、光伏屋頂系統、新能源汽車系統等應用實驗。條件允許的學校甚至可以組建達到一定發電規模的光伏太陽能發電站,不但為實驗室提供能源,還可以作為實訓基地來使用,讓學生參與一些管理、維護和檢修工作。
建立校外實習基地對于光伏專業應用型本科人才培養十分必要。首先,可以解決學校實驗室建設經費不足的問題。因為一條光伏生產線(尤其是偏中上游的晶體硅太陽電池材料生產線)的投入成本巨大(均在億元以上),學校不可能建設一條完整的生產線供學生實訓。建立校外實習基地可以滿足學生認識實習(如硅材料的提純、硅棒的拉制等)和生產實習(如硅棒及硅錠的切片、PN結的形成、減反射膜的蒸鍍、金屬電極的制作、太陽電池片的層壓封裝等)的需要,從而使學校可以集中精力建設投資相對較小的太陽能電池性能測試實驗室及光伏系統應用實驗室。其次,學校可以定期派送校內專任教師到合作企業鍛煉,促進學校“雙師型”隊伍的建設。最后,可以解決學生的就業問題。因為光伏專業的就業面窄,畢業生的就業選擇相對較少,校企合作可以很好地解決學生就業問題。如江西科技學院在江西賽維LDK太陽能高科技有限公司及江西晶科能源有限公司建立了校外實習基地,雙方開展訂單式人才培養,學生在訂單企業頂崗實習和就業。
參考文獻:
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[2]賈慧敏,趙艷芳,李珍.面向市場設專業變中求新建特色[J].中國職業技術教育,2005(27):31-32.
[3]汪祿應.應用型本科教育人才培養目標與課程體系建設[J].大學教育科學,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)
關鍵詞:老舊小區;改造;減碳;核算
2019年,中國的碳排放量達到92.29億噸,超過了美國和歐盟的總和,占全球總排放量的近1/3,是世界上碳排放增量最大的國家[1]。為積極應對氣候變化的戰略要求,我國把應對氣候變化作為國家重大戰略和生態文明建設的重大舉措。在2015年巴黎氣候大會承諾我國碳排放將于2030年達到峰值,2030年單位GDP碳排放比2005年下降60%~65%[2]。2020年9月,在第75屆聯合國大會上我國提出,將努力在2060年實現“碳中和”。據聯合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)統計,建筑行業已成為全球三大溫室氣體排放源之一,排放了約40%的溫室氣體,且具有最大的節能潛力[3]。城市住宅建筑產生的碳排放占建筑行業碳排放的比例超過40%。2000年至2018年,中國城市住宅建筑產生的CO2排放量從2.891億噸攀升至8.91億噸[4]。目前已經有一些學者開展了社區層面的碳排放核算。例如,黃建等對蘇州一個新建社區的碳排放進行核算,核算內容為建筑能耗、交通、廢棄物處理、水資源四大系統在使用階段所產生的碳排放,并且提出了一系列的碳減排方案[5]。陳莎等對北京既有社區的能源消耗(用電、用氣、采暖)、交通出行、廢棄物和綠地碳匯的碳排放進行了核算[6]。但是CarbonReductionPotentialAssessmentofOldResidentialTransformation老舊小區改造的減碳潛力評估較少有研究對老舊小區改造的減碳潛力進行量化評估。結合目前老舊小區改造工作的推進,在改造中增加低碳化目標并評估其減碳潛力,將對城市低碳發展有重要意義。
1研究方法
本文分別對老舊小區既有使用階段的碳排放和技術措施的減碳潛力進行核算,核算清單如圖1所示。首先從景觀綠化、建筑單體、水資源、固廢物和基礎配套五個方面對老舊小區階段的碳足跡進行核算,掌握老舊小區的碳排放現狀。接下來,根據現場調研提出適用于老舊小區低碳化改造的技術措施,并基于生命周期理論對技術措施實施后可能實現的碳減排效益進行評估,評估內容包括施加減碳措施所增加的物化階段碳排放(主要指新增建材生產、運輸、施工)、拆除階段所產生的碳排放(主要指新增建筑垃圾的處理)和所能降低的運行階段碳排放量。核算采用排放因子法(Emission-FactorApproach)進行核算,排放因子法是IPCC提出的第一種碳排放方法,也是目前廣泛應用的方法[7]。即溫室氣體排放量由排放源的活動水平與相對應的排放因子相乘得到。核算公式如下所示:E=∑Q×EF(1)其中,E為CO2排放量;Q為活動水平,活動水平數據量化了造成溫室氣體排放的活動,如居民生活電耗、氣耗、水耗、綠地面積、焚燒處理的廢棄物量等,該數據將通過實地調研進行采集;EF為排放因子,即每一單位活動水平所對應的CO2排放量,例如:kgCO2/kWh,kgCO2/m2草地面積等。各個階段的具體核算公式和對應的碳排放因子主要參考住建部頒布的《建筑碳排放計算標準》GB/T51366-2019[8];部分碳排放因子來源于相關文獻[9-12]。
2案例計算
2.1案例概況
研究選取位于浙江省杭州市的和睦新村作為研究對象。和睦新村建造于1988年,共有54幢住宅,現有3566戶居民,建筑面積17萬m2。以50年的設計使用年限為參照,該小區的剩余使用年限為16年。
2.2既有使用階段的核算
本案例既有使用階段的活動水平數據及其來源見表1。通過對住戶進行抽樣問卷調查獲取居住建筑內部的電耗、氣耗和水耗,共計咨詢了64戶;其他公共區域的活動水平數據通過總平面圖、實地調研、咨詢社區管理部門和參考行業統計值進行確定。按照所收集的活動水平數據進行核算,得到本案例改造前使用階段的碳排放結果如圖3所示。改造前使用階段的碳排放為9721tCO2/年,單位建筑面積排放57.18kgCO2/(m2·年),人均碳排放為1155.1kgCO2/年。其中景觀綠化碳匯抵消了-3.29%的排放;建筑單體耗能產生碳排放占比最高(84.17%),其次是固體廢棄物處理(10.20%),水資源和基礎配套的碳排放分別占8.62%和0.30%。從各活動水平的碳排放來看,最主要的碳排放源是居住建筑電耗、氣耗和固體廢棄物(大多數為生活垃圾)。
2.3減碳措施的核算
對該小區進行了實地調研,認為可以實施的改造措施包括建筑單體層面的節能燈具更換、太陽能光伏利用、屋面保溫增設;水資源方面的雨污分流改造、雨水回收利用;固廢物方面的垃圾回收處理和基礎配套層面的節能路燈更換。2.3.1分項核算(1)建筑單體(a)更換節能燈具老舊小區內的單元樓道內燈具光源還存在白熾燈的使用,更換為LED節能高效光源能夠降低能耗。假設原本為12W的燈具,日工作時長為8小時;更換為自動感應節能燈具,功率為6W,日工作時長縮短為6小時。則每年能夠節約電耗34MWh。考慮燈具的生產和拆除所產生的排放,案例更換節能燈具的碳排放影響如表2所示,合計能夠降低384.5tCO2,拆除階段的碳減排來源于建材的回收利用。(b)太陽能光伏增設太陽能光伏技術的發展和應用對于建筑節能減排有很大的現實意義,在居住建筑中應用太陽能光伏系統,對于整個生態城市的建設有巨大價值[13]。城鎮老舊小區改造為推廣建筑光伏系統提供了機遇[14]。假設屋面光伏可利用系數取0.5[15],鋪設發電效率為15%的單晶硅發電組件,光伏發電系統的損失效率為25%[8],則使用階段光伏系統的發電量可根據下式進行計算。(2)式中,Epv——光伏系統發電量(kWh);I——光伏電池表面的太陽輻射強度(kWh/m2);KE——光伏電池發電效率(%);ε——光伏系統損失效率(%);Ap——光伏系統面積(m2)。根據相關研究[16],1m2光伏組件在生產階段和使用階段分別產生160.86kgCO2和4.93kgCO2的碳排放,拆除階段的碳排放為-9.88kgCO2。該小區的屋頂建筑面積合計為32684m2,經核算,案例增設屋面太陽能光伏的碳排放影響如表3所示。該項措施在物化階段產生的碳排放比較高,但使用階段的減碳效益也更加顯著,能夠降低小區生命周期碳排放量17867.9tCO2。(c)屋面保溫增設既有建筑的圍護結構熱工性能較差,能耗損失嚴重。增設屋面保溫將對住宅供暖、空調能耗產生較好的效益。根據相關研究,若既有住宅建筑的屋面增設40mm厚擠塑聚苯板(XPS),采暖制冷能耗能夠降低12%左右[17,18]。基于此,若在案例小區的改造中,增設所有居住建筑的屋面保溫,將能夠取得很高的節能減排效果,核算結果如表4所示,實現生命周期碳減排4340.4tCO2。(2)水資源(a)雨污分流改造由于建設年代較早,老舊小區的排水系統大多為雨污合流系統,造成污水處理廠進水水質低下,降低了污水處理廠的運行效率[19]。對排水管網進行雨污分流改造,能夠減少合流至污水處理廠時雨水處理所消耗的能耗,降低對環境的污染。本案例需要改造管網9000m,開挖、移除土方4648m3,回填764m3,當地年降水量1378.5mm。改造施工工藝,即開挖、移除土方和填土碾壓平整的碳排放因子分別為1.05kgCO2/m3和0.99kgCO2/m3。經核算,案例進行雨污分流改造后能夠降低小區生命周期碳排放368.6tCO2,見表5。(b)屋面雨水回用浙江省降水量較為充沛,具備雨水回用條件。此外雨水資源化還能提高城市的雨洪調節功能,具有良好的節水效能和環境生態效益。小區屋面雨水不直接與地面接觸,污染小,并且可借助檐溝、雨落管直接收集利用[20],在雨水路徑的末端增設蓄水池、雨水處理設備收集回用雨水,可以用于小區內綠化及路面澆灑[21]。雨水回用的計算方法如下[22]:(3)式中,Wya為雨水年徑流量(m3);Ψc為徑流系數,下墊面為硬質屋面,取0.9;ha為常年降雨厚度(mm);F為計算匯水面積(hm3)。根據計算,案例的蓄水池容積為215m3,采用混凝土澆筑;年雨水回收利用量為23350m3。計算得到案例中增設雨水回用系統后的碳排放影響如表6所示,使用階段的碳排放能夠降低112.1tCO2,考慮物化階段和拆除階段,最終實現減碳量為84.5tCO2。(3)垃圾回收利用小區內垃圾收集較為雜亂,且垃圾收集點破舊,垃圾桶放在外面供居民投放,管理不佳。如果能夠增加小區內垃圾分類宣傳,嚴格垃圾分類投放管理,規范垃圾處理點,將能夠提高小區內垃圾回收率,降低垃圾處理能耗。對案例小區內的23處垃圾分類收集設施進行更新,預計消耗主要建材包括混凝土12.7m3,混凝土磚7.3m3,頁巖磚14.0m3。預計實施改造后,生活垃圾回收利用率能夠提升14.53%。核算結果如表7所示,該措施在生命周期能夠實現2294.3tCO2的減碳量。2.3.2綜合碳減排效益六項技術措施在本案例小區產生的生命周期碳排放影響如圖4所示。屋面太陽能光伏增設能實現非常可觀的減碳效果,超過17000tCO2,其次是屋面保溫增設和垃圾回收利用,實現減碳量超過2000tCO2,更換節能燈具和雨污分流改造的減碳量約400tCO2,屋頂雨水回用實現的減碳量相對較少。基于生命周期理論,案例小區在實施這六項減碳技術后共能實現碳排放降低25340.2tCO2,措施在物化階段和拆除階段產生了2518.6tCO2。碳減排效益主要來源于建筑單體的減碳(22592.8tCO2),其次是固廢物,減少2294.3tCO2,水資源方面共實現了453.1tCO2的減碳量。案例小區實施這六項減碳措施后平均每年能夠降低碳排放1563.8tCO2,減碳率能夠達到16.3%。
結語