发布时间：2024-03-06 14:51:52
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0 引言
太阳能作为一种巨量可再生能源，每天到达地球表面的辐射能大约等于2.5亿桶石油。近三十年来，太阳能利用技术在研究开发、商业化生产、市场开拓方面都获得了长足发展，成为世界快速、稳定发展的新兴产业之一。目前，对这一洁净能源的利用正在进入商业化成长期，国际上称之为“阳光产业”。
我国太阳能资源十分丰富，据统计理论储量达每年 17000 亿吨标准煤。我国大多数地区平均日辐射量达每平方米 4 千瓦时以上，辐射量每平方米高达 7 千瓦时以上。 通过利用太阳能发电我国已为内蒙古、甘肃、新疆、、青海和四川等地共 14 万无电用户解决了用电问题。
2 太阳能光伏产业发展现状
2.1 发展势头迅猛
在各国政府对再生资源的重视和大力支持下，太阳能光伏产业得到了快速的发展。有数据显示，2013年，全球光伏新增装机容量约为27.5GW，较上年的18.1GW相比，涨幅高达52%，全球累计安装量超过67GW。全球近28GW的总装机量中，有将近20GW的系统安装于欧洲，但增速相对放缓，其中意大利和德国市场占全球装机增长量的55%，分别为7.6GW和7.5GW。2013年以中日印为代表的亚太地区光伏产业市场需求同比增长129%，其装机量分别为2.2GW，1.1GW和350MW。此外，在日趋成熟的北美市场，去年新增安装量约2.1GW，增幅高达84%。
2.2 有晶体硅依然为电池材料主体
太阳能光伏电池材料主要有晶体硅材料，主要分为单晶硅电池、多晶硅电池和薄膜电池三种。单晶硅电池技术成熟，光电转换效率高，单晶硅电池的光电总转换效率可以达到20%-24%，是目前普遍使用的光伏发电材料。但其生产成本较高，技术要求高；多晶硅电池成本相对较低，技术也成熟，但光电转换效率相对较低，多晶硅光电池的转换效率最高才达18.6%，与单晶硅相比多晶硅的转换效率少多了；而薄膜电池是一种可粘接的薄膜，有以下优势：（1）生产成本低，所以可以大批量生产；（2）发光效率更好地利用太阳能，但目前其在技术稳定性和规模生产上均存在一定的困难。
随着技术的进步，目前CdTe、CIS等薄膜光伏电池已逐步进入市场，但现在只占市场的9.3%，随着薄膜光伏电池技术不断进步，薄膜光伏电池的市场份额将快速增长相对而言有更大的发展空间，未来薄膜电池会有更好的发展前景。
3 太阳能光伏发展的趋势
3.1 提高光电转换效率，降低电池材料成本
3.1.1 提高光电转换效率的材料
在电池制作中，一般都采用表面织构化、发射区钝化、分区掺杂等技术，开发的电池主要有平面单晶硅电池和刻槽埋栅电极单晶硅电池，从理论研究看，在阳光集中辐照时，利用希泽光电效应可能达到的光电转换效率的极限值为63.2%，但只有使用理想的材料才能达到。若使晶体结构中形成的缺陷能准确无误地出现在所需要的地方，实际上也很难做到。
德国科学家正在进行这方面的实验，他们在单晶硅中掺入稀土金属元素铒（Er）来制造太阳电池，以测试它对转换效率可能产生的影响，德国夫朗霍费费莱堡太阳能系统研究所保持着世界领先水平。该研究所采用光刻照相技术将电池表面织构化，制成倒金字塔结构。并在表面把一个13nm厚的氧化物钝化层与两层减反射涂层相结合。通过改进了的电镀过程增加栅极的宽度和高度的比率：通过以上制得的电池转化效率超过23%，是大值可达23.3%。Kyocera公司制备的大面积（225cm2）单电晶太阳能电池转换效率为19.44%。
3.1.2 降低目前主流光伏电池材料的成本
降低硅材料用量是降低价格的主要途径。目前，太阳电池材料主要以硅材料为主，但是硅材料还面临着许多问题，多晶硅产业上游环节技术壁垒高、投入大、量产时间长、市场风险高，因此不仅要寻找更为方便易行的硅材料提纯技术以扩大生产，而且要采用新技术，在获得同样电能的基础上减少硅材料用量。而与晶体硅电池相比，薄膜电池在效率与成本方面改善的空间更大，多晶硅价格的上涨会增加薄膜电池的成本优势。
3.2 提高光伏发电的面积
3.2.1 提高建筑光伏发电面积
大量的建筑屋顶都是没有充分的利用，应建立建筑相结合的并网光伏系统，主要形式是城市并网发电的屋顶并网光伏系统。在我国东部沿海经济发达地区，用电量大，对光伏发电能力需求强；同时目前我国光伏产业主要集中在东部省份，光伏产业对当地经济的发展起着重要作用，在城市建设屋顶并网发电系统（BAPV）及光伏建筑一体化集成光伏系统（BIPV），对于城市的供电与节能起到很好的作用。《可再生能源中长期发展规划》提出，到2020年安装建筑光伏2万套，累计安装100万千瓦。
3.2.2 提高地面光伏发电
在世界各地的沙漠、戈壁、荒漠都可以大面积的利用，比如在我国有约264万平方公里的荒漠资源，其中干旱区荒漠化土地面积为250多万平方公里；主要分布在光照资源丰富的西北地区，其年总辐射在1600-2300千瓦时/平方米。在内蒙古的鄂尔多斯、甘肃的河西走廊绿洲边缘、新疆的塔克拉玛干沙漠边缘、晋西北及陕北等靠近电力线路和负荷中心，还有很好的旅游资源，可以作为大型并网光伏项目的起步区域。随着电力输送技术和储能技术的发展，大规模沙漠、戈壁、荒漠光伏电站将必然成为未来的电力基地。
3.2.3 光热发电
太阳能光热发电是指利用大规模阵列抛物或碟形镜面收集太阳热能，通过换热装置提供蒸汽，结合传统汽轮发电机的工艺，从而达到发电的目的。采用太阳能光热发电技术，避免了昂贵的硅晶光电转换工艺，可以大大降低太阳能发电的成本。而且，这种形式的太阳能利用还有一个其他形式的太阳能转换所无法比拟的优势，即太阳能所烧热的水可以储存在巨大的容器中，在太阳落山后几个小时仍然能够带动汽轮发电。光热发电产业布局应当注重资源优势、优势的合理利用，有条件的可综合利用多种可再生能源，互补发电，甚至也可考虑与热电站联合运行。
4 我国光伏发电发展中需要解决的突出问题
4.1 经济性问题（下转第293页）
（上接第265页）目前，太阳能电池的成本为整个系统成本的主要部分。降低硅材料的生产费用，是降低太阳电池成本的关键。 多晶硅电池的材料成本比单晶硅电池的材料成本低，应作为研究的重点。主要研发的问题有：多晶硅材料制备的新技术、快速掺杂表面处理技术、提高硅片质量的新技术新工艺等。 最大功率点跟踪控制技术的日益完善，也会为光伏发电提供更强的竞争实力。
4.2 污染问题
多晶硅行业是个重污染的行业， 国内尾气回收工艺不完善，面临愈来愈大的环保压力。主要表现为生产多晶硅的副产品――四化硅却是高毒物质。用于倾倒或掩埋四氯化硅的土地将变成不毛之地，草和树都不会在这里生长。 它具有潜在的极大危险，不仅有毒，还污染环境。
5 结束语
总之，我国的太阳能光伏产业机遇和挑战共存。为使我国的光伏产品在世界舞台上有竞争性，首先要发挥市场对资源的优化配置作用，同时政府要制定强有力的法规和产业政策。我们坚信在市场和政策的联动作用下，我国的光伏技术必将走在世界的前列。
【参考文献】
前言
太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生绿色能源，不产生任何的环境污染。我国76%的国土光照充沛，光能资源分布较为均匀；与水电、风电、核电等相比，太阳能发电没有任何排放和噪声，应用技术成熟，安全可靠（图1）。进入21世纪，中国光伏行业逐渐发展起来，中国具有如无锡尚德、江西LDK、常州天合、天威英丽、浙江昱辉等一批世界级光伏企业以及世界最大的太阳能光伏制造基地，但是由于成本较高，中国95%的太阳能产品只能出口到发达国家。近年来，在国家大力倡导发展新型能源的大背景下，大阳能光电研发是近些年来发展最快、最具潜力的研究领域，随着成本问题将逐步解决，加之国家政策支持，中国太阳能市场将变得很大。
图1 能源消费组成展望图
1、光伏发电的基本原理以及优势
光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。在阳光照射下，电池两端出现异号电荷的积累，即产生“光生电压”，这就是“光生伏特效应”，而这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护就可形成大面积的太阳电池组件，再配合功率控制器和逆变器等部件就形成了光伏发电装置。
光伏发电作为新型能源与常用的火力发电系统相比，具有以下优势：
a）无枯竭危险。太阳能每秒钟到达地面的能量高达80×104kW，如果把地球表面0.1%的太阳能转为电能，转变率5%，每年发电量可达5.6×1012kW·h，相当于目前世界上能耗的40倍；
b）安全环保，无噪声，无公害。由于光伏电路是利用光能和电能之间的转化，故其无污染物的排放；
c）采集太阳能的地点的地理位置要求不高，不受资源分布地域的限制。太阳能电池板只要能接受光照就能产生电能，所以可以安装在屋顶或者是始终能接受到光照的墙壁，充分利用空间资源；
d）可靠稳定寿命长，安装维护简便，适用范围广，就算一般家庭也可以利用太阳能发电。
2太阳能光伏产业应用现状
1）在各国政府对再生资源的重视和大力支持下太阳能光伏产业得到了快速的发展，2011年，全球光伏新增装机容量约为27.5GW，较上年的18.1GW相比，涨幅高达52%，全球累计安装量超过67GW。全球近28GW的总装机量中，有将近20GW的系统安装于欧洲，但增速相对放缓，其中意大利和德国市场占全球装机增长量的55%，分别为7.6GW和7.5GW。2011年以中日印为代表的亚太地区光伏产业市场需求同比增长129%，其装机量分别为2.2GW，1.1GW和350MW。此外，在日趋成熟的北美市场，去年新增安装量约2.1GW，增幅高达84%。
图2 光伏产业的发展
其中中国是全球光伏发电安装量增长最快的国家，2011年的光伏发电安装量比2010年增长了约5倍，2011年电池产量达到20GW，约占全球的65%。截至2011年底，中国共有电池企业约115家，总产能为36.5GW左右。其中产能1GW以上的企业共14家，占总产能的53%；在100MW和1GW之间的企业共63家，占总产能的43%；剩余的38家产能皆在100MW以内，仅占全国总产能的4%。规模、技术、成本的差异化竞争格局逐渐明晰。国内前十家组件生产商的出货量占到电池总产量的60%。
2）太阳能光伏电池材料主要有晶体硅材料，主要分为单晶硅电池、多晶硅电池和薄膜电池三种。单晶硅电池技术成熟，光电转换效率高，单晶硅电池的光电总转换效率可以达到20%～24%，是目前普遍使用的光伏发电材料。但其生产成本较高，技术要求高；多晶硅电池成本相对较低，技术也成熟，但光电转换效率相对较低，多晶硅光电池的转换效率最高才达18.6%，与单晶硅相比多晶硅的转换效率少多了；而薄膜电池是一种可粘接的薄膜，有以下优势：①生产成本低，所以可以大批量生产；②发光效率更好地利用太阳能，但目前其在技术稳定性和规模生产上均存在一定的困难。随着技术的进步，目前CdTe、CIS等薄膜光伏电池已逐步进入市场，但现在只占市场的9.3%，随着薄膜光伏电池技术不断进步，薄膜光伏电池的市场份额将快速增长相对而言有更大的发展空间，未来薄膜电池会有更好的发展前景。
表1 市场份额分析
在2000年以前中国的电力供应不是很紧张，2001年以后，在中国经济高速发展下，电力需求以每年超过20%的速度在增长，2003年在全国出现电力供远远少于求的严重现象，电力供应的紧张情况在以后的一段时间内很难缓解。可再生能源得到了中国政府的重视，在中国政府大力支持下已形成了完整的太阳能光伏产业链。截至2010年底，我国光伏发电装机规模达到60万千瓦，光伏新增并网容量为21.16万千瓦，累计并网容量为24万千瓦，较上年的2.5万千瓦，增长了960%。从产业布局上来看，国内的长三角、环渤海、珠三角及中西部地区业已形成各具特色的区域产业集群，并涌现出了无锡尚德、江西赛维、浙江昱辉等一批知名企业。2011年中国多晶硅产量达到7.8万吨，占全球比重约33%；国内产能结构中，成本低于35美元/千克的企业不足十家，约9.5万吨，其他40余家中小企业总产能近5万吨。
在能源和环境压力日益增加的背景下，推动分布式电源发展已成为世界各国促进节能减排、应对气候变化的重要措施之一。
1 分布式电源发展背景
分布式电源作为新能源的重要组成部分，以其独有的，与大电源、大电网有机统一、缺一不可，在一定程度上影响着电网未来的发展方向。
欧美发达国家以中低层的独立住宅为主发展屋顶光伏。我国光资源富集在西北和华北，其荒漠地区适宜集中式开发，主要包括：建筑屋顶和农牧区户用光伏。我国内陆城市则以高层建筑为主，发展条件不及欧美。
太阳能资源丰富，具有相当的开发和利用价值，本地多年平均太阳能总辐射为4200～5000MJ/m2，平均日照时数为1666.4～2280.9小时，多年日均水平面太阳辐射量3.67kWH/m2。它对改变地区能源结构、缓解地区用电压力、实现地区可持续发展具有重要意义。因此在内陆城市安装分布式光伏电站前景广阔。
2 本地分布式光伏发展现状
作为城区内推广分布式光伏发电项目有一定局限性，因为我国内陆城市则以高层建筑为主，在公用建筑屋顶进行光伏发电项目安装需要取得其他业主的同意，面积要求大，推广具有难度，而在工业园区发展分布式光伏项目有以下几个优点
一是充分利用了取之不尽、用之不竭、无污染且免费的太阳能；
二是充分利用工业园区内企业现有厂房、办公楼等建筑物闲置瓦面或屋顶安装太阳能电池板，建独立太阳能屋顶光伏发电装置，使有限的资源得以再次利用，无需新增土地，既节约了国土资源又节省了征地费用；
三是安装分布式光伏电站实现了自发自用，余电上网销售。对工业园区所属企业，不仅节约了电费，还能享受政府补贴，同时，用不完的电还能卖给电网实现创收，对降低企业运营成本具有明显的优势
四是利用当地丰富的太阳能来发电，从一定程度上缓解了地区用电压力，且不消耗燃料，不污染环境，还能够改善供电质量，调节峰电，保证电力供给。
从本地区工业园区已建的8个分布式光伏电站来看，尽管本地区属于太阳能资源相对较差的第四类地区，但设备运行情况良好，发电效率达到80%以上，表明分布式光伏发电系统技术成熟，达到了理论设计要求，与同等发电量的火电厂相比较，8个分布式光伏电站每年可节约标准煤712.66吨；减少碳排放总量1017.55吨；减少氮氧化物排放26.65吨；减少二氧化硫排放53.52吨；减少粉尘排放48.42吨；减少灰渣排放202.89吨等，有效地改善了人类生活的自然环境。
由于8个光伏电站项目都是充分利用工业园区企业现有厂房、办公楼等建筑物闲置瓦面或屋顶安装太阳能电池板，建光伏电站，使有限的资源得以再次利用，无需新增土地，既节约了国土资源又节省了征地费用，而作为关键部件的太阳能电池使用寿命长，寿命一般可达到25年以上。可见工业园区内的光伏电站具有较高的经济性；但是目前太阳能电池、电缆等材料成本相对较高，从一定程度上延长了投资回收期。
3 分布式光伏发电项目投运后管理
光伏电站投运后管理也很重要，虽然工业园区内建设，后期维护可以较为集中。分布式光伏维护主要在光伏组件的定期保养，由于分布式光伏电站暴露在露天环境中，外面没有任何保护，自然环境因素对分布式光伏电站质量会有较大影响。由此，分布式光伏电站的日常保养很必要，这直接关系到光伏电站使用寿命和发电效率。
对于设备性能来说，辐射强度和温度是影响组件效率的显著因素，带载率和工作电压是影响逆变器效率的显著因素；而对于系统效率来说，由于其具备季节性，环境温度、灰尘遮蔽是影响效率的显著因素。例如如果不注意清洁光伏板组件，有泥点污点，就容易产生热斑效应。所谓热斑效应，就是光伏板组件的串联电路上有部分被遮蔽，其发电量下降，会消耗其他部分产生的电能，成为一个负载。热斑效应会导致光伏板电池组件损坏甚至烧毁。定期对光伏电站组件进行清洗和检查，能明显提高光伏发电系统的效率
因此在光伏电站设计运维的整个生命周期中，都要对关键风险进行控制，这样才能降低度电成本，提高投资回报。
根据我国太阳能资源分布图及其太阳能辐射量五类地区划分来看，同类项目在我国适合在与内陆城市工业园区太阳能资源四类以上地区推广除四川、贵州两省外，其它地区均可大范围推广，前景广阔。
参考文献：
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[7] 辛煜，王智灵，何淼，陈宗海. 光伏发电系统中的直流变换器综述[A].第13届中国系统仿真技术及其应用学术年会论文集[C].2011
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1、导言
环境问题、经济问题、资源问题等是我国发展急需调整的问题，同时随着环境污染情况的加重以及燃料资源的日益缺乏，使人们逐渐认识到再生能源发电的重要性，如风力发电、潮汐发电、太阳能发电等。本文就风力和太阳能的光伏发电角度分析其未来发展形势，但就目前我国光伏发电现状来说，比照国外先进国家的技术还有较大的差距，对此加强此方面的研究，增加我国的社会经济以及科技创新是非常有必要的。
2、风力发电现状及趋势
2.1我国风力发电的现状
我国自20世纪80年代中期引进55kW容量等级的风电机投入商业化运行开始袁经过二十几年的发展袁我国的风电市场已经获得了长足的发展遥到2009年底袁我国风电总装机容量达到2601万kW袁位居世界第二遥2009年新增装机容量1300万kW袁占世界新增装机容量的36%袁居世界首位。
2.2风力发电技术研究
我国风力发电机组主要有发电土工原动力的风力机和风能电能转换的发电机两种，其中风力机采用的有常规型和新颖型两种。其技术发展特征主要表现在，风力发电的规模、单机容量正在不断扩大，在电力生产行业占据一定的地位；正在逐渐向着专业化和成熟化方向发展；风力发电技术的成本虽然高，但是日常运营费用却并不是很高。其中单机容量，从最初的55kW逐渐发展到了450kW，目前我国风电机组最大容量是6MW，更有专家向着单机容量10MW的风电机组进行研究，有效地促进了我国风电场建设的速度和经济效益。
功率调节的方式包括定桨距失速调节、变桨距调节、主动失速调节等，额定的风速是14m/s左右；不同的生产商和风力发电型号的额定功率不同，风轮控制的方式、转速控制的方式也不同。其中变速运行，其中风机从风能中，捕获到的功率的公式，即Pr=Cρ（β，λ）ρkπR2；λ=wkR/Vw。式中：Pr表示风轮吸收的功率；ρ表示风的密度；R表示风轮的半径；λ表示叶尖的速比；w表示风轮转速；Cρ（β，λ）表示风能利用系数。同时变速运行，还具有高效率、吸收阵风能量、高系统效率、功率质量改善、运行噪声减少的优点。
2.3发展趋势
我国风能的开发利用应从这几个方面着手：首先，在继续发展小型风力机组的基础上，加速发展大型风力发电机组。目前，我国自行研制的风力发电机组很少，风电机组的国产化将会使得风电成本降低，更为经济性；其次，快速建设风电场。能够大规模利用风能、实现风电产业化的最好方式就是风电场；最后，综合利用其他形式的新能源或常规能源，例如风-光混合系统、风-油混合系统等。
风力发电能够满足能源的有序利用，将会是世界能源利用及发电发展的趋势，而中国风力发电的发展前景也是十分可观及广阔，风电产业和相关的科研机构应及时把握住这次机会，规划出一个系统可行的风电全面发展的计划，逐步解决掉风电发展中的遇到的困难和出现的问题，在科研基础上完善风电机制，使风能真正得到大范围和高效率的利用。
3、太阳能发电现状及趋势
3.1太阳能光伏发电的原理与优点分析
太阳能光伏发电原理最基本体现为：通过太阳能电池把来自于太阳的辐射光能变成电能，现代科技的持续发展使得太阳能发电技术成为最具潜能的一项技术。主要是发挥半导体的光伏发电光能，来自于太阳辐射出的光，聚集于太阳电池中，电池吸收这些光能，对应将其转化为电能。
太阳能光伏发电体现出一定的优势，具体表现为：不同于普通的电力系统发电，太阳能光伏发电主要是利用太阳光能，将光子变成电子，光能转化为电能，这其中省略掉了一系列的能量转化环节，电能转化更为简单，同普通发电对比起来，其效率高、简单、便捷，同时又节能环保；太阳能是一种来自于大自然的能源，具有清洁、环保、可再生等特点，太阳光的广泛分布为其开发与利用带来了巨大便利，充分利用太阳光能就可以减少对其他常规能源的开发，从而减少对环境的污染与破坏。
3.2发展现状与趋势
当前，我国的太阳能光伏发电应用日渐增多，光伏产业得到了快速的增长，然而在实际的发展过程当中却也存在有诸多的问题，太阳能发电的价格一直居高不下。太阳能光伏发电的成本要远超风能发电成本，且为风能发电的7倍之多。并且又以光伏电池组件成本最大。然而伴随着近些年来国内相关科研单位及企业，在开展了一系列的科技攻关后在相关技术手段方面取得了突破性的发展，致使其成本出现了大幅度下降的趋势。
经过多年的实践，我国太阳能资源的开发已经逐步进入到规模实用阶段，我国太阳能的产业规模、光热产业居世界第一。在2015年我国太阳能光热发电技术，已经实现了与火电厂合作发电，同时电站的规模也在不断扩大，大型的太阳能光热发现也支持了海水淡化工程的发展，并且分布式发电系统的建立有效地解决了偏远山区发电问题。虽然我国已经具有了15WM的太阳能发电容量，为我国光伏产业的发展奠定了良好的发展基础。
未来可以将风力和太阳能光伏发电进行结合，使其综合利用对于其发电起到互补的作用；中小型风力发电以及风光互补新能源市场的发展也会有效地推动光伏产业的完善以及技术的成熟。
结论
总而言之，与传统能源相比，风能与太阳能不仅清洁、无污染，而且分布十分广泛。将风能与太阳能进行综合利用，能够发挥出极大的互补性价值，其发电效用要显著优于单一性的风力发电亦或是太阳能发电方式。当前，风力与太阳能发电的互补性研究依然还不甚成熟，因而应当由法律、政策以及相关的研究工作中进行共同努力，推动其发展的步伐，从而为新型清洁能源的开发与利用做出不懈的努力。
中图分类号 F206 文献标识码 A 文章编号 1002-2104（2015）11-0088-07
当前，化石能源大规模开发利用带来的环境污染、生态破坏、气候变化等问题引起了全社会的关注。作为一种清洁、无污染的可再生能源，光伏发电，具有优化能源结构、保护生态环境、减缓气候变化的作用，已经被人们所认识[1]。但中国光伏发电还存在诸多问题，包括缺乏有效的激励政策、技术尚不成熟、成本竞争力低等，其中成本居高不下是影响其快速发展的重要原因[2-3]。在新能源发电成本预测方面，学习曲线模型被逐渐完善并推广使用，尤其是双因素学习曲线模型的使用最为广泛，它能很好刻画新能源发电过程中技术创新和经验累积对降低成本的作用[1-4]。随着国家的一系列新能源电力发展政策[5-6]，越来越多的文献开始讨论新能源发电和燃煤发电之间的成本影响因素以及彼此之间的协同关系[7-9]。已有文献预测，中国光伏并网价格将于2015年和火电价格达一致，光伏发电成本与火力发电成本将在2020年交汇[10-11]。但是，这些文献普遍没有考虑燃煤发电的环境成本。本文主要针对这一问题，分析加入环境影响因素后的燃煤发电成本和光伏发电成本之间的变化情况，并进行成本函数拟合，预测其成本的变化规律和趋势，目的是确定二者发电成本相同的时间点，为未来中国光伏发电规划和电力政策制定提供借鉴。
1 燃煤发电成本预测
1.1 测算方法
燃煤发电的总成本由固定成本和可变成本两部分组成，本文主要考虑可变成本中的燃料费用，燃料费用主要受煤炭价格的影响。因为燃煤成本是煤炭发电中重要的成本组成部分，约占可变成本的85%[12]。
借鉴文献关于燃煤发电成本的计算公式[13]，设第t年每度电的供电标准煤耗为gt（g/kWh），若第t年标准煤的价格为pt（元/t），则燃煤发电第t年的可变成本公式为：cv=pt×gt×（7000/w）×10-61+17%×185%，其中w是天然煤发热量，17%是购买电煤的进项税率。燃煤发电的总成本公式为：c=cf+cv，其中cf是固定成本，cv是可变成本。
1.2 数据来源
选取具有代表性的煤炭发电企业“华能”，通过《华能国际电力股份有限公司2014年度报告》[14]，设大型煤炭发电企业的固定成本为cf=9.62×109元/年，一年的发电量为1.52×1011kWh，计算出成本公式中固定成本部分为9.62×109/1.52×1011=0.063元/kWh。
根据秦皇岛5500大卡动力煤的每月价格加和所求的平均值计算得pt（元/t），取w=5500。计算出2000年到2013年的中国动力煤价格，以2000年为基期，进行换算，得到统一基期的动力煤价格和固定成本值，具体数据由表1所示。
1.3 不考虑环境成本的测算结果
通过上述数据拟合出以煤炭价格为主导变量的燃煤发电成本曲线和表达函数：十字形和圆点分别表示燃煤发电成本的实际数据和经过光滑处理后的数据，曲线代表拟合的二次函数图形。分析结果，对于燃煤发电成本函数的二次曲线拟合度达到87%，得到燃煤发电的成本是以时间为自变量x的函数： f（x）=-0.001 4x2+0.029x+0.103 2。
通过上述拟合图像可知：在95%的置信水平下，拟合方程为二次函数，确定系数超过86%，拟合出的方程可以较好的反映燃煤发电成本的变化情况；适合度参数中，拟合误差为0.016 23，远小于1，说明选择拟合的方程很适合，曲线预测出的数据会更加准确。
1.4 考虑环境成本的预测结果
燃煤发电的全过程，尤其是排放的各类污染物对环境承载力产生了一定的影响[9]。现阶段中国燃煤发电的成本中并没有计算环境成本，所以燃煤发电的成本一直都比可再生能源发电成本低。但在燃煤发电的整个生命周期中产生的环境附加成本，已经严重制约中国社会可持续发展，只有把环境成本计算在发电成本中，各种能源形式的发电成本相比较才有意义。
1.4.1 燃煤发电的环境污染现状
根据《2013年环境统计年报》[15]：纳入重点调查统计范围的火电厂共3 102家，占重点调查工业企业数量的2.1%。其中，独立火电厂1 853家，独立火电厂SO2排放量为634.1万t，NOX排放量为861.8万t，烟（粉）尘排放量为183.9万t。2013年，中国SO2排放量为2 043.9万t、NOX排放量为2 227.4万t、烟（粉）尘排放量为1 278.1万t[15]，燃煤发电排放的废气占全国排放量的具体比例如图2。
1.4.2 环境成本的计算
（1）中国燃煤发电行业SO2和NOX的环境成本。由中国环境统计年报2012年统计数据可知，电力行业排放SO2 797万t，排放NOX 1 018.7万t，带来的经济损失分别为3 517.8亿元和1 240亿元。2012年中国火力发电总量为38 928.1亿kWh，由燃煤发电排放SO2和NOX引起的环境成本分别为Ce（SO2）=0.090 3元/kWh，Ce（NOX）=0.031 9元/kWh。
（2）中国燃煤发电排放CO2的环境成本。根据国家发改委能源研究所的数据得到：CO2 的排放量为0.67（t/t标准煤），2012年排放CO2 11.7亿t，按国际碳交易机制计算出2012年CO2 的排放单价为586.7元/t[9]，由燃煤发电排放CO2带来的环境成本为 Ce（CO2）= （11.7×586.7）/38 928.1=0.176 35 元/kWh。
（3）粉尘颗粒物。环境保护部研究表明：2012年中国燃煤发电行业排放的一次细颗粒物粉尘为 223 万t，排放的SO2、SO3和NOX都可以转化为二次细颗粒物[9]，共计350万t，合计占全国PM2.5排放总量的40%。根据《2013年全球疾病负担评估》[16]报告显示：统计出2012年我国因PM2.5 导致的死亡人数估计为143.47万人，PM2.5污染对每位死亡患者造成的经济损失为79.5万元[9]，共计损失11 405.933 3亿元。2012年由粉尘造成的燃煤发电环境成本为 Ce（粉尘）=（11 405.933 3×40%）/38 928.1=0.117 2 元/kWh。
综合上述四个方面的因素，加入环境成本的燃煤发电成本表达式应该是ct=ptgt（7000/w）×10-61+17%×185%+cf+ce（so2）+ce（NOx）+ce（粉尘）+ce（co2）。将计算出的燃煤发电单位成本数据带入公式，对环境成本进行基期处理，得到各年相对应的环境成本值，计算加入环境成本的燃煤发电的成本值，如表2所示。
1.4.3 燃煤发电完全成本计算
计算燃煤发电完全成本，得到下列数据分析内容和图形（见图3）：十字形表示原始数据，曲线表示拟合函数曲线，曲线的拟合程度达到85%，拟合出以时间为自变量的对数函数f（x）=0.24log10（x）+0.54，可作为燃煤发电的完全成本函数。
通过上述拟合图像可知：在95%的置信水平下，拟合方程的确定系数超过84%，拟合出的方程可以较好的反映加入环境成本的燃煤发电成本的变化情况；适合度参数中，拟合误差为0.035 33，说明选择拟合的方程较适合，预测出的数据会更加准确。
2 光伏发电成本预测
2.1 测算方法
基于传统Wright学习曲线，结合光伏发电构建了双因素测度模型，对从经验中学习和从研究开发中学习两个方面进行综合测度[17]。有如下双因素学习曲线模型：c=c0Q-αR-β，c为太阳能光伏发电成本，以光伏组件的单位价格计算单位（元/瓦）。c0为初始成本，Q为太阳能光伏发电的累积生产量，R为太阳能光伏发电的累积研发量。累积生产量Q的学习率指数为0
上述双因素学习曲线模型虽然可以表示光伏发电成本的变化情况，但是不够符合实际情况，按照双因素学习曲线模型得出的光伏发电成本较低。目前，对于大型地面光伏电站的建设，基本都要采用银行贷款投资形式[17]。而且，银行贷款占总投资的比例很高，这部分贷款的利息对于光伏电站的成本电价影响十分巨大。所以，给模型中加入偿还贷款的费用，成本公式ct=c0Q-αR-β+c1，c1表示添加的偿还贷款的费用，修改后的模型能更好的表现光伏发电成本。
2.2 数据来源
根据双因素学习曲线模型中数据的需求，查找我国历年光伏发电组件的单位价格，作为太阳能光伏发电的部分成本。光伏发电的累计生产量作为经验学习数据，光伏发电的积累研发量作为研究开发学习数据，数据已经过基期处理，具体如表3所示。
2.2.1 显著性检验
采用2000年至2010年间的数据，运用最小二乘法，检验参数的显著性，进而证明模型c=c0Q-αR-β的可行性。
为消除数据的异方差性，对光伏发电成本C、累积生产量Q及累积研发量R取自然对数，变换原始公式c=c0Q-αR-β的形式为：lnc=lnc0-αlnQ-βlnR，并使用最小二乘法对三者关系进行了拟合。结果得到lnQ的系数为0.187 899，lnR的系数为0.169 480，方程拟合优度R约为0.63，整体拟合效果良好；lnQ及lnR均在5%的显著性水平下通过t检验，说明累计产量和研发量对光伏发电成本存在显著影响，从影响方向来看，二者对成本均存在负向影响，其中累计生产量的影响更大。
2.2.2 数据计算
在我国，光伏发电的可行性分析计算时，按照20年或者25年的投资回收期计算是较为合理的[17]。本文所用数据为10MW的光伏电站，现阶段总投入大约为12 000万元，贷款比例为70%，年利率为7%[17]，则每年偿还贷款的费用为：12 000×70%×7%=588万元。按照投资回收期为20年，光伏电厂年等效满负荷发电时间按照1 500小时计算[11]，可以得到表4。
2.3 测算结果
将最终数据经过光滑处理后，得到以下分析结果和图4，在图4中十字形表示原始成本数据，曲线是拟合后的函数图像，通过分析数据知函数拟合程度达到85%，根据分析数据中的多项式系数，获得成本函数为：f（x）=-0.003 365x2+0.047 71x+1.543。
通过上述拟合图像可知：在95%的置信区间内，拟合方程符合二次函数，且拟合方程的确定系数达到85%，可以较好的表现光伏发电的成本变化情况；适合度参数中，拟合误差为0.133 9，均方根为0.086 24，这些指标都说明选择进行拟合的方程较适合，预测出的成本数据会更准确。
3 对比分析
对比没有加入环境成本和加入环境成本下的燃煤发电成本函数与光伏发电成本函数，分析两者的不同之处，结合中国实际政策，预测未来十年里的燃煤发电和光伏发电的成本走势。
3.1 没有加入环境成本下燃煤发电与光伏发电成本对比
图5为不包括煤电环境成本时两者的成本变化趋势：虚线代表光伏发电成本随着时间的变化情况，实线代表燃煤发电成本随着时间的变化情况，两条曲线相交于x点，x点的纵坐标表示当两种发电方式达到发电单位成本一致时的具体时间，横坐标则表示具体成本单价。
如图5，中国光伏发电成本与燃煤发电成本达到一致的时间大概在2021-2022年间，燃煤发电成本有一个小幅度上升之后，开始缓慢下降，基本保持稳定，根据数据知光伏发电成本在2006-2008年达到峰值之后就保持持续下降状态，下降速率明显超过火力发电成本单价，光伏发电成本与燃煤发电成本一致后，依然存在下降趋势。
3.2 加入环境成本下燃煤发电与光伏发电的成本对比
含环境成本的燃煤发电完全成本函数为f（x）=0.24log10（x）+0.54，其中时间x为自变量，成本f（x）为因变量，联立同样以时间x为自变量的光伏发电成本函数f（x）=-0.003 365x2+0.047 71x+1.543求解，再次预测未来十年里的燃煤发电和光伏发电的成本走势。如图6所示，虚线代表光伏发电成本的变化情况，实线代表加入环境成本的燃煤发电成本的变化情况，两条曲线相交于y点。
较前一次对比结果而言，中国燃煤发电成本和光伏发电成本一致的时间大概提前到2019-2020年间，光伏发电成本由原来的1元左右（由表4可知）一直持续下降到0.4元左右，燃煤发电成本加入环境成本后，基本是在原基础上单位成本逐渐提升，没有太大的浮动变化，在光伏发电和燃煤发电达到成本一致后，光伏发电成本继续下降，逐渐低于燃煤发电成本，随后燃煤发电成本基本处于稳定状态。
4 结论与建议
4.1 结论
本文首先分析了影响燃煤发电成本和光伏发电成本的主要因素，构造出不包含环境成本的燃煤发电成本函数和光伏发电的成本函数，拟合出两者根据时间变化的成本函数图像，通过两条成本函数图像的相交点坐标向量，预测二者成本会在2021-2022年间达到一致。但是，如今燃煤发电带来的环境污染问题日益突出，燃煤发电蕴含巨大的环境成本这一事实已经不容忽视。
针对此，本文进一步修改完善了燃煤发电的成本函数，修改后的燃煤发电成本函数模型中加入了CO2、SO2、NOX和粉尘的环境成本数值，整体燃煤发电成本函数图像呈现上升趋势，原有的燃煤发电低成本优势开始降低。再次联立两个成本函数，通过图像交点纵坐标得：燃煤发电和光伏发电达到成本一致的时间较原来的2021-2022年出现明显前移，应当在2019-2020年间就可以达到一致。
加入环境成本后，燃煤发电成本逐年上升，2019年后基本达到稳定，而光伏发电成本曲线出现较快速的下降后，先与燃煤发电成本图像相交，后一直处于燃煤发电成本函数图像下方，占据一定电力市场成本优势。
4.2 建议
分析光伏发电的成本函数，发现其成本下降速率很快，将在较短的时间内与燃煤发电成本达到一致，说明光伏发电未来将有很强的市场竞争力。但是，按照中国电力产业现状而言，由于基础设施、电力体制、光伏发电商业模式等问题，光伏发电不会很快取代燃煤发电占主导地位。结合以上研究，提出以下三点建议：
（1）现阶段中国光伏发电产业主要依赖国家政策补助，才得以与燃煤发电相抗衡。未来的光伏发电必须打破这种局势，用技术创新引领光伏产业发展，从根本上降低光伏发电成本。
（2）中国电力体制依然以煤炭发电为主，电网结构、电力运输和用户消费都以火电为核心。这一点无形之中制约了光伏发电的发展，中国必须逐渐改变现有的电力体制，通过智能电网等形式，促进包括光伏发电在内的可再生能源发电的发展[18]，才能完善电力市场结构，为光伏发电提供发展平台。
（3）消纳率是光伏发电的重要制约因素，光伏发电有多少可以上网使用全由消纳率决定[19-20]。纵观中国近年光伏消纳率的数据，有大部分电力因低消纳而白白浪费，所以增加光伏消纳率是未来发展的必要阶段，也是提高光伏发电竞争力的必要手段。
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