分布式光伏發電的發展現狀與前景
- 1、分布式光伏發電的背景
- 2、分布式光伏發電的分類
- 2.1、集中式光伏發電
- 2.1.1、特點、原則
- 2.1.2、優點
- 2.1.3、缺點
- 2.2、分布式光伏發電
- 2.2.1、特點、原則
- 2.2.2、優點
- 2.2.3、缺點
- 2.3、對比
- 3、分布式光伏發電的現狀
- 4、分布式光伏發電的應用場景
- 4.1、光伏+建筑
- 4.2、光伏+交通
- 4.3、光伏+通信
- 4.4、光伏+設施農業
- 4.5、分布式光伏的其他應用場景
- 5、分布式光伏發電的關鍵技術
- 5.1、適應光伏發電的電力電子變換器
- 5.2、網絡拓撲結構及其優化配置
- 5.3、分布式發電系統并網控制
- 5.4、分布式發電系統的能量管理
- 6、分布式光伏發電的存在的問題
- 6.1、光伏發電技術自身存在的問題
- 6.2、戶用分布式光伏存在的問題
- 6.3、光伏發電系統的安全性和可靠性問題
- 7、分布式光伏發電的技術創新方向
- 7.1、分布式光伏系統設備創新方向
- 7.2、分布式光伏系統運維技術創新方向
- 7.3、分布式光伏與多種能源的耦合
- 8、分布式光伏發電的發展前景
1、分布式光伏發電的背景
隨著社會的發展,能源需求日益增長。在我國,化石能源已日趨緊缺,傳統不可再生資源的過度開發導致的生態問題已日益突出,并危機到我國未來的能源供給和能源安全。能源供給和環境保護是我國國民經濟可持續發展的基本條件。提高可再生能源利用率,發展太陽能發電是改善生態、保護環境的有效途徑。光伏發電由于其特有的可再生性和清潔性,在生產能源的同時,具有較好的生態環境親和力。因此大力發展太陽能光伏發電已成為我國21世紀可持續發展國民經濟和建設社會主義現代化刻不容緩的主要任務和戰略目標。
2、分布式光伏發電的分類
光伏發電主要分為集中式光伏發電與分布式光伏發電。它們都是將太陽能轉換為電能,所使用的設備也基本一致。其中,集中式光伏發電是指利用荒漠地區豐富和相對穩定的太陽能資源構建大型光伏電站,接入高壓輸電系統供給遠距離負荷。分布式光伏發電指利用分散式資源,裝機規模較小的、布置在用戶附近的發電系統,它一般接入低于35千伏或更低電壓等級的電網。
2.1、集中式光伏發電
2.1.1、特點、原則
充分利用荒漠地區、荒山、戈壁豐富和相對穩定的太陽能資源構建大型光伏電站和水上光伏電站,接入高壓輸電系統供給遠距離負荷。
2.1.2、優點
- 選址更加靈活,光照條件更好,光伏發電的穩定性有所增加,并且充分利用太陽輻射與用電負荷的正調峰特性,起到削峰的作用;
- 運行方式較為靈活,相對于分布式光伏電站可以更方便地進行功率和電壓控制,參加電網頻率調節也更容易實現;
- 建設周期短,環境適應能力強,自然條件利用率高,不需要水源(水利發電的條件)、燃煤(火力發電的條件)運輸等原料保障,運行成本低,便于集中管理,受到空間的限制小,可以很容易地實現增容擴容。
2.1.3、缺點
- 集中式光伏電站需要依賴長距離輸電線路送電入網,同時自身也是電網的一個較大的干擾源,輸電線路的損耗、電壓跌落、無功補償等問題將會凸顯;
- 大容量的光伏電站由多臺變換裝置組合實現,這些設備的協同工作需要進行同一管理,目前這方面技術尚不成熟。 目前國內光伏技術經驗的積累和發展,基本上克服了電站管理問題;
- 為保證電網安全,大容量的集中式光伏接入需要有LVRT等新的功能,這對集中式電站的建設運營提出了更高的要求,當然也是對合理智能用電起到了一定的促進作用。
2.2、分布式光伏發電
2.2.1、特點、原則
主要基于建筑物表面,包括村鎮居民住房屋頂太陽能電站和工商企業屋頂光伏電站,就近解決用戶的用電問題和資源利用問題,通過并網實現供電差額的補償與外送,以及企業和居民的自用電。
2.2.2、優點
- 光伏發電電源處于用戶側,發電供給當地負荷,視作負載,可以有效減少對國家電網供電的依賴,減少線路損耗;
- 充分利用建筑物表面,可以將光伏電池同時作為建筑材料,有效減少光伏電站的占地面積,為用戶創造經濟效益;
- 與智能電網和微電網的有效接口,運行靈活,適當條件下可以脫稿電網獨立運行,降低用戶用電成本。
2.2.3、缺點
- 配電網中的潮流方向會適時變化,逆潮流導致額外損耗,相關的保護都需要重新整定,變壓器分接頭需要不斷變換,等問題。 目前隨著技術的發展進步,這種情況發生的概率越來越少;
- 電壓和無功調節的困難,大容量光伏的接入后功率因數的控制存在技術型難題,短路電力也將增大。目前隨著技術的發展進步,這種情況發生的概率越來越少;
- 需要在配電網級的能量管理系統,在大規模光伏接入的情況下進行負載的同一管理。對二次設備和通訊提供了新的要求,增加了系統的復雜性。目前隨著技術的發展進步,對于分布式光伏電能的管理越來越完善,缺陷越來不不明顯。
2.3、對比
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傳輸距離
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分布式光伏發電一般發的電就地并網,補充當地電力,以供當地和附近的用電者使用,線損非常低;
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集中式光伏發電站產生的電力通過高壓并網,將電力一層一層傳送到更高的電壓等級,再將高壓電力傳輸到東部地區,實現西電東輸。
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并網電壓等級
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分布式光伏,通常將380V電壓連接到電網,通常使用低壓脫扣器并網,分布式并網點的數量取決于實際情況;
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集中式光伏電站的并網電壓通常為35KV或110KV。如果電站的功率≤30兆瓦,通常不會有主變壓器,并且這種超過35KV的電網會連接到電網。對于30 MW以上的電站,一般安裝主變壓器,將主變壓器升級到110KV電壓等級后并網。
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二次設備使用
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由于分布式光伏電站是低壓380V并網設備,因此較少用于一次設備和二次設備。其中,逆變器通常是壁掛式逆變器,安裝比較簡單,尺寸較小。變壓器也是那種小型變壓器。常用的微機保護包括電能質量監控,防孤島保護裝置和故障解列;
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集中式光伏電站因為電壓等級比較高,一般有自己的變電站。升壓站內的設備比較多,一次設備有站用變、開關柜、各種互感器、消弧線圈、主變等。二次設備有微機保護、電度表、調度數據屏等。
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3、分布式光伏發電的現狀
目前,在碳達峰碳中和目標推動下,我國光伏發電迎來了重大的發展機遇期,新增開發規模達歷史新高,新建項目全面實現平價上網,發電利用率維持較高水平,裝備制造規模和技術水平持續進步。“十三五”期間,在產業規模快速擴大的帶動下,我國光伏發電技術取得快速發展,光伏電池、組件等關鍵部件產業化量產技術達到世界領先水平;生產設備技術不斷升級,基本實現國產化;光伏發電系統成套技術不斷優化完善,智能化水平顯著提升。光伏電池組件技術快速迭代,產業化制造水平世界領先。到“十三五”末,我國光伏電池制造環節基本實現了從傳統“多晶鋁背場”技術到“單晶PERC”技術的更新換代,主流規模化量產晶體硅電池平均轉換效率從“十三五”初期的18.5%提升至22.8%,實現跨越式發展。
光伏產業作為我國的突出優勢產業,技術水平和應用規模連續多年領跑全球。在能源安全新戰略和"雙碳"目標的引領下,我國的光伏發電繼續保持強勁的增長勢頭,正逐步成為新型電力系統中的主體能源之一。
在成本快速下降和補貼政策的雙重作用下,用電側小規模分散式建設的分布式光伏電站發展迅速。自2017年起,全國新增光伏裝機由集中式電站占絕大多數轉變為集中式和分布式電站并駕齊驅。據國家能源局統計,截至2021年底,分布式光伏累計并網容量107.5吉瓦,占光伏總裝機容量的35%。特別是2021年以來,在整縣(市、區)屋頂分布式光伏開發等政策的刺激下,新增分布式光伏裝機首次超過集中式光伏。特別值得注意的是,戶用光伏裝機出現爆發式增長,2021年新增裝機21.5吉瓦,占比接近分布式光伏新增裝機的四分之三。分布式光伏在用戶側的市場活力和滲透力可見一斑。
2021年底,國資委印發《關于推進中央企業高質量發展做好碳達峰碳中和工作的指導意見》;國家能源局等三部門印發《加快農村能源轉型發展助力鄉村振興的實施意見》;工信部等五部門聯合發布《智能光伏產業創新發展行動計劃(2021-2025年)》。國家層面密集發文,大力引導、支持分布式光伏高質量快速發展。可以預見,我國的分布式光伏裝機規模將繼續保持迅猛的增長勢頭,分布式光伏也將在科技創新的助力下與新型電力系統深度融合,為實現能源綠色低碳轉型發揮越來越顯著的作用。
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分布式光伏累計裝機破1億千瓦,其中戶用光伏“奮力追趕”
根據觀研報告網發布的《中國分布式光伏發電行業發展趨勢分析與投資前景預測報告(2022-2029年)》顯示,分布式光伏具有可開發資源豐富、開發建設難度小、節能環保效益顯著等優勢,是光伏開發利用的重要方式之一,在2021年新增裝機量首次超過集中式電站。根據數據顯示,2021年,我國集中式電站新增裝機量僅為25.6GW,同比下降21.66%,累計裝機量198.48GW;分布式光伏新增裝機容量達29.3GW,同比增長88.65%,累計裝機容量為107.5GW,約占全部光伏發電并網裝機容量的三分之一。
從分布式光伏電站存量結構來看,2021年,工商業分布式光伏、戶用光伏累計裝機量分別為65.7、41.8GW。而在新增裝機容量方面,戶用光伏“奮力追趕”,2021年新增裝機量為21.6GW,同比增長113.4%,并且連續兩年超過工商業分布式光伏。
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分布式光伏電站地域性在持續加強
從區域分布來看,我國分布式光伏電站地域性在持續加強,其中81%的分布式裝機集中在山東、浙江等9個省份。根據數據顯示,2021年,山東省分布式光伏累計裝機容量達23.34GW,位居全國第一;其次是浙江,分布式光伏累計裝機容量12.65GW。同時,全國分布式光伏累計裝機容量超過3GW的省份共9個,且這些省份裝機量合計占全國總量的81%。
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光伏電價持續向下突破,分布式光伏平價經濟性漸顯
隨著我國光伏行業降本增效持續推進,光伏電價不斷向下突破,2020年達到3.5美分/kwh,分布式光伏平價經濟性逐步顯現。根據《中國光伏產業發展路線圖》,2020年,我國地面光伏電站、工商業分布式光伏系統成本分別為3.99、3.38元/W,同比分別下降0.93元/W、0.80元/W;2021年受光伏產業鏈漲價的影響,地面光伏電站、工商業光伏電站系統成本分別上升至4.15元/W、3.74元/W。
此外,2022年國家補貼全面退坡,我國工商業分布式光伏補貼持續下調,戶用光伏進入平價時代。根據《中國光伏產業發展路線圖》,在組件價格1.8元/W的情況下,逆變器及支架價格為0.38元/W,房屋加固成本為0.23元/W,測得工商業分布式電站系統成本為3.5-3.6元/W,2021年工商業分布式光伏、戶用光伏系統成本分別在3.5-3.6元/W、3.2-3.3元/W。
4、分布式光伏發電的應用場景
分布式光伏發電系統裝機容量小,形式靈活多樣,在廣大的城鄉地區,便于與負荷中心和閑置空間結合;所發電力就地消納,可有效推動各地區、各行業的可再生能源替代和"雙碳"進程。目前,建筑、交通、設施農業、通信等領域已成為分布式光伏的主要應用場景,以"光伏+"的形式實現光伏發電系統與場地、設施的功能性融合,助力智慧城市基礎設施與智能網聯汽車協同發展,助力城鄉基礎設施補短板和更新改造。
4.1、光伏+建筑
建筑上的分布式光伏系統有安裝式光伏電站(BAPV)和光伏建筑一體化電站(BIPV)兩種形式。應用最廣泛的屋頂光伏電站屬于BAPV系統;BIPV系統則指將光伏組件作為建材,成為建筑物本身的一部分,例如光伏幕墻、光伏遮陽板、直接取代彩鋼瓦屋面的光伏屋面等。
建筑是最常見的負荷中心,光伏發電系統就地為建筑供電,自發自用,既可避免遠距離輸電造成的電能損耗,又能夠實現建筑用電的可再生能源替代,有效降低建筑系統的碳排放。此外,BIPV系統中的光伏構件還承擔建筑圍護結構、外觀裝飾等功能。
4.2、光伏+交通
隨著電動汽車的普及,光儲充一體式車棚成為熱門的分布式光伏應用形式。光伏系統就地為電動汽車充電,余電上網,還可利用分布式儲能系統進行能量時移,平抑光伏發電波動和負荷波動。
公共道路體系中,光伏路燈是應用最早、最廣泛的分布式光伏形式。近幾年,光伏公交站臺、光伏加油站、道路護坡光伏電站等也大量涌現,還出現了光伏地磚、光伏公路等探索性的應用。
4.3、光伏+通信
隨著我國通信服務覆蓋面的擴大和通信技術更新換代,偏遠地區通信基站供電不便和基站設備功耗劇增的狀況越發突出。因此,為通信基站配套分布式光伏電站,就地供電,可有效降低供電成本,提高供電保障能力。
4.4、光伏+設施農業
在日光溫室、玻璃溫室等種植設施和牛棚、雞舍等養殖設施上安裝分布式光伏發電系統,可以就地為供暖、供液、照明補光設備供電,不僅能夠降低用電成本,還能利用余電上網為農村帶來發電收益,同時有助于降低農業生產過程的碳排放。
4.5、分布式光伏的其他應用場景
近年來,各路廠商開發了形形色色的光伏應用產品,例如光伏地燈、光伏智能垃圾箱、光伏帳篷、光伏背包等,以日用、展示、應急等用途為主。很多共享單車也安裝了光伏組件,用于給智能車鎖供電。光伏技術的日常應用已相當成熟、普及,未來還將有更豐富的應用場景被發掘、拓展。
5、分布式光伏發電的關鍵技術
5.1、適應光伏發電的電力電子變換器
目前常用的并網光伏逆變器大多采用DC-DC-AC的雙級結構。這是因為光伏陣列提供的直流電壓普遍低于要求的交流輸出電壓,而DC-AC變換電路中, 應用最廣泛的全橋逆變器和半橋逆變器均屬千Buck型,瞬時輸出電壓總低于輸入電壓,只能實現降壓變換。為此,一般在橋式逆變電路前增加一級可升壓變換 的DC-DC變換器,將輸入直流電壓升高。并且,由千光伏陣列的直流電壓典型值比交流電壓峰值低很多,DC-DC變換器應具有高的電壓增益。可以用有高頻隔離的間接DC-DC變換器達到上述要求,這也同時可以滿足電氣隔離要求。
當然,也可以在橋式逆變電路后增加工頻升壓變壓器,在提供電氣隔離的同時,提高電壓等級。雙級結構的光伏并網逆變器雖然能夠靈活適應各種輸入輸出電壓指標,還具有更高的自由度等級(即有更多的可控變量),可同時實現多種功能例如電氣隔離、最大功率點跟蹤、無功功率補償、有源濾波等),但功率級的數量增多,將降低整體的效率、可靠性和簡潔程度,增加系統開銷。為此,目前 逆變器研究的一大發展趨勢,就是直接將多功率級的系統架構整合為單機系統, 即所謂單級逆變器。
儲能元件是光伏系統重要的組成部分。針對各種儲能元件的特點,找到合適 的電力電子變換器結構,也是光伏發電中重要的研究熱點。研究適應光伏發電的電力電子變換器的重點是使光伏系統在整個工作范圍內均能實現高效率、高功率密度和高可靠性的運行。
5.2、網絡拓撲結構及其優化配置
由于包括太陽能在內的可再生能源的能量密度低、隨機性強,所以由其構成的分布式發電系統的網絡拓撲結構與傳統的集中式發電系統的網絡拓撲結構有顯著的區別。 此時, 應根據對當地可再生能源的分布預測 、隨機性與可用性評估和負荷水平評估, 提出基于可再生能源的分布式發電系統的網絡拓撲;研究分布式發電系統中母線電壓的形式(交流或直流)、 大小、 頻率(對于交流形式)等物理戴的選擇方法;提出該分布式發電系統中對太陽能光伏發電單元、 風力發電單元、 多元復合儲能單元(含飛輪、 超級電容和蓄電池)的容量配置方法, 以降低系統成本;研究分布式發電系統中各種電力電子變換器的配置及其輸入輸出電壓、 功率等級的選擇。
5.3、分布式發電系統并網控制
由千分布式發電系統具有多能量來源、 多變流器(主要是逆變器)并網的特點, 因此必須對其并網控制進行研究。 這方面包括針對具有多能源多并網逆變器的分布式發電系統, 研究其并網運行時相互耦合影響的機理和并網協調控制間題;研究獨立運行時多個逆變器的電壓和頻率的協調控制, 以實現動態和穩態負荷的合理分配;研究合適的并網、 獨立控制模式和協調一致的切換控制策略;研 究柔性并網、 暫態過程以及分布式發電系統對電網或本地負荷的沖擊影響等問題;針對具有多能源多并網逆變器的分布式發電系統的特點, 開展適合并網逆變器的無盲區孤島檢測方法和防偽孤島技術研究。
5.4、分布式發電系統的能量管理
針對分布式能源(DR)的隨機性、 分布式發電單元的投切、 負載變化、 敏感負載對供電可靠性和電能質量高要求、 分布式發電系統附近配電線路擁塞、 分布式發電系統與電網之間的供購電計劃等問題, 應研究分布式發電系統各種運行方式下分布式發電單元、 儲能單元與負載之間的能量優化, 滿足經濟運行的要求;針對分布式發電系統并網和故障解列時的能最變化, 應研究分布式發電系統運行方式變化時的能量調度策略, 滿足分布式發電系統運行方式切換的要求。
6、分布式光伏發電的存在的問題
6.1、光伏發電技術自身存在的問題
光伏發電的能量密度低,在太陽對地球輻射的大量能量中,能夠到達陸地并被人們有效利用的太陽能只占極少一部分。人們對太陽能的使用實際是及低效率的收集利用。光電設施占地面積大,由于低能量密度的影響,為了保證充足的發電量,需要很大面積來布置光伏發電設施。嚴重受氣候影響,陰天、雨雪天等惡劣天氣將嚴重影響光伏發電效率,受氣候影響,光伏發電極不穩定。光伏基地的選址具有地域依賴性,不同地區的日常氣候以及年平均日照量大相徑庭,日光資源豐富的地域更適合光伏發電基地的建設。
光電轉換效率問題,沒有先進光伏技術的支持,光能轉換為電能的效率很低,無法達到能源結構中光電的大比重目標。近些年,隨著新興光伏技術的出現,光電轉化率逐步提高。光伏原材料生產過程中的污染問題,光伏原料硅的提純以及光伏發電板制作等工藝流程,會產生一定污染。成本問題。成本問題是制約光伏產業發展的一大重要因素,但經過近些年光伏技術的高速發展,光伏發電主要設備硅片、電池片以及相關組件成本已得到大幅下降。
6.2、戶用分布式光伏存在的問題
設計安裝不合理,不規范:由于分布式門檻低,市場前景好,不少人加入光伏行業,甚至有些企業在沒有相關專業知識的前提下進軍光伏行業,行業魚龍混雜;過分夸大回報收益:利用用戶對市場和政策信息的不對稱,存在夸大收益回報,過度宣傳,過度承諾,部分省市還出現光伏貸陷阱;電站建設質量殘次不齊:荷載不足,光伏支架,連接件,螺栓等易腐蝕,組件出現嚴重凹陷,劃痕等問題;運維體系不健全:很多光伏公司成立時間短,沒有建立一套成熟的運維管理制度,電站建成后,維護工作幾乎為零。
6.3、光伏發電系統的安全性和可靠性問題
在分布式發電系統的相關并網規范中, 對各發電單元的端口特性提出了具體的要求。 為此, 需要分析分布式發電系統的穩態及動態特性, 包括不同分布式發電單元以及分布式發電系統并網端口特性, 穩態情況下主要包括: 有功功率、 無功功率、 電壓、 頻率和諧波等特性。 考慮到分布式發電高度隨機性, 還要研究這些特性隨時間變化的規律。 具體到光伏發電系統, 目前遇到的安全性和可靠性問題包含以下幾個方面: 并網逆變器的直流分量注人問題、 光伏并網單元的對地漏電流問題和孤島及其檢測技術問題。
7、分布式光伏發電的技術創新方向
7.1、分布式光伏系統設備創新方向
分布式光伏系統設備創新方向分布式光伏系統通常安裝在建筑上,或與各類設備設施相結合,其應用場景的特點對系統的特性提出了如下需求:1.作為小規模、大數量、高度分散的工程項目,分布式光伏電站的設計、建造應盡可能標準化;2.靠近生產生活設施的分布式光伏電站應保證安全性;3.分布式電站的光伏組件常受到周邊建筑和設施的遮擋,陰影易導致組件產生熱斑,甚至損毀,也會造成組串內各塊組件工作電流差異大,產生"短板效應",顯著降低發電量,需要從設計和設備兩端充分考慮陰影遮擋的影響,盡可能提高發電量。為提高分布式光伏電站,特別是小型戶用光伏電站的設計、施工的標準化程度,即插即用式系統是一種有效的解決方案。將光伏組件、逆變器、小型儲能設備和電纜、夾具等配件高度集成,并改進電氣連接方式,使安裝操作簡化為直接插接或壓接,不僅能大幅提高施工效率,還能提高安全性。即插即用式系統解決方案的推廣可行性,很大程度上決定了集成系統對農村住宅和小型建筑物的適用性。分布式光伏系統作為電氣系統,存在漏電、起火等事故風險。因此,組串級甚至組件級的關斷器有必要推廣應用。目前,關斷器的成本較高,在國內的應用規模較小;統一標準,降低成本,應是重點攻關方向。BIPV系統相較于常規的屋頂電站,更靠近于建筑內的人員財物,安全性至關重要;除電氣安全外,結構安全性、材料環保性等也應是進一步研發和標準化的核心關注點。由于組串內各塊組件的額定電氣參數有微小差異,受到的陰影遮擋、污穢遮擋等情況也不同,使得輸出電流失配,造成功率損失。而微型逆變器和組件級優化器能使每塊組件工作在最大功率點上,盡可能地減少損失。對于微型逆變器和組件優化器,當前的研發重點包括優化最大功率點追蹤算法、提高器件可靠性、降低自身功率損耗、降低成本等。此外,與常規逆變器類似的是,微型逆變器和組件優化器也需提高智能化程度。
7.2、分布式光伏系統運維技術創新方向
分布式光伏系統運維技術創新方向分布式光伏電站地理位置分散,業主往往不具備光伏專業知識,運維工作亟需提高自動化、智能化、集約化水平,以降低運維成本,提升工作效率。基于逆變器等系統設備,利用互聯網、大數據、人工智能、5G通信等先進技術,對大量分布式光伏電站進行集中統一的監控,是最具可行性的技術路線。監控系統不僅實時監測各電站的運行數據,還要進行數據分析,統計發電量,計算收益,預測未來發電走勢;發現異常情況時,定位故障點,診斷故障類型和程度,從而為人員派遣、檢修事項等運維工作安排提供輔助決策。同時,隨著分布式光伏大規模、高比例接入配電網,為保障電網電能質量、運行安全,其通過智能監控系統參與電網智能化調度也將成為必然趨勢。此外,運維平臺移動終端、智能清洗機器人、自動化檢測工具等運維設備也是分布式光伏系統運維技術創新的重要突破口。
7.3、分布式光伏與多種能源的耦合
分布式光伏與多種能源的耦合在建筑級和園區級的微網中,分布式光伏是最常見、最重要的能源之一,與電化學儲能、供熱/冷、蓄熱/冷及其他負荷等由能量管理系統集中監控、統一調度管理。分布式光伏作為微網中清潔電能的主要來源,其隨機性、波動性經能量管理系統的控制,由儲能系統予以平抑,其發電曲線與負荷曲線的不匹配也由儲能系統予以緩和。通過這種多能耦合的方式,可實現能源的高效利用,助力建筑和園區的碳減排。為提高分布式光伏與微網中其他能源和負荷的匹配性,改善電能質量和供電可靠性,降低用電成本,需開發智能化程度更高的能量管理系統,基于氣象數據和光伏出力、負荷等歷史運行數據,進行光伏發電和負荷功率預測,開展多時間尺度的源、荷、儲能量匹配優化調度管理。包含分布式光伏系統的直流微電網或交直流混合微電網是建筑級和園區級新能源綜合利用的典型形式。對于有大量直流負荷的應用場景,采用直流配電系統,能夠更便利地接入分布式光伏和儲能,并且簡化變換環節,減少電能損耗。在電力電子技術提升、儲能應用規模拓展和能量管理系統優化的基礎上,這種"光儲直柔"模式將有效促進分布式光伏與用電側的深度融合。
8、分布式光伏發電的發展前景
我國分布式光伏資源十分豐富,可開發利用的規模巨大。隨著電力產業綠色低碳轉型,目前我國分布式光伏開發已形成相當規模。
分布式光伏電站具有開發類型多樣、規模小、建設時間短、系統簡單、電氣設備集成度不高的特點。在正常投運后,可采取“區域遠程集控”的管理模式,具有減少投入費用等優點。同時,分布式光伏系統線損小,節能環保效益明顯。分布式光伏系統的自發自用、余電上網,減少了長距離輸電造成的線路損失,加之就地或在附近區域內消納電量,有效避免了“棄光”現象。
我國分布式能源的發展,最大的推動力是政策,尤其是《電力發展“十三五”規劃》的提出,成為促進分布式光伏快速發展的最大利好因素。隨著國家和地方解決分布式光伏困局的政策密集出臺,稅費優惠措施的逐步落實,分布式光伏項目收益有望進一步提高。市場體量日臻成熟的分布式光伏更引發了各路企業、資本競相涌入,市場競爭逐步激烈化。
國家對分布式光伏發電系統一直采取積極鼓勵的態度,并出臺了一系列扶持措施。尤其是2016年底出臺的《電力發展“十三五”規劃》對分布式光伏設定了超常規發展目標:“2020年,太陽能發電裝機達到1.1億千瓦以上,分布式光伏6000萬千瓦以上”。為保障目標的實現,國家出臺了一系列政策予以扶持,最為典型的是價格政策扶持。2016年底,國家發改委發出《關于調整光伏發電陸上風電標桿上網電價的通知》,提出將分資源區降低光伏電站、陸上風電標桿上網電價,而分布式光伏發電補貼標準和海上風電標桿電價不作調整。2017年1月1日之后,一類至三類資源區新建光伏電站的標桿上網電價分別調整為每千瓦時0.65元、0.75元、0.85元,比2016年電價每千瓦時下調0.15元、0.13元、0.13元。國家發改委同時明確,今后光伏標桿電價根據成本變化情況每年調整一次。這一系列的政策引導,成為我國太陽能利用、發展分布式能源系統的重要推動因素。
多年來,浙江省各級政府、能源監管機構、電網企業密切配合、主動作為、多措并舉、形成合力,共同營造了光伏發展的良好環境,有力推動了分布式光伏的發展。其創新提出的光伏“五位一體”發展模式,為浙江省清潔能源示范省的建設發揮積極作用。在分布式光伏發展指數榜單中,浙江省、山東省、安徽省位列前三,其中浙江省指數較第二位光伏大省山東省高出近4個百分點,顯示出強勁的競爭實力。
新疆地區光伏裝機量全國領先,但其分布式發展較為緩慢,在榜單中排名靠后。新疆維吾爾自治區發改委在2017年12月初發布《新疆維吾爾自治區十三五太陽能發電發展規劃》,重點打造“兩大基地,四大集群”,推進分布式光伏發展,建成國家大型太陽能發電綜合應用基地和外送基地。可以預見其分布式光伏將迎來爆發式發展,并在全國能源體系中占據重要地位。
“互聯網+”電力能源是戰略導向,需要與分布式光伏發電這樣的“新興經濟基礎”相結合,才能落地生根。隨著技術的進步,光伏行業的發展不再是簡單的生產、推廣與應用,而是積極擁抱“互聯網+”,越來越多的光伏企業正在建立智能電站、儲能中心、云計算和大數據中心,通過與“互聯網+”電力能源的深度融合進一步擴大市場空間。
分布式電力能源系統不應該僅僅是某一種能源的利用和轉化機組或方法,而應該是綜合了供給、輸運和消費的一種能源利用體系。在這方面,互聯網思維的出現為我國分布式電力能源技術的發展提供了可供參考的新思路。與傳統的工業思維邏輯不同,互聯網思維強調系統非線性整合與行業跨界;強調系統的效益規模而非規模效益;強調系統的扁平化與去中心化;強調終端用戶的體驗。互聯網思維下的分布式能源系統發展思路,將從目前以能源生產為主導的思維模式轉變成面向用戶的全面提供能源解決方案的一種發展模式。
另外,家庭式分布能源的推廣和應用成為現代化的高度集成電子研發的重點,將控制器、逆變器等設備并入集成化的電路中,為客戶提供更為簡單便捷的安裝方式,或將成為未來設計研發的主流。在保證光伏系統與家庭建筑相匹配,滿足光伏系統安裝基本要義的基礎上,改善光伏組件外觀結構,使其實現節能環保的基本功能后可以美化建筑外觀,為使用者提供個性化模塊化組合搭建方式。
家庭民用分布式光伏系統作為“互聯網+”電力能源的基礎部分,其發展趨勢已成必然。在綜合分析目前技術與應用的基礎上,依托新型前沿科技并結合中國實際發展形勢,以民眾視角尋求發展的突破點,成為進一步思考其發展方向與對應模式的探索。
我國擁有完整的光伏產業鏈,在市場競爭中具有顯著優勢。從長遠看,我國光伏產業仍保持較快的增長速度和廣闊的市場空間。近年來,隨著政策變化,光伏電價補貼退坡明顯,雖然對光伏行業帶來一些影響,但也促使行業加快了轉型升級的步伐,產業模式出現新的變化。
首先是“光伏+儲能”模式,該模式儲存了未消納的剩余電量,并可在企業用戶生產過程中放電和消納電量,從而使分布式光伏上網電量減少,優化了自發自用比例,增強了項目盈利能力。
再者是“光伏+儲能+交通”模式,即分布式光伏系統與儲能設備、充電樁科學配置。
還有“光伏+微網”模式。該模式消納分布式光伏電量的方式為微電網,在偏遠地區適用。
“光伏+儲能+充電樁”模式,即分布式光伏發電系統與儲能設備、充電樁有機結合,科學配置,節能環保,避免浪費的同時還可以增加收入。在偏遠地區適用“光伏+微網”模式。該模式消納分布式光伏電量的方式為微電網,適用于電力難以接入國家電網的地區。還有“光伏+儲能”模式,該模式儲存了未消納的剩余電量,并可在企業用戶生產過程中放電和消納電量,從而使分布式光伏上網電量減少,優化了自發自用比例,增強盈利能力。
綠色低碳是生活主基調,綠色能源也一定是未來趨勢,分布式光伏電站盡管發展速度快,但遇到的問題也是顯而易見的,不可回避的。新型能源一定還會有一段路要走,但道路的方向是對的,前途也必然會是光明的。