分布式光伏發(fā)電與智能微網(wǎng)的發(fā)展分析

賈國(guó)征

摘 要：本文通過(guò)介紹分布式光伏發(fā)電、智能微網(wǎng)系統(tǒng)概念，對(duì)兩者的融合進(jìn)行研究。通過(guò)介紹共網(wǎng)技術(shù)的開發(fā)、發(fā)展、具體應(yīng)用實(shí)例，印證共網(wǎng)新技術(shù)的有效性。

【關(guān)鍵詞】分布式 光伏發(fā)電 智能微網(wǎng) 發(fā)展分析

1 分布式光伏發(fā)電概述

分布式光伏發(fā)電指采用光伏組件直接將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能的新型發(fā)電系統(tǒng)，具有廣闊的發(fā)展前景和綜合利用價(jià)值。分布式光伏發(fā)電通過(guò)倡導(dǎo)電力系統(tǒng)發(fā)電、并網(wǎng)、轉(zhuǎn)換、使用的就近處理，降低同規(guī)模光伏發(fā)電站的發(fā)電量，以及減少長(zhǎng)途運(yùn)輸、變壓升壓過(guò)程中的能耗。通過(guò)“自發(fā)自用”、“余電入網(wǎng)”、“就近使用”、“電網(wǎng)調(diào)節(jié)”四項(xiàng)原則進(jìn)行運(yùn)營(yíng)，將其應(yīng)用于建筑物上進(jìn)行項(xiàng)目研究。

2 從分布式光伏發(fā)電到微電網(wǎng)

微網(wǎng)指的是將分布式電源、電網(wǎng)負(fù)荷、儲(chǔ)能裝置，以及控制裝置進(jìn)行結(jié)合，形成單一可控的微型供電系統(tǒng)。微網(wǎng)內(nèi)部的主要電源是由電力電子裝置經(jīng)過(guò)能量轉(zhuǎn)換得到的，受微網(wǎng)控制。微網(wǎng)通常表現(xiàn)為一個(gè)單一的可控單元，在滿足用戶對(duì)供電需要的基礎(chǔ)上，提供質(zhì)量更可靠、傳輸更安全的電力供應(yīng)。自2000年歐盟提出微網(wǎng)工程開始，歐美國(guó)家、日本等電子技術(shù)較發(fā)達(dá)國(guó)家都相繼開展微網(wǎng)研究，并通過(guò)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)對(duì)微網(wǎng)的運(yùn)行、保護(hù)、控制，以及安全性進(jìn)行保護(hù)。我國(guó)自十一五規(guī)劃后也開始進(jìn)行分布式光伏發(fā)電的研究。到2014年我國(guó)光伏發(fā)電年裝機(jī)總量已經(jīng)居世界首位，累計(jì)裝機(jī)容量上升到全球第二位；到2015年，我過(guò)光伏發(fā)電累計(jì)裝機(jī)容量已經(jīng)達(dá)到4300萬(wàn)千瓦左右，但也呈現(xiàn)出區(qū)域化明顯的問(wèn)題，西北地區(qū)如甘肅年均利用量?jī)H為1061個(gè)小時(shí)，新疆整個(gè)地區(qū)僅為1042個(gè)小時(shí)，“棄光”現(xiàn)象嚴(yán)重。國(guó)家發(fā)展改革委緊急發(fā)布《可再生能源發(fā)電全額保障性收購(gòu)管理辦法》，對(duì)分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目面臨問(wèn)題進(jìn)行調(diào)整和解決。

2.1 城市片區(qū)微電網(wǎng)

城市片區(qū)微電網(wǎng)的建立需要根據(jù)片區(qū)內(nèi)居民小區(qū)、醫(yī)院、商場(chǎng)、辦公樓等設(shè)施的分布和數(shù)量進(jìn)行的。在進(jìn)行并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，光伏發(fā)電供電不足時(shí)由大電網(wǎng)供電，光伏發(fā)電充足時(shí)，則直接就近供電。當(dāng)大電網(wǎng)故障時(shí)，片區(qū)內(nèi)進(jìn)入“孤網(wǎng)”運(yùn)行模式，保障基本的重要負(fù)荷穩(wěn)定供電。城市片區(qū)微電網(wǎng)首先在國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的地區(qū)當(dāng)先發(fā)展，如北京、上海、廣州等，用于解決大城市內(nèi)人流眾多，用電需求巨大的問(wèn)題。同時(shí)微電網(wǎng)也可以顯著提高當(dāng)?shù)毓╇姺?wù)質(zhì)量，穩(wěn)定供電電壓，尤其在用電高峰期時(shí)，能夠提供高質(zhì)量的供電服務(wù)。城市片區(qū)微電網(wǎng)的發(fā)展應(yīng)與本地經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況和結(jié)構(gòu)相互結(jié)合，微電網(wǎng)是一種清潔、高效的發(fā)電、供電一體化服務(wù)技術(shù)，發(fā)展城市片區(qū)微電網(wǎng)有利于緩解當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境壓力，發(fā)展新能源。

2.2 偏遠(yuǎn)地區(qū)微電網(wǎng)

偏遠(yuǎn)地區(qū)相對(duì)封閉，與外網(wǎng)的接觸和交換都比較少，一般都是“自給自足”的狀態(tài)——通過(guò)當(dāng)?shù)匚㈦娋W(wǎng)供電，當(dāng)供電線路故障時(shí)，轉(zhuǎn)換備用電源整個(gè)供電系統(tǒng)。在這種情況下發(fā)展微電網(wǎng)，主要有兩種形式：企業(yè)微電網(wǎng)、農(nóng)村微電網(wǎng)。我國(guó)農(nóng)村、山區(qū)、草原等偏遠(yuǎn)地區(qū)供電困難，電力需求相對(duì)較低，電力系統(tǒng)的構(gòu)建成本較高，傳統(tǒng)供電方法不僅供電不夠方便，而且極易由于電力運(yùn)輸造成的電力損耗。發(fā)展微電網(wǎng)，可以有效利用微電網(wǎng)的靈活性，降低偏遠(yuǎn)地區(qū)的供電成本。

3 分布式光伏發(fā)電與智能微網(wǎng)的融合發(fā)展

3.1 光伏微電網(wǎng)共網(wǎng)新技術(shù)

光伏微電網(wǎng)共網(wǎng)新技術(shù)，是指利用光伏微電網(wǎng)系統(tǒng)協(xié)調(diào)光伏電力和市政電力的負(fù)載供電過(guò)程，當(dāng)光伏電力不足時(shí)，切換為市政電力向負(fù)載供電；當(dāng)光伏電力充足時(shí)，則優(yōu)先使用光伏電力就近供電。共網(wǎng)將市政電網(wǎng)與光伏微電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行連接，逆變裝置將太陽(yáng)能電池收集轉(zhuǎn)化的直流電轉(zhuǎn)換成與市政電網(wǎng)電壓相位一致的交變電流，同時(shí)就近向負(fù)載供電，并不匯入供電網(wǎng)絡(luò)的饋電設(shè)備。

共網(wǎng)應(yīng)用模式下，逆變裝置用于阻止光伏電力向市政電網(wǎng)的饋電，這一過(guò)程稱“零逆流”?！傲隳媪鳌辈⒕W(wǎng)系統(tǒng)，有效解決了電力系統(tǒng)供電過(guò)程中安全運(yùn)行問(wèn)題，降低系統(tǒng)損耗效率，進(jìn)一步提高太陽(yáng)能的使用效率。共網(wǎng)利用光伏應(yīng)用模式，將太陽(yáng)能電池板置于大量分散建筑上，收集和轉(zhuǎn)化光能，并將得到的光伏電力就地使用，將市政電力用作備用電力，保證負(fù)載在光伏電力不足時(shí)的用電需求。光伏電力與市政電網(wǎng)進(jìn)行連接，共同為負(fù)載供電，智能微網(wǎng)系統(tǒng)保證光伏電力優(yōu)先使用，共網(wǎng)與并網(wǎng)的應(yīng)用方式并不完全相同，共網(wǎng)應(yīng)用更加安全，不將光伏電力向市政電網(wǎng)饋電，降低電能轉(zhuǎn)換和運(yùn)輸?shù)南?，也避免了影響市政電網(wǎng)的正常運(yùn)行。在建筑上進(jìn)行光伏電力建設(shè)，可以有效應(yīng)用高地，降低技術(shù)成本，同時(shí)方便電力的供應(yīng)。

3.2 具體案例分析與應(yīng)用

分布式光伏發(fā)電與智能微網(wǎng)融合過(guò)程中，共網(wǎng)新技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用多為“園區(qū)模式”“城市模式”，以下對(duì)這兩種模式的具體應(yīng)用進(jìn)行介紹。

3.2.1 園區(qū)模式

光熱建筑一體化，在湘潭九華山工業(yè)屋頂設(shè)置集中式供熱和陽(yáng)臺(tái)欄板分散式供熱，集熱板面積總共542.4平方米，電力覆蓋面積為24400平方米，電力供應(yīng)人數(shù)達(dá)到1000人，設(shè)計(jì)水量30噸，應(yīng)用設(shè)備的輔助熱源為空氣源熱泵。

呼吸式光伏幕墻是指熱通道、通風(fēng)、保溫、隔熱系統(tǒng)。應(yīng)用于這里的光伏電池為非晶薄膜，電池板面積為696平方米，裝機(jī)容量在54.6kWp左右，發(fā)電效率較之前增加了10%。

太陽(yáng)能冷熱電聯(lián)產(chǎn)，按照季節(jié)情況，對(duì)太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，充分利用環(huán)境溫度，通過(guò)太陽(yáng)能冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，提供加熱的生活用水。

3.2.2 城市模式

到“十二五”末期錦州計(jì)劃打造千億光伏產(chǎn)業(yè)，建造中國(guó)的光伏之都，并在全市內(nèi)大型建筑、公共建筑、農(nóng)業(yè)大棚，甚至滿足條件的住宅小區(qū)，任何滿足條件的位置布置光伏太陽(yáng)能電池板，建設(shè)全市范圍的、超大型的分布式微電網(wǎng)光伏站。這一項(xiàng)目通過(guò)采用光伏微電網(wǎng)共網(wǎng)新技術(shù)，將分散在各個(gè)建筑物上的光伏方陣與建筑外墻材料相結(jié)合，使光伏方陣“物盡其用”。同時(shí)“貼”在建筑上的光伏太陽(yáng)能電池板所產(chǎn)生的電能可以優(yōu)先供應(yīng)附近大樓的用電需求，就近使用，降低電能運(yùn)輸造成的能耗損失和線路消耗。有市政電網(wǎng)作為基礎(chǔ)用電的備用供電設(shè)備，能夠保證各負(fù)荷在光伏電量不足時(shí)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，保證了供電系統(tǒng)的可靠性。

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作者單位

陜西光伏產(chǎn)業(yè)有限公司 陜西省西安市 710075