關(guān)于新能源光伏發(fā)電技術(shù)的一些探討思考

白鴿

中國(guó)電建集團(tuán)北京勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司 北京 100024

過(guò)去10 余年，我國(guó)的光伏產(chǎn)業(yè)規(guī)模快速擴(kuò)張，商用技術(shù)屢破世界紀(jì)錄，一舉發(fā)展成為具有全產(chǎn)業(yè)鏈領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)的科技產(chǎn)業(yè)。據(jù)麥肯錫咨詢公司的一項(xiàng)研究顯示，光伏產(chǎn)業(yè)是我國(guó)領(lǐng)先世界且具有極大競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的產(chǎn)業(yè)之一。但與此同時(shí)，相對(duì)于先進(jìn)國(guó)家，我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)在部分領(lǐng)域仍有不足，需要進(jìn)一步找差距、補(bǔ)短板，繼續(xù)鞏固和提升我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)的國(guó)際領(lǐng)先地位。

1 光伏發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀

自2008 年大型光伏電站特許權(quán)招標(biāo)政策在我國(guó)開(kāi)始實(shí)施，一直到2011 年光伏電站上網(wǎng)優(yōu)惠電價(jià)政策的出臺(tái)，這些政策為我國(guó)在光資源充足、建設(shè)面積約束性小的西部地區(qū)建造規(guī)模化大型地面光伏電站提供了有利支撐，從而也確立了大規(guī)模光伏電站在光伏市場(chǎng)中的主體地位。分布式光伏主要是在我國(guó)東部地區(qū)逐步發(fā)展起來(lái)的，其真正的規(guī)模化應(yīng)用則是從2009 年“金太陽(yáng)示范工程”和“光電建筑應(yīng)用”的實(shí)施開(kāi)始。經(jīng)過(guò)連續(xù)5 年的發(fā)展，截至2014年底，我國(guó)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)(包括離網(wǎng)光伏)的累計(jì)裝機(jī)量為5GW，僅占全國(guó)光伏發(fā)電系統(tǒng)累計(jì)裝機(jī)量的17．62%。

隨著西部地區(qū)土地資源日趨緊張，用電負(fù)荷低、消納能力差導(dǎo)致棄光限電問(wèn)題凸顯，再加上光伏發(fā)電具有波動(dòng)性，不利于大規(guī)模輸送，因此，國(guó)家能源局于2013 年調(diào)整了光伏發(fā)展戰(zhàn)略，著力發(fā)展分布式光伏，提出“到2020 年分布式光伏裝機(jī)量達(dá)100GW，裝機(jī)量占比達(dá)56%”的目標(biāo)，預(yù)計(jì)將超過(guò)大型地面光伏電站[1]。

2 光伏發(fā)電技術(shù)

有關(guān)人員還重點(diǎn)研究了太陽(yáng)能光伏陣列和電池儲(chǔ)能系統(tǒng)（BESS）等可再生能源型電力系統(tǒng)在低壓電網(wǎng)中提供電壓支持的能力，以及在孤島型微電網(wǎng)中提供電壓和頻率支持的能力。除此之外，還研究了利用太陽(yáng)能光伏在MPPT 中的作用來(lái)提供有功和無(wú)功（即非有功）功率控制，以及用于電網(wǎng)連接模式的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。在Matlab/Simulink 軟件中得到的仿真結(jié)果清楚地證明了所提出的控制方法的有效性。微電網(wǎng)是分布式發(fā)電機(jī)或微資源、儲(chǔ)能裝置和負(fù)載的集合，它們作為一個(gè)獨(dú)立的可控制系統(tǒng)運(yùn)行，能夠向服務(wù)區(qū)域提供電力和熱量。集成在微電網(wǎng)中的微資源由不到100 千瓦的小型裝置組成，并配有電力電子（PE）接口。最常見(jiàn)的資源是太陽(yáng)能光伏（PV）、燃料電池（FC）或以配電電壓水平連接的微型渦輪機(jī)。當(dāng)有充足的太陽(yáng)輻照度時(shí)，微電網(wǎng)頻率控制所需的有功功率小于MPP 時(shí)太陽(yáng)能光伏發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的有功功率，即pfcontrolppvmpp，同時(shí)電池的SOC 為20%，電池將不能再放電[2]。

3 光伏發(fā)展技術(shù)的前景

近年來(lái)，除戶用系統(tǒng)外，多數(shù)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)均建在有一定用電負(fù)荷的工商業(yè)園區(qū)內(nèi)，通常利用工業(yè)廠房屋頂或園區(qū)內(nèi)的空地搭建，裝機(jī)量從kW 級(jí)到MW 級(jí)不等。但由于光伏發(fā)電系統(tǒng)夜間不能發(fā)電，且其隨氣候變化的波動(dòng)性較強(qiáng)，因此，其不能保障持續(xù)可靠的電力輸出。若為分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)配備一定容量的儲(chǔ)能，不僅可在夜間為園區(qū)提供電能，減少?gòu)耐獠侩娋W(wǎng)購(gòu)電的比例，還能減少白天光伏發(fā)電系統(tǒng)的波動(dòng)問(wèn)題，可根據(jù)用電負(fù)荷實(shí)際情況進(jìn)行削峰填谷，提高“自發(fā)自用”電量的比例，提高項(xiàng)目投資收益率。此外，利用太陽(yáng)能的熱效應(yīng)，增加集熱、換熱和儲(chǔ)熱系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電、供熱一體化，也是提高項(xiàng)目投資收益的有效途徑。在配備儲(chǔ)能設(shè)備的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)中，若光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電能力大于所需的用電負(fù)荷，也可積極參與市場(chǎng)化交易，利用峰谷電價(jià)差進(jìn)行盈利。表1 為各類資源區(qū)電價(jià)表，由表1 可知，在光伏時(shí)段電價(jià)中，Ⅲ類資源區(qū)的企業(yè)日常用電成本最高，一般工商業(yè)用電價(jià)格為0．8739 元/kWh，大工業(yè)用電價(jià)格為0．7572 元/kWh；Ⅱ類資源區(qū)的一般工商業(yè)峰谷電價(jià)差最高，為0．7070 元/kWh，Ⅲ類資源區(qū)的大工業(yè)峰谷電價(jià)差最高，為0．6385 元/kWh。由于一般工商業(yè)的用電價(jià)格較高，故采用此類峰谷電價(jià)更適合套利。經(jīng)測(cè)算，目前增加儲(chǔ)能的光伏發(fā)電系統(tǒng)所投入的運(yùn)營(yíng)成本正在以每年15%的速度下降。因此，高效率、低成本的儲(chǔ)能將是未來(lái)分布式光伏實(shí)現(xiàn)平價(jià)上網(wǎng)的重大推動(dòng)因素[3]。

表1 各類資源區(qū)電價(jià)表

4 結(jié)語(yǔ)

將分布式發(fā)電與配電網(wǎng)運(yùn)行相互連接，就相當(dāng)于在配電網(wǎng)運(yùn)行期間嵌入分布式電源；而將微電網(wǎng)與配電網(wǎng)運(yùn)行相互連接，就相當(dāng)于電力系統(tǒng)之間能夠形成互聯(lián)并列運(yùn)行。微電網(wǎng)技術(shù)與分布式電源的結(jié)合，可促使分布式電源接入的靈活性、智能性得到最大程度地激發(fā)，為各種分布式電源的并網(wǎng)運(yùn)行提供最直接的接口。這可以說(shuō)是分布式電源效能非常關(guān)鍵的運(yùn)行方式?；诜植际诫娫磁c微電網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行延伸和開(kāi)發(fā)，可將可再生能源與其進(jìn)行對(duì)接，讓負(fù)荷呈現(xiàn)多樣化，從而可以更好地保證配電網(wǎng)安全、可靠地運(yùn)行。