光伏發(fā)電在新能源可持續(xù)發(fā)展中的應(yīng)用

侯佳琪

（國(guó)網(wǎng)沈陽(yáng)供電公司，遼寧 沈陽(yáng) 110000）

0 引言

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的背景下，經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要大量的能源供應(yīng)來(lái)支撐生產(chǎn)和生活的各個(gè)方面，導(dǎo)致人們對(duì)電力能源的需求不斷增加。然而，傳統(tǒng)的能源消耗主要依賴(lài)于化石資源，而這種依賴(lài)帶來(lái)了許多問(wèn)題。首先，化石資源的消耗導(dǎo)致了環(huán)境污染問(wèn)題，化石燃料的燃燒會(huì)釋放出大量的二氧化碳等溫室氣體，加劇了全球氣候變化和大氣污染的問(wèn)題，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和人類(lèi)健康造成了嚴(yán)重的影響。其次，化石資源的有限性也帶來(lái)了能源短缺的風(fēng)險(xiǎn)，隨著全球人口增加和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的加速，對(duì)能源的需求不斷增長(zhǎng)，而化石資源的供應(yīng)卻面臨枯竭的局面。為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，綠色發(fā)展和環(huán)保成為當(dāng)代社會(huì)的重要議題，低碳發(fā)展和新能源的推廣成為可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的核心，太陽(yáng)能是一種備受關(guān)注的新興能源形式。推動(dòng)光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型發(fā)展對(duì)于實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)至關(guān)重要，光伏發(fā)電不僅可以減少對(duì)化石資源的依賴(lài)，降低能源短缺的風(fēng)險(xiǎn)，還可以創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益。光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的壯大，促進(jìn)就業(yè)機(jī)會(huì)的增加，并推動(dòng)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級(jí)。同時(shí)，通過(guò)減少化石燃料的使用，光伏發(fā)電有助于改善環(huán)境質(zhì)量，減少大氣污染，保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)。

1 光伏發(fā)電的概念和特點(diǎn)

1.1 光伏發(fā)電的概念

光伏發(fā)電作為一種新型發(fā)電方式，具有減少能源損耗和環(huán)境污染的潛力，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)是廣泛應(yīng)用的形式，能夠滿足當(dāng)?shù)匕l(fā)電和并網(wǎng)需求，并改善光伏發(fā)電并網(wǎng)問(wèn)題[1]。然而，光伏發(fā)電項(xiàng)目需要公共電網(wǎng)的支持，以確保電能質(zhì)量和供電可靠性，從而實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電的可持續(xù)發(fā)展。

1.2 光伏發(fā)電的特點(diǎn)

1.2.1 輸出功率小

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)通常由多個(gè)小型光伏發(fā)電裝置組成，每個(gè)裝置的輸出功率較小[2]。這種模塊化特點(diǎn)使得光伏發(fā)電系統(tǒng)能夠根據(jù)具體情況靈活調(diào)整光伏發(fā)電規(guī)模。相比之下，集中式光伏發(fā)電系統(tǒng)通常由少數(shù)大型光伏電站組成，每個(gè)電站的輸出功率較大。

1.2.2 環(huán)境污染小

光伏發(fā)電是一種清潔能源，不像傳統(tǒng)能源發(fā)電方式那樣產(chǎn)生大量的污染物和溫室氣體排放[3]。光伏發(fā)電不會(huì)產(chǎn)生氣體排放，減少了對(duì)大氣和水資源的污染。這使得光伏發(fā)電系統(tǒng)在環(huán)境保護(hù)方面具有重要的優(yōu)勢(shì)。

1.2.3 可以緩解用電緊張

光伏發(fā)電系統(tǒng)能夠利用太陽(yáng)能將其轉(zhuǎn)化為電能，特別是在白天光照充足的時(shí)候，能夠提供較大的電能量[4]。這有助于緩解用電緊張的問(wèn)題，尤其是在電力需求高峰期時(shí)，光伏發(fā)電系統(tǒng)可以為電網(wǎng)注入更多的清潔能源電力。

1.2.4 發(fā)電用電并存

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)通常與配電網(wǎng)連接，實(shí)現(xiàn)發(fā)電和用電的并存。這意味著分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)可以直接為周?chē)挠秒娫O(shè)施供電，減少了輸電損耗。而集中式光伏發(fā)電系統(tǒng)則需要將電能升壓接入輸電網(wǎng)，充當(dāng)電站的角色。

2 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)組成

光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是一種利用太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能并將其接入電網(wǎng)的系統(tǒng)。它由多個(gè)關(guān)鍵組件組成，包括繼電保護(hù)裝置、光伏列陣、逆變器、儲(chǔ)能裝置和最大功率點(diǎn)跟蹤裝置[5]。這些組件的協(xié)同工作使得系統(tǒng)能夠高效地從太陽(yáng)能中提取能量并穩(wěn)定地向電網(wǎng)輸送電能。

光伏列陣是光伏系統(tǒng)的核心部件，它由多個(gè)光伏電池組成，這些光伏電池能夠?qū)⑻?yáng)能轉(zhuǎn)化為直流電能。然而，光伏電池的輸出功率受到非線性特征的影響，因此需要最大功率點(diǎn)跟蹤裝置來(lái)確保系統(tǒng)以最大的效率工作。最大功率點(diǎn)跟蹤裝置監(jiān)測(cè)光伏列陣的輸出電壓和電流，并調(diào)整工作點(diǎn)以使得系統(tǒng)輸出功率最大化。為了提高光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的可控性和穩(wěn)定性，儲(chǔ)能裝置被引入其中，儲(chǔ)能裝置可以將電能進(jìn)行儲(chǔ)存和釋放，以滿足電網(wǎng)需求或者在光照不足時(shí)提供持續(xù)的電能輸出[6]。此外，儲(chǔ)能裝置還可以用于調(diào)節(jié)系統(tǒng)的功率波動(dòng)，提高系統(tǒng)對(duì)外界溫度和光照等因素的適應(yīng)能力。逆變器是另一個(gè)重要的組件，它連接光伏系統(tǒng)和電網(wǎng)。逆變器的主要功能是將直流電能轉(zhuǎn)化為交流電能，使得系統(tǒng)的電能輸出能夠符合電網(wǎng)的要求。逆變器還能夠監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，并根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)和保護(hù)。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行成本是一個(gè)重要的考慮因素。通過(guò)合理控制系統(tǒng)的運(yùn)行模式和電能輸出，可以降低運(yùn)行成本并提高太陽(yáng)能的利用率。此外，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可控性也是確保系統(tǒng)能夠與電網(wǎng)并網(wǎng)并保持一致的關(guān)鍵要素。

3 中國(guó)光伏能源的市場(chǎng)分析

在過(guò)去，中國(guó)的光伏發(fā)電主要應(yīng)用于一些無(wú)電地區(qū)的離網(wǎng)工程，為當(dāng)?shù)靥峁┛煽康碾娏?yīng)。此外，太陽(yáng)能光伏電池還廣泛應(yīng)用于家庭供電系統(tǒng)，為家庭提供綠色、可再生的電力。高原地區(qū)的通信、氣象和鐵路設(shè)施也采用了太陽(yáng)能光伏電池技術(shù)，確保了這些關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的正常運(yùn)行。此外，太陽(yáng)能路燈項(xiàng)目在城市和農(nóng)村地區(qū)廣泛推廣，提供了可持續(xù)、節(jié)能的照明解決方案。中國(guó)國(guó)家電力發(fā)展建設(shè)規(guī)劃在推動(dòng)光伏能源發(fā)展方面發(fā)揮了重要作用，該規(guī)劃推動(dòng)了一系列項(xiàng)目的實(shí)施，如無(wú)電縣建設(shè)、光明工程、阿里光電計(jì)劃、農(nóng)村輸變電工程和無(wú)電地區(qū)電力建設(shè)等。這些項(xiàng)目的實(shí)施為中國(guó)光伏能源市場(chǎng)帶來(lái)了新的機(jī)遇和發(fā)展動(dòng)力。

在“九五”至“十二五”期間，中國(guó)進(jìn)行了一系列城市項(xiàng)目和大型沙漠項(xiàng)目，推動(dòng)了太陽(yáng)能光伏電池的并網(wǎng)發(fā)電。這些項(xiàng)目的實(shí)施促進(jìn)了光伏能源的規(guī)模化應(yīng)用和普及，為中國(guó)的清潔能源轉(zhuǎn)型做出了重要貢獻(xiàn)。2009 年起，中國(guó)啟動(dòng)了大范圍的光電建設(shè)，推動(dòng)了全國(guó)金太陽(yáng)示范工程和敦煌大漠光伏電站等重大項(xiàng)目的發(fā)展。這些項(xiàng)目不僅推動(dòng)了光伏能源技術(shù)的創(chuàng)新和進(jìn)步，也為中國(guó)的可再生能源發(fā)展樹(shù)立了典范。在中國(guó)光伏發(fā)電市場(chǎng)中，基于用戶側(cè)的分布式發(fā)電系統(tǒng)與民用建筑的結(jié)合占據(jù)著重要地位。這種發(fā)電方式利用太陽(yáng)能光伏電池系統(tǒng)為民用建筑提供電力，并將多余的電能并網(wǎng)，使其成為可再生能源的重要供應(yīng)來(lái)源。類(lèi)似的基于用戶側(cè)的分布式發(fā)電系統(tǒng)也在德國(guó)、日本、美國(guó)等國(guó)家得到推廣，以更有效地利用光伏發(fā)電資源，實(shí)現(xiàn)能源的可持續(xù)利用。對(duì)于光伏電力公司而言，基于用戶側(cè)的并網(wǎng)發(fā)電方式是一個(gè)受歡迎的發(fā)展方向。光伏電力公司通過(guò)與民用建筑合作，可以更好地推廣和應(yīng)用光伏發(fā)電技術(shù)，同時(shí)為用戶提供可靠的清潔能源解決方案。

4 光伏發(fā)電在新能源可持續(xù)發(fā)展中的應(yīng)用策略

4.1 應(yīng)用保證新能源發(fā)電電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的控制技術(shù)

隨著光伏發(fā)電系統(tǒng)的快速發(fā)展，將其接入主電網(wǎng)成為一種常見(jiàn)的并網(wǎng)方式，在實(shí)施并網(wǎng)之前，需要采取更加徹底的措施來(lái)降低系統(tǒng)故障的隱患。這意味著在設(shè)計(jì)和安裝光伏發(fā)電系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)注意確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，以避免潛在的故障風(fēng)險(xiǎn)。一旦光伏發(fā)電系統(tǒng)成功并網(wǎng)，輸配電網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化，傳統(tǒng)的故障檢測(cè)方法和排障措施可能會(huì)對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行產(chǎn)生一定的影響。因此，需要研究和應(yīng)用更先進(jìn)的電網(wǎng)保護(hù)技術(shù)，以確保對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行和安全進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)和保護(hù)。這些技術(shù)可以及時(shí)檢測(cè)到電氣設(shè)備的故障，并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行排障，以防止故障蔓延或?qū)φ麄€(gè)系統(tǒng)造成嚴(yán)重影響。此外，防止孤島效應(yīng)的發(fā)生也是至關(guān)重要的。孤島效應(yīng)指的是當(dāng)主電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)，光伏發(fā)電系統(tǒng)仍然繼續(xù)運(yùn)行并提供電力，形成一個(gè)孤立的電力系統(tǒng)。這可能會(huì)對(duì)電力設(shè)備和電網(wǎng)產(chǎn)生不利影響，甚至對(duì)工作人員和設(shè)備的安全造成威脅。因此，需要選擇適當(dāng)?shù)恼{(diào)控策略，確保新能源發(fā)電系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行，并能及時(shí)與主電網(wǎng)連接或切斷連接，以避免孤島效應(yīng)的出現(xiàn)。在解決故障后，確保光伏發(fā)電系統(tǒng)能夠順利地繼續(xù)以并網(wǎng)方式運(yùn)行也是十分重要的，這需要進(jìn)行全面的檢測(cè)和測(cè)試，確保系統(tǒng)的各個(gè)組件和設(shè)備正常運(yùn)行，并與主電網(wǎng)保持良好的協(xié)調(diào)和同步。

4.2 提升能源系統(tǒng)儲(chǔ)存和調(diào)節(jié)能力

在建設(shè)高比例的可再生能源體系時(shí)，一個(gè)關(guān)鍵要素是確保能源系統(tǒng)具備良好的存儲(chǔ)和調(diào)節(jié)能力。由于可再生能源的不穩(wěn)定性和間歇性，能源的存儲(chǔ)和調(diào)節(jié)能力變得尤為重要，這意味著我們需要能夠儲(chǔ)存多余的能源以便在需要時(shí)進(jìn)行釋放，同時(shí)還要能夠平衡供需之間的差異。為了實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)，即減少溫室氣體排放并推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展，需要確保新能源替代傳統(tǒng)石化能源的發(fā)展節(jié)奏與可再生能源建設(shè)相一致。意味著需要在逐步推進(jìn)可再生能源的同時(shí)逐漸減少對(duì)傳統(tǒng)能源的依賴(lài)，以實(shí)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型。在傳統(tǒng)電力系統(tǒng)方面，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)通常以中央化的方式運(yùn)行，而可再生能源的大規(guī)模接入要求電力系統(tǒng)更加靈活，能夠適應(yīng)分散式發(fā)電和多樣化的能源來(lái)源。因此，需要進(jìn)行技術(shù)升級(jí)和改造，以提高傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的響應(yīng)速度、可靠性和適應(yīng)性。其中，物理化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)是實(shí)現(xiàn)能源存儲(chǔ)和調(diào)節(jié)能力的關(guān)鍵之一，包括先進(jìn)儲(chǔ)冷儲(chǔ)熱和先進(jìn)儲(chǔ)氫等技術(shù)，這些技術(shù)可以將多余的能源轉(zhuǎn)化為其他形式進(jìn)行儲(chǔ)存，以便在需要時(shí)釋放能量。例如，儲(chǔ)冷儲(chǔ)熱技術(shù)可以將多余的能源用于冷卻或加熱系統(tǒng)，以滿足能源需求，儲(chǔ)氫技術(shù)可以將多余的能源轉(zhuǎn)化為氫氣儲(chǔ)存起來(lái)，用于燃料電池發(fā)電或其他用途。

4.3 結(jié)合風(fēng)力與光伏發(fā)電并網(wǎng)的特點(diǎn)研究新型配電系統(tǒng)方式

輸配電網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)代能源系統(tǒng)中至關(guān)重要的組成部分。隨著新能源發(fā)電系統(tǒng)的快速發(fā)展，特別是風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的興起，將這些新能源并入傳統(tǒng)輸配電網(wǎng)絡(luò)成為一項(xiàng)重要任務(wù)。了解風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的并網(wǎng)特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)有效整合的關(guān)鍵。在確定電力與光伏發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化位置時(shí)，需要綜合考慮多個(gè)因素，如資源分布、氣候條件和用電負(fù)荷等。通過(guò)詳盡的分析研究，可以確定最佳的裝機(jī)容量和裝機(jī)地質(zhì)，以最大限度地利用可再生能源資源并滿足電力需求。為了實(shí)現(xiàn)電力與光伏發(fā)電系統(tǒng)的有效控制和管理，需要選擇合適的控制方式和并網(wǎng)方式?？刂品绞桨L(fēng)力發(fā)電機(jī)組的槳距角控制、光伏逆變器的功率控制等，以確保發(fā)電系統(tǒng)在各種工況下運(yùn)行穩(wěn)定。并網(wǎng)方式則涉及與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的連接方式和交互方式，如并聯(lián)并網(wǎng)和逐級(jí)遞變并網(wǎng)等。另外，選擇合適的接入位置對(duì)于電力與光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)成功至關(guān)重要，通過(guò)合理安排接入點(diǎn)，可以最小化輸配電網(wǎng)的改造成本并降低電網(wǎng)損耗。同時(shí)，還需要對(duì)電壓波動(dòng)和電壓諧波進(jìn)行影響性分析，以確保并網(wǎng)設(shè)計(jì)方案的可行性和穩(wěn)定性。在規(guī)劃設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須考慮施工地點(diǎn)的環(huán)境因素對(duì)風(fēng)力和光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)的影響。這包括考慮地形地貌、氣候條件、降水量和風(fēng)速等因素，以評(píng)估系統(tǒng)在不同環(huán)境條件下的性能和可靠性。此外，還需要評(píng)估并網(wǎng)方式對(duì)環(huán)境的影響效果，以確保系統(tǒng)的環(huán)保性。

4.4 提高非化石能源利用比重

為了實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，中國(guó)需要在2050—2055 年顯著提高非化石能源利用的比重，至少達(dá)到70%。為滿足這一目標(biāo)，每年需要保持2%的漲幅，以確保能源結(jié)構(gòu)的逐步轉(zhuǎn)型。在非化石能源中，水電和核電的增長(zhǎng)受到一定的限制，因此建立以風(fēng)電和光伏發(fā)電為主力的能源結(jié)構(gòu)已成為全球共識(shí)。實(shí)際上，在2020 年，中國(guó)風(fēng)電和光伏發(fā)電新增裝機(jī)容量已經(jīng)達(dá)到1.2 億kW，顯示出了中國(guó)在這方面的巨大努力和成就。然而，新能源發(fā)電也面臨一些挑戰(zhàn)，其中包括隨機(jī)性、間歇性和波動(dòng)性等問(wèn)題。為了解決這些問(wèn)題，中國(guó)正在進(jìn)行電網(wǎng)改造，以便更好地適應(yīng)新能源的消納。此外，儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展也將為新能源提供有效的支持，使其能夠更好地滿足能源供應(yīng)的需求。同時(shí)，氫能技術(shù)的發(fā)展也將為能源轉(zhuǎn)型提供重要支持，促進(jìn)能源的清潔利用。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，中國(guó)需要加強(qiáng)核心技術(shù)的研發(fā)和創(chuàng)新，以推動(dòng)新能源發(fā)電技術(shù)的進(jìn)步。通過(guò)持續(xù)投資和政策支持，中國(guó)可以進(jìn)一步改善新能源發(fā)電的可靠性和穩(wěn)定性，減少對(duì)傳統(tǒng)化石能源的依賴(lài)。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在新能源可持續(xù)發(fā)展的大背景下，大力推動(dòng)光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)具有重要意義。通過(guò)準(zhǔn)備時(shí)間短、清潔環(huán)保、減少污染和能耗等優(yōu)勢(shì)，光伏發(fā)電能夠?yàn)樯鐣?huì)發(fā)展帶來(lái)更大的效益。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，我們需要完善相關(guān)政策和措施，加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)和創(chuàng)新，擴(kuò)大光伏發(fā)電的規(guī)模，以推動(dòng)清潔能源的發(fā)展，邁向可持續(xù)發(fā)展的未來(lái)。