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纪振双:图解分布式光伏的多样化应用及发展前景

日期:2019-06-26    来源:光伏头条

能源资讯中心

2019
06/26
09:25
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关键词: 太阳能 可再生能源 太阳能发电 分布式光伏

     本文为中国光伏行业协会“2018-2019年中国光伏产业年度报告”特约撰稿,并经作者进一步修改。
 
    一、 综述
 
    目前,对分布式光伏尚无统一、完整的定义。依据国网Q/GDW11147—2017《分布式电源接入配电网设计规范》中给出的定义,接入35kV及以下电压等级、位于用户附近、就地消纳为主的电源为分布式电源。根据上述定义及最新的政策文件,宽泛理解,配电网接入、就近消纳的并网光伏发电系统及各类离网型光伏发电系统,均属分布式光伏的范畴。
 
    用电端应用场景和需求的多样化,决定了分布式光伏具有单体容量较小、建设地点分散、站场条件和用户类型复杂等特点。上述特点决定了多样化发展为分布式光伏的必然选择。图1、图2为根据供电功能区域的划分及分布式光伏的范围界定,给出的分布式光伏系统类型图示。

 
    图1. 并网型分布式光伏典型系统形式


 
    图2. 离网型分布式光伏典型系统形式
 
    目前,图中所示的各类分布式光伏发电系统在不同的场景下均得到了应用,有的处于成熟应用阶段,有的处于示范性应用阶段,有的处于开发应用阶段。
 
    从政策角度,清洁能源逐步取代化石能源的趋势已不可逆转,电力供应也已呈现去中心化的态势,随着电力体制改革的深入及电力交易市场的不断完善,分布式光伏发展的政策和市场环境也会不断改善。从市场角度,太阳能资源无处不在,随着组件和系统效率的持续提升及光伏建设成本的不断下降,可经济地应用光伏发电的区域和场景会不断增加,各类适合于不同应用场景、质量上满足要求、价格上有竞争优势的分布式光伏都会有比较好的应用前景,特别是与设施或设备高度集成、直驱性光伏发电系统,与其他业态形式一体化建设、可取得叠加收益并摊薄建设和运营成本的“光伏+”或“+光伏”系统,适合于农村、准家电、民生性的光伏发电系统或设备,有刚性需求和独特竞争优势的离网和移动型光伏发电系统或设备。
 
    整体看,分布式光伏尚处于粗放、数量型发展阶段,要实现分布式光伏高质量、可持续发展,从技术角度,还有诸多尚需解决的问题,例如:
 
    1) 适合于不同场景和用电需求,系统类型的顶层设计和规划。包括各类系统分类设计和建设标准的制定或完善;
 
    2) 分布式电源成为主力电源的区域,配电区域的网络重构,智能化监测和控制技术的开发和应用,与供电质量和安全可靠性有关的技术开发和应用;
 
    3) “光伏+”或“+光伏”形式的分布式光伏,跨界、集成性技术的开发和应用。
 
    二、典型应用
 
    1. 与建筑及其他设施相结合的分布式光伏
 
    利用各类建筑或设施的闲置区域建设光伏发电系统,包括立体化应用,为分布式光伏的主流形式之一,图3为与建筑及其他设施相结合的分布式光伏系统形式示例。

 
    图3. 建筑结合分布式光伏发电的典型系统形式
 
    在图中所示的各种系统形式中:
 
    1) 依附于各类建筑屋面或棚面的光伏发电系统的应用最为广泛,也最成熟;
 
    2) 建于建筑立面的光伏发电系统的应用比例较低,还有许多需要解决的问题;
 
    3) 依附于城乡户外照明设施的光伏发电系统已得到一定程度的应用,但可靠性水平还有待提高;
 
    4) 与建筑集成、光伏组件既是发电元件又作为建筑构件的光伏发电系统,尚处于示范应用阶段,一些关键的系统集成技术还有待突破;
 
    5) 与公路和轨道交通设施相结合的光伏发电系统,尚处开发阶段。
 
    2. 与储能结合的分布式光伏
 
    光伏发电为波动、间歇性电源,在单纯依靠光伏提供电力或光伏发电渗透率较高的场景下,在光伏发电侧或用户侧配置适当容量和形式的储能是必要的选择,此类场景下,储能系统兼有间歇性供电及调峰、调压和调频等辅助作用。另外,随着储能设备制造成本的下降和充放电效率的提升,以及电力产品价格形成机制的不断完善,与储能相结合的光伏发电的应用范围会不断扩大。图4为与储能结合的光伏发电系统形式示例。

 
    图4. 储能结合分布式光伏的典型系统形式
 
    在图中所示的各种系统形式中,边远无电地区、通讯基站、户外照明设施等场景下的带储能小微型光伏发电系统已得到广泛的应用,但在系统适配性、可靠性方面还存在许多需要解决的问题。其他形式与储能相结合的光伏发电系统尚处于示范应用或应用开发阶段。
 
    需要特别说明的是,与用户对能源和动力介质的需求对接,高效、经济地利用即有或新增储能形式或介质,与企业或区域现有能量利用系统一体化设计和配置的光伏发电系统,市场需求在不断增加,可以预见,如果能突破关键性的应用技术,会有比较好的应用前景。
 
    3. 分布式光伏微电网
 
    一般理解,微电网是指建于配电网或用电侧,分布式能源高比例接入且相对独立运行的局域网,包括与公共电网联接的并网型微电网和离网型微电网。光伏微电网是指分布式光伏占比较大,源(含光伏或多能互补)、荷、储本地平衡和调节为主的微电网。图5为光伏微电网系统形式示例。
 
    根据我国的资源禀赋和特点,非水可再生能源将成为替代化石能源的主力军。以各类非水可再生能源的分布式电源为主,通过微电网建设,集约、高效地利用各类能源,将成为未来的主流形式之一。
 
    国家也非常重视微电网,特别是智能微电网的建设。2015年,国家能源局发布《关于推进新能源微电网示范项目建设的指导意见》(国能新能【2015】265号),将微电网定位为“能源生产和消费革命的重要措施,推进能源发展及经营管理方式变革的重要载体”。
 
    在支撑微电网的各类分布式电源中,光伏发电具有独特的比较优势。2017年,在国家发改委和能源局公布的首批28个试点项目中,27个项目的建设方案中含有分布式光伏发电,其中,光伏发电在各类电源中装机占比最高的项目有21个,占比75%。

 
    图5. 光伏微电网的系统形式示例
 
    在图中所示的各类形式中,面向无电地区或场所的微电网已得到广泛应用。例如,近些年,中兴能源为边防哨所和通讯基站建设了几百座各种形式、分布式光伏为主力电源的微电网,解决了困拢当地多年的用电问题。图6为中兴能源建设,为某哨所提供电力的微电网系统图,该系统光伏发电的装机量为450kW,风力发电的装机量为20kW,配有250kVA备用柴油发电机,储能储能蓄电池的总容量为4000Ah,可全天候为哨所提供电力。
 
    总体看,图5中所示的其他形式的微电网尚处于示范性应用或开发应用的阶段。
 
    图6. 某边防哨所离网型微电网系统图示
 
    4. 其他分布式光伏
 
    包括光伏移动电源、光伏直驱发电系统、其他形式的光伏发电系统。
 
    光伏移动电源已广泛应用于太空和军事用途。随着太阳能电池效率的提升和制造成本的下降,光伏移动电源在民用领域已具备一定的经济性和应用价值,如:以增程为目的,在无人机、电动客车上建造的光伏发电系统,汉能近两年推出的带光伏发电的汉包、汉伞。
 
    与其他发电形式不同,光伏发电可以实现与用电设备的集成化设计,特别在灌溉、照明、制热(冷)、家用电器等领域。图7为格力电气开发应用的“光伏直驱变频离心机技术“的系统图,从图中可以看出,光伏发电直接用于设备驱动,与传统形式比较,用电端的能量效率可以提高6%以上。


 
 
    图7. 光伏直驱变频离心机技术系统图示例
 
    三、分布式光伏需要重点解决的技术质量问题
 
    质量是指“客体的一组固有特性满足要求的程度”。对光伏发电,定义中的“客体”泛指光伏发电站及其分子系统和设备。定义中的“要求”包括两个方面,一是合同或规范性文件中规定的要求;二是隐含的要求,通常指与产品使用有关的合理预期或期望,对光伏发电,主要包括系统或设备的适合性、耐久性及可靠性方面的要求。
 
    整体看,分布式光伏尚处于粗放式发展阶段,围绕上述定义,按照多样化发展的需求,一些关键技术还有待突破;从质量角度,系统设计及关键设备适合性、耐久性、可靠性方面还有许多亟待解决的问题,有的问题已成为制约光伏技术应用和健康发展的瓶颈。 表1围绕分布式光伏的建设过程,给出了需要重点解决问题的示例。

 
    表1. 电站建设过程典型问题示例
 
    总之,如前所述,按照多元化和高质量发展要求,分布式光伏还有许多工作要做。
 
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