自工業革命以來,世界經濟發展主要依賴煤炭、石油和天然氣等3種化石能源,其消費比重迄今仍占世界一次能源總消費量的87%左右。2009年我國發電量35965億kW•h,火力發電量就29867億kW•h,約占83.04%。隨著全球工業化和現代化的快速發展,電能消費在終端能源消費中所占比重越來越大,對全球碳排放的貢獻也越大,預計到2030年,全球CO2排放量中電力部門的排放量將達到45%,我國將長期為全球碳排放最多的國家。隨著環境、生態污染的日益嚴重,促使各國政府不得不在能源領域采取可持續發展的能源道路。2008年以來的世界性金融危機,不少國家都把發展新能源、新材料作為轉變經濟增長方式,尋求提振經濟的增長點,走出目前經濟困境的主要戰略目標。大力開發利用太陽能這個取之不盡用之不竭的能源有著重大意義。
早期的太陽能發電主要是以獨立系統的形式出現,用于解決電網覆蓋不到的邊遠地區和特殊場所的用電問題。獨立系統中往往會配置一定容量的蓄電池,以解決太陽能光伏發電的間歇性和不可預測性。隨著荒漠大型太陽能光伏發電示范工程和金太陽工程的實施,并網運行的太陽能光伏發電逐漸發展起來;隨著太陽能發電裝機容量與發電量快速增長,其發電間歇性和不可預測性的特點對電網的電能質量、安全、穩定、可靠運行提出了新的挑戰,主要體現在:
。1)荒漠地區電網薄弱,大規模太陽能光伏發電接入電網,給電網調峰、調頻帶來困難。
。2)大規模光伏電站位于偏遠地區,當地電網建設滯后,存在輸電瓶頸,在電能集中送出時導致電網設施過載。
(3)并網運行的太陽能光伏發電裝置大多缺乏電網安全運行所需要的一些基本功能,電站的運行管理水平較低。
隨著光伏發電的推廣應用,加快并網等相關技術研究已經迫在眉睫。最近,在國家電網公司的統一領導和部署下,各個電力設計研究院所積極組織力量開展太陽能光伏發電并網相關課題的研究:
--組織研發新能源并網技術、試驗標準和入網設計研究;定光伏等新能源并網技術導則和管理規范,明確電網公司和新能源運營商之間的責任和義務,正在積極將研究成果轉化為技術標準,為新能源并網提供技術保障。
――開展新能源的發電模型研究。建立太陽能光伏的模型,對電壓協調控制、短路和保護、電壓閃變、電壓跌落、過電壓、非正常孤島等對電網的影響進行深入研究、評估。形成一些工程實用成果,將通過技術標準和導則予以發布。
本文將結合多年的太陽能光伏發電系統研究給廣大低碳經濟的實踐者、太陽能光伏發電的倡導者提供一點建議,供大家參考。
首先,對于大型荒漠太陽能光伏發電,現在采用通過逆變裝置由直流變為交流后接入電網,且多采用分組集中、電壓逐級升高的并網方式。本人認為應多向系統設計者推薦采用多回路輕型直流輸電,多個太陽能光伏電站集中接入系統的方式。目前輕型直流輸電的電壓等級一般在±150kV以下,輸送功率可達350MW,比較適合于大規模太陽能光伏發電基地的應用需求?梢砸虻刂埔说亟ㄔO一定規模的輕型直流輸電網絡,提高輸送太陽能光伏發電的能力和運行穩定性。經過一定的輸送距離后,再通過換流站變為交流送入電網。這種輸電方式具有較高的技術經濟性:①可避免逆變并網時逆變側網絡故障對發電機的沖擊,同時太陽能光伏發電也不會增加電網的短路容量;②換流站采用高頻開關技術,可大大減小濾波器的體積和重量;③無功控制相對比較容易。
其次,除大型荒漠太陽能光伏的集中式并網外,太陽能光伏發電可以進行分布式并網。分布式發電可以將太陽能發電(包括熱發電和光伏發電)電源組織起來,并配置一定的儲能設備,通過有效的系統控制,提高分布式發電系統的運行穩定性和電能質量。我國青藏、新疆、西北、華北的擁有豐富的太陽能資源,大部分地區人口密度低,非常適宜于發展分布式發電。分布式發電的規模化接入,只要對現有配電系統進行小改造,就可以實現在低壓側或配電側并網,滿足電力系統潮流分布、繼電保護和運行控制等方面要求,然后利用各種微電源的互補性及儲能設備的作用,大大提高太陽能光伏發電的穩定性,促進分布式發電的規模化利用。
在一、二線城市建筑體量大,配電網發達,自動化水平高,電網結構合理,太陽能光伏應結合國家產業政策和電網的規劃實現集中并網或用戶側并網。大電網與太陽能發電供能系統相結合,有助于防止大面積停電,提高電力系統的安全性和可靠性,增強電網抵御自然災害的能力,對于電網乃至國家安全都有重大現實意義。分布式發電供能系統由于采用就地能源,可以實現分區、分片靈活供電,通過合理的規劃設計,在災難性事件發生導致大電網瓦解的情況下,可以保證對重要用戶的供電,并有助于大電網快速恢復供電,降低大電網停電造成的社會經濟損失;分布式發電供能技術還可利用天然氣、冷、熱能易于在用戶側存儲的優點,與大電網配合運行,實現電能在用戶側的分布式替代存儲,從而間接解決電能無法大量存儲這一世界性難題,促進電網更加安全高效運行。分布式發電供能系統與大電網并網運行,還有助于克服一些分布式電源的間歇性問題,進而提高系統供電的電能質量。
再次,以最低的發展成本,實現對太陽能、風電等可再生能源的開發和接納。發展“智能電網”是一個行之有效的選擇,智能電網的核心思想是在開放和互聯的信息模式下,通過加載數字設備和升級電網網絡管理系統,實現發電、輸電、供電、用電、售電、電網分級調度、綜合服務等電力產業全流程的智能化、信息化、分級化互動管理。同時,再造電網的信息回路,構建用戶新型的反饋方式,推動電網整體轉型為節能基礎設施,提高能源效率,降低客戶成本,減少溫室氣體排放,創造電網價值的最大化。
總之,盡管目前太陽能發電的某些領域正在重復風電當年的坎坷,目前國內光伏發電的大規模應用并沒有展開,因此急需提前規劃,統一規劃太陽能光伏電站和電網建設,光伏電站布局一定不能各搞各的“圈地運動”,要圍繞電網發展、光伏發展規劃進行。要讓電網建設適應光伏產業的快速發展還需大量的深入工作,在光伏產業規劃和前期工作中就要有地方供電公司參與,并將配套電網設施作為產業的一個組成部分,同步辦理相關手續,以便電網項目和光伏產業能同步核準,同步建設,實現相互促進共同發展,是解決太陽能光伏電站并網的關鍵。