史珺博士：智能光伏微電網(wǎng)的特點(diǎn)與構(gòu)建

本文為史珺博士在《2013中國分布式能源論壇》上作的報(bào)告

一、前言

隨著國務(wù)院[2013]第24號(hào)文的發(fā)布，我國建設(shè)分布式光伏電站的高潮即將到來。針對(duì)光伏發(fā)電的技術(shù)和應(yīng)用特點(diǎn)，本文指出，要使分布式光伏電站能夠順利健康地發(fā)展，必須結(jié)合智能微網(wǎng)技術(shù)，建設(shè)以光伏為主、多種新能源為輔、儲(chǔ)能與發(fā)電結(jié)合、信息與控制系統(tǒng)完備的智能光伏微電網(wǎng)，才能夠充分發(fā)揮光伏發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)，避免光伏發(fā)電不穩(wěn)定的缺點(diǎn)，保障供電的穩(wěn)定性和可靠性，促進(jìn)光伏發(fā)電的全面普及。

二、光伏發(fā)電的特點(diǎn)

光伏發(fā)電具有清潔、無限量、不受地域限制、運(yùn)行維護(hù)量小等優(yōu)點(diǎn)，因此，相對(duì)風(fēng)電、核電、生物智能等可再生能源來說，優(yōu)勢比較明顯。但是，光伏發(fā)電的缺點(diǎn)同樣也很明顯。過去，限制光伏發(fā)電的主要因素是成本高，這也是導(dǎo)致早期光伏發(fā)電難以推廣的主要缺點(diǎn)。但自從2006年光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展以來，光伏發(fā)電的裝機(jī)成本已經(jīng)從每峰瓦60元人民幣，下降到了現(xiàn)在的約8元人民幣。成本的下降促進(jìn)了光伏裝機(jī)容量的迅猛上升。

但隨著光伏裝機(jī)容量的上升，光伏發(fā)電的其它一些技術(shù)弱點(diǎn)也逐漸變得明顯而不能被忽視。

首先，是光伏發(fā)電的不穩(wěn)定性。光伏發(fā)電的不穩(wěn)定并非是光伏發(fā)電系統(tǒng)自身的不穩(wěn)定，而是源于日照的不穩(wěn)定。例如，夜晚完全不能發(fā)電，而天氣的影響對(duì)光伏發(fā)電量的影響也很大，更嚴(yán)重的是晴天有云的時(shí)候，一朵云彩的飄過會(huì)造成發(fā)電量的巨幅波動(dòng)。從電力供應(yīng)的角度來說，這是一個(gè)很大的弊端。目前，采取發(fā)電側(cè)并網(wǎng)的地面電站，完全依賴主干電網(wǎng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)光伏發(fā)電的容量逐步增大時(shí)，瞬間的大容量波動(dòng)會(huì)給電網(wǎng)造成較大的沖擊。我國的電網(wǎng)設(shè)計(jì)容許的波動(dòng)，通常不超過15%，這也意識(shí)著如果光伏發(fā)電的容量比重超過這個(gè)比例，那么，發(fā)電量的不穩(wěn)定有可能造成電網(wǎng)的崩潰。

其次，是光伏發(fā)電的能量密度較低。這源于日照強(qiáng)度的特性和光伏發(fā)電的光電轉(zhuǎn)換效率，通常，每平方米的組件的峰值功率上限目前大約在150瓦以下，大部分時(shí)間在100瓦左右。這會(huì)導(dǎo)致光伏發(fā)電的占地面積較大，因此，大型地面電站僅在荒漠和戈壁比較適宜，而在我國東部、特別是東南沿海，幾乎不可能建造大型地面電站。這就是為什么要鼓勵(lì)發(fā)展分布式光伏發(fā)電的原因，盡量利用建筑物的頂部而不占用土地進(jìn)行發(fā)電。由于負(fù)載的特性大多也是分布式的，因此，分布式發(fā)電是一種與負(fù)載分布形式匹配的發(fā)電方式。

第三，光伏發(fā)電的功率可調(diào)性差。當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，光伏發(fā)電無法提供更多的電力，當(dāng)負(fù)載下降的時(shí)候，光伏發(fā)電也無法根據(jù)負(fù)載降低功率。所以，在利用光伏發(fā)電的時(shí)候，要么采用與主干網(wǎng)并網(wǎng)的方式，將主干網(wǎng)作為功率調(diào)節(jié)池，要么就要采用其它能源進(jìn)行補(bǔ)充，同時(shí)，還必須采用儲(chǔ)能的方式，將負(fù)載下降時(shí)產(chǎn)生的多余能量存儲(chǔ)起來。

隨著光伏發(fā)電的規(guī)模的增加，上述弱點(diǎn)將越來越明顯，對(duì)光伏發(fā)電的阻礙和限制也越來越大。為了保證光伏發(fā)電的健康發(fā)展，促進(jìn)光伏這個(gè)具有明顯優(yōu)勢的清潔能源的推廣應(yīng)用，無論是地面光伏電站還是分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，必須要設(shè)法通過各種技術(shù)手段解決上述缺點(diǎn)，保障光伏能夠提供進(jìn)行大規(guī)模穩(wěn)定的電力供應(yīng)。

智能光伏微電網(wǎng)是解決這個(gè)問題的唯一手段。

三、智能光伏微電網(wǎng)的特點(diǎn)

微電網(wǎng)，又稱微網(wǎng)，是相對(duì)傳統(tǒng)大電網(wǎng)的一個(gè)概念，它是指多個(gè)分布式電源、負(fù)載、儲(chǔ)能系統(tǒng)和控制裝置按照一定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組成的電力網(wǎng)絡(luò)。在微電網(wǎng)內(nèi)部，電源和負(fù)荷能夠基本匹配，并能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護(hù)和管理，可以孤立運(yùn)行，同時(shí)，也可以與外部電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行。

由于微電網(wǎng)的概念是將發(fā)電系統(tǒng)即電源與負(fù)荷置于同一個(gè)區(qū)域內(nèi)，因此，特別適合光伏發(fā)電等能量密度較低的新能源進(jìn)行分布式發(fā)電。同時(shí)，微網(wǎng)內(nèi)部采取多種電源形式的高可靠供給，可以完全克服光伏發(fā)電不穩(wěn)定的弱點(diǎn)，充分促進(jìn)光伏發(fā)電及其它可再生能源的大規(guī)模接入，有利于促進(jìn)傳統(tǒng)電網(wǎng)向智能電網(wǎng)的過渡。

智能光伏微電網(wǎng)指的是，采用光伏發(fā)電作為白天的主要供電電源，同時(shí)利用其它能夠與光伏互補(bǔ)的各種可再生能源的同時(shí)接入來滿足不同氣候條件下的電力供應(yīng)，并利用儲(chǔ)能系統(tǒng)和包括微型燃?xì)廨啓C(jī)等清潔能源作為供電的調(diào)節(jié)手段，通過先進(jìn)的自動(dòng)控制技術(shù)和信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)內(nèi)的智能控制和網(wǎng)間的遠(yuǎn)程調(diào)度，保障在負(fù)荷與電源發(fā)生變化時(shí)的供電穩(wěn)定性。總結(jié)出十六字方針，就是“光伏為主、多能互補(bǔ)、發(fā)儲(chǔ)結(jié)合、智能調(diào)控”。