“双碳”目标下分布式光伏发电技术的研究进展及展望
千俊
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千俊,. “双碳”目标下分布式光伏发电技术的研究进展及展望[J]. 发电技术与研究,20233. DOI:10.12721/ccn.2023.157221.
摘要: 随着能源安全和环境问题的出现,全球对清洁能源的重视程度也在提升,因此,新能源发电规划受到了广泛关注,要明确其运行要求,才能在满足电力系统需求的基础上,共建和谐安全的发电控制模式。
关键词: 双碳;分布式;光伏发电
DOI:10.12721/ccn.2023.157221
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引言

我国属于能源利用大国,因此为解决能源问题而建立了分布式光伏发电体系,同时通过大量的资金和人力投入,使我国发电方式和运营模式发生了升级和变化,总体分为和国家电网并网共同发电、余电上网和光伏个体单独自用的综合运营模式。分布式光伏项目的建立目的主要是减少资金投入的同时,优化和升级能源结构,推动能源的生产和利用。但目前我国的电力生产技术还不能满足电力的调配与电力输送的高效率要求。因此分布式光伏项目在我国的能源升级和优化中起着重要作用,其不仅可以降低碳等化合物的配方量,提升经济效益,更是一种值得推广和广泛应用的综合项目。

1光伏发电发展状况及相关研究

1954年,美国科学家恰宾等在美国贝尔实验室最早制成了实用的单晶硅太阳能电池,自此掀开了光伏发电的发展篇章,从1997年美国提出“百万屋顶”计划到现在,是光伏发电发展最迅猛的阶段。2001—2013年,全世界的PV新增装机容量呈持续增长趋势,这10余年的时间里,世界各国对光伏发电的导向直接影响了装机容量,其呈现出了大幅度变化的波浪式发展趋势。到2016年,全世界的光伏发电装机容量已达到305GW,新增装机容量为70GW。美国、中国、日本、印度、英国和德国较其他国家相比,其光伏新增装机容量占比较大。光伏发电产业近些年迅速发展的原因除了各国政府政策上的大力支持外,其科技进步带来的光伏发电产业链经济成本的大幅下降,更促使众多客户选择了光伏发电,从而取代传统的、大成本的火力发电等。中国地域广阔,为了给一些边远地区大范围持续供电,需要建立较长距离的供电线路,这些都增加了线路的有功损耗,不利于现代电网的经济运行,而这些地方具有很好的光照条件,例如内蒙古、西藏、新疆等,若是合理地利用其太阳能资源优势,建立含光伏发电的配电网供电系统,就能在满足环保供电的基础上,大大减少电网的线路损耗,还能够提高系统运行的稳定性。为此,中国从1958年开始了对光伏发电的深入研究,并研制出了第一块硅晶体,自此开始了中国的光伏发电革命。2005—2013年,中国光伏发电的装机容量呈现持续增长趋势,其中,在2012年光伏发电累积装机容量达到了18.02GW,在2016年更是达到了77.42GW,其装机容量在全球的总装机容量中以49.34%的比例占有首要位置,无疑是太阳能光伏发电大国。现今社会是经济与科技突飞猛进的新时代,而电力能源是社会生存与发展的重要保障,没有电力系统的支撑,全球的大多数产业都将处于瘫痪状态,严重阻碍经济的发展,且影响人们的生活。据有效统计,全球约90%的产业是依赖大电网以集中方式进行电力传输的,但是这样的供电方式缺乏一定的可靠性,其主要原因是电力系统中的小范围停电故障会直接影响到系统的稳定运行,其中系统的孤岛运行更是直接影响系统频率,有可能引起电网大面积的停电,甚至导致电网的崩溃,而光伏发电方式能够改善此种情况。通常的集中供电多是采用不可更新资源进行较远距离的电力传输,虽然这样提供了强大的电力供应,但是其带来的环境污染和一次性能源危机不容忽视。基于此,太阳能光伏发电以其环保、节能、大规模、灵活性,并且可以以分布式发电方式接入到电力系统中等诸多优点在现今电力行业中突显出来。

2“双碳”目标下分布式光伏发电技术的研究进展及展望

2.1分布式光伏电站实时全景监测及故障预警技术

分布式光伏电站一般规模较小、分布广、数量多,而且电站之间又相对独立。目前大多数分布式光伏电站主要运行参数(有功功率、无功功率、功率因数等)的监测及地调调度优化处于“盲区”,省调地调无法实时掌握运行状况,随着分布式光伏发电接入量的日益增大,给区域配电网的安全稳定运行带来了非常大的隐患。此外,部分分布式光伏电站因建成投入使用后处于缺乏专业人员监管的状态,面临脱网频发、逆变器故障等运维难题,给电站的运维管理带来严峻挑战,导致发电量大幅下降,影响光伏发电用户的发电效益。因此,为了给分布式光伏发电用户提供运维指导和故障预警,给调度提供监测手段,如何基于电站运行数据和资源监测数据开展分布式光伏电站实时全景监测网络布局,并实现在线故障诊断及预警将成为未来研究的一项关键技术。

2.2智能化光伏发电技术

近年来,我国分布式光伏发电项目的发电效率和水平不断提高,组成构建价格逐渐下降。伴随着互联网信息技术的发展,更加现代化的光伏发电技术已经逐渐应用于光伏项目建设以及后续发展的诸多环节之中,相关技术操作人员更加需要应用自动化控制技术,操控光伏设备,在保障光伏项目可以正常运转的前提之下,运用远红外监控技术全过程监控光伏设备运行情况,使用自动化控制技术,实现对光伏发电技术的远程操控与监督,一旦光伏发电设备在实际使用环节之中,出现设备故障问题或者是零部件损坏问题,则需要通过自动化控制技术及时向工作人员传递具体信息以及相关数据,以便工作人员及时采取措施,逐步调整光伏发电技术的运行流程。技术操作人员需要立足于光伏发电技术,完善分布式光伏发电项目规模化发展模式,凸显现代化光伏发电技术的信息化、全面化、智能化、科学化特征。

2.3改善太阳能消纳的源网协调技术

因为光伏的基础渗透率较大,所以,要想维持其运行的稳定性和环保性,就要重视光伏逆变器的动态性能,有效融合虚拟同步机、友好型电源等,配合清洁能源处理方式。并且,要从出力外特性、电源本样、控制性能和保护装置等方面完善接入规模。另外,也要善于应用精细化光伏预测技术,保证调度计划和规划运行的最优化。

2.4计及储能的分布式光伏发电运行模式

分布式光伏发电具有间歇性、强波动性和随机性,大规模分布式光伏发电的发展和并网可能导致电网安全稳定运行遭受严重威胁。而储能具备良好的调峰调频能力,将其应用于发电侧、电网侧和用户侧,可实现输出功率波动平抑、电网调峰调频辅助服务、电能质量改善、应急备用和无功功率补偿等功能。因此,给分布式光伏电站配置储能,可有效实现削峰填谷,降低高峰负荷压力,提高新能源利用率。未来,可积极推进分布式光伏发电用户侧配置储能的发展模式。此外,随着储能技术成本的不断下降,用户侧利用储能进行调节的经济性已在很多情形下优于供应侧,且优势将越来越明显。因此,对计及储能的分布式光伏发电运行模式开展研究很有必要,可分别在平抑光伏发电输出功率波动条件下和参与站外优化调度条件下开展“分布式光伏发电+储能”模式的储能选型及最优配置容量的研究,并基于最优发电能力,研究“分布式光伏发电+储能”友好电源的协调优化控制策略,开展“分布式光伏发电+储能”电源友好性分析。

结语

能源作为国家发展的命脉和社会经济发展的源动力,在国家综合运行中具有举足轻重的作用。分布式光伏发电在可持续发展背景下得到了迅速发展,其将太阳能转化为电能的发电方式能够减少煤炭等不可再生资源的应用,实现了高效清洁的绿色能源发展。

参考文献

[1]陈定国,高益.整县分布式光伏规模化开发建设的探讨[J].农村电工,2022,30(5):29-30.

[2]徐鹏,惠建峰,但扬清,等.基于MAS的大规模风电接入电网无功电压控制策略[J].电气应用,2016,35(10):36-41.