一、光伏发电与并网技术重要性
(一)要对光伏发电技术与并网技术
现代化社会中,电力能源可以说是最重要的能源之一,保证电力能源供应稳定性,才能让工业化社会生产顺利进行,才能让人民群众的生活更加美好。在科学技术飞速发展的今天,光伏发电技术也如约出现在人们的视野当中,并快速得到了一致认可和关注,相比于传统的火力发电模式,光伏发电技术显然具有更高的应用价值,其主要是通过转化设备把太阳能转化为电能,降低化石能源的消耗量,整体的应用效果比较可观。并网技术是保证光伏发电技术产生的电能能够顺利进入公共电网并发挥作用的技术,它主要可以分成逆流与非逆流技术两种。其中逆流并网技术指在光伏发电产量比较大的情况下,使之进入公共电网的技术;而非逆流技术则具有更加突出的独立性,因此不会向公共电网输电,而是通过内部安装的防逆流设备及蓄电设备等,在供电不足的情况下为电网提供补充能源,也具有一定的应用价值。目前,我国的光伏发电与并网技术已经比较成熟,能够在电力部门的调动下,结合本地区电力系统用电实况以及高负荷点的位置等,将光伏发电产生的电能输送到用电单位,保证电力供应。
(二)光伏发电与并网技术的主要应用优势
和常用的火力发电模式相比,光伏发电技术的安全性和稳定性更加突出,其主要是光能和电能的转化,不涉及化石能源的消耗,因此不会造成能源浪费、不会产生大量污染物、不会造成环境噪声污染等,具有绿色无污染的特性。同时,光伏发电技术主要依赖太阳能,而太阳能是可再生的,这保证了其长远应用前景。光伏发电技术还具有不可估量的适应性,在条件艰苦的沙漠、戈壁等环境中,光伏发电技术仍然能够发挥应有的作用,也正是由于这些优势,光伏发电技术一经出现就得到了人们的广泛认可,在实际应用中发挥了积极作用。
二、光伏发电并网技术
光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。光伏发电并网技术是指将光伏阵列输出的直流电转化为与电网电压同幅值、同频、同相的交流电,并与电网连接将能量输送到电网的技术系统。在光伏发电并网过程中,涉及的关键技术主要包括:光伏并网逆变技术、光伏并网监控技术、反孤岛保护技术、低电压穿越以及直流并网技术的选择等,本文将针对以上各主要技术及发展现状进行详细阐述。
(一)光伏并网逆变技术
并网逆变器是实现光伏并网的重要组成部分,主要作用是将光伏电池产生的直流电能转化为交流电能,并实现与电网电压的同相同频,从而实现与电网电能的交互。目前光伏发电系统中常用的逆变器包括集中式逆变器、组串式逆变器和微型逆变器三类,不同类型逆变器技术特点不同,适用于不同的光伏发电系统。
(二)光伏并网监控技术
为了保证光伏发电可靠、高效的并网运行,电站监控系统是其中的关键环节。目前大型电站大多配有监控系统,除了具备常规的数据采集和保护功能外,往往还能够对光伏系统进行能量管理,针对不同的应用场合,对光伏发电功率进行控制,提高系统运行安全可靠性和经济效益,有些还具有远程控制和云数据功能。
(三)反孤岛保护技术
在光伏并网发电系统中,为了避免电网故障情况下光伏发电系统与本地负荷功率匹配,形成一定时间内的孤岛系统,对电网中的人和用电设备造成威胁的状况发生,光伏并网系统一般需要配备反孤岛保护功能。孤岛检测技术分为远程法、被动法和主动法三大类。
(四)光伏直流并网技术
并网光伏电站正在向大型化、集群化方向发展,国内外一批百万千瓦级光伏发电基地相继涌现,然而边远电网比较薄弱,接入交流电网的集、直流升压和直流接入电网的成本更低、效率更高,大型光伏发电基地和高压直流技术的结合是必然发展趋势。
三、光伏发电并网技术发展趋势
未来随着光伏电价不断下调,光伏产业不可避免地需要引入市场竞争机制,这也要求对相关技术研发工作进行相应调整,从而适应产业变革的需要。未来光伏发电并网技术发展的主要趋势如下:集中式和组串式逆变器的功率不断加大,效率提高,电压等级升高,减少损耗,从而降低成本;微型逆变器等组件级产品越来越丰富,以适应不同类型的市场需求;电网适应能力不断提高,低电压穿越、高电压穿越等功能不断完善,具有高可靠性的保护功能;未来光伏逆变器将与互联网相结合,实现数字化,基于云端存储和计算的数字化平台将得到更为广泛的应用。总体来看,未来光伏逆变器将朝着更高效、更可靠、更智能化的方向发展。随着大功率地面光伏电站的不断建设,光伏监控及能量管理系统势必成为未来发展的重点方向之一。除了保证光伏发电系统安全稳定运行外,监控系统未来还将肩负更多使命,例如控制电站运行,降低光伏并网功率的波动性,对光伏与水电、储能等其他发电系统的多能互补协调控制,以及基于云数据的远程监控等功能。此外,光伏高压直流并网技术在未来将会逐步体现其优势,尤其对于西部偏远地区的大容量光伏电站,直流并网的优势更加明显,相应的直流并网设备的研究也将成为未来的研究热点。
四、我国光伏发电并网技术
我国幅员辽阔,太阳能资源极其丰富。20 世纪 50 年代开始对光伏电池的生产和应用进行研究,到 20 世纪 70 年代光伏发电产业才正式起步。进入20世纪90年代,在世界大环境的带动下,我国光伏产业也迅速发展,光伏发电的装机容量逐年增加。但是此阶段我国光伏产业主要以材料生产和出口为主,国内光伏发电应用发展缓慢。2002 年,政府出台了“光明工程”,使中国光伏产业进入了一个新的时代。在此之后,政府持续加大了对光伏发电的支持力度,出台了大量有利于光伏发展的政策和意见,如“金太阳示范工程”、《关于加强金太阳示范工程和太阳能光电建筑应用示范工程建设管理的通知》《关于促进光伏产业健康发展的若干意见》(国发〔2013〕24 号)等。通过以上这一系列政策的扶持,中国光伏产业自 2009 年开始正规化启动,中国成为了全球光伏安装发电量发展最快的国家,到 2013 年成为世界第一大光伏市场。截至2016 年,我国光伏发电累计装机容量达到 7742 万千瓦,新增和累计装机容量均为全球第一。为了提高我国光伏发电产业在全球的竞争力,解决产业中存在的问题,同时适应未来市场及相关政策的变化,提出以下建议:一是引入竞争机制。各地区制定光伏发电项目竞争性配置办法,光伏企业需通过竞争方式获得项目资源,其中上网电价是重要的竞争条件,除此之外,需禁止地方保护和不正当收费。二是加强可再生能源并网消纳研究,解决弃光问题。近年来,弃光问题越发严重,同时造成了大量的资源浪费。应加大规模可再生能源并网及消纳问题研究,最大限度提高电网消纳可再生发电的能力,提升可再生能源在能源消费总量中的占比;另需要出台相关政策,抑制盲目发展火电,加大配套设施,如输电通道和配电网的建设,同时鼓励各地区实行就近消纳,从而鼓励光伏等新能源市场的发展。
参考文献:
[1]葛万鹏.分布式光伏发电系统及并网研究[D].济南:山东大学,2019.
[2]光伏发电并网技术发展现状与趋势 张丽;陈硕翼-《科技中国》-2020
[3]光伏发电与并网技术分析 崔东;江伟明-《建筑工程技术与设计》-2020