史珺博士：智能光伏微電網(wǎng)的特點與構(gòu)建

本文為史珺博士在《2013中國分布式能源論壇》上作的報告

一、前言

隨著國務(wù)院[2013]第24號文的發(fā)布，我國建設(shè)分布式光伏電站的高潮即將到來。針對光伏發(fā)電的技術(shù)和應(yīng)用特點，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，避免光伏發(fā)電不穩(wěn)定的缺點，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

光伏發(fā)電具有清潔、無限量、不受地域限制、運行維護(hù)量小等優(yōu)點，因此，相對風(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。但自從2006年光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展以來，光伏發(fā)電的裝機成本已經(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)了光伏裝機容量的迅猛上升。

但隨著光伏裝機容量的上升，光伏發(fā)電的其它一些技術(shù)弱點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，而天氣的影響對光伏發(fā)電量的影響也很大，更嚴(yán)重的是晴天有云的時候，一朵云彩的飄過會造成發(fā)電量的巨幅波動。從電力供應(yīng)的角度來說，這是一個很大的弊端。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，瞬間的大容量波動會給電網(wǎng)造成較大的沖擊。我國的電網(wǎng)設(shè)計容許的波動，通常不超過15%，這也意識著如果光伏發(fā)電的容量比重超過這個比例，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，大部分時間在100瓦左右。這會導(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，光伏發(fā)電無法提供更多的電力，當(dāng)負(fù)載下降的時候，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)行補充，同時，還必須采用儲能的方式，將負(fù)載下降時產(chǎn)生的多余能量存儲起來。

隨著光伏發(fā)電的規(guī)模的增加，上述弱點將越來越明顯，對光伏發(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，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)是解決這個問題的唯一手段。

三、智能光伏微電網(wǎng)的特點

微電網(wǎng)，又稱微網(wǎng)，是相對傳統(tǒng)大電網(wǎng)的一個概念，它是指多個分布式電源、負(fù)載、儲能系統(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，可以孤立運行，同時，也可以與外部電網(wǎng)并網(wǎng)運行。

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，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，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，同時利用其它能夠與光伏互補的各種可再生能源的同時接入來滿足不同氣候條件下的電力供應(yīng)，并利用儲能系統(tǒng)和包括微型燃?xì)廨啓C等清潔能源作為供電的調(diào)節(jié)手段，通過先進(jìn)的自動控制技術(shù)和信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(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)生變化時的供電穩(wěn)定性�？偨Y(jié)出十六字方針，就是“光伏為主、多能互補、發(fā)儲結(jié)合、智能調(diào)控”。