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分布式光伏發展面臨轉折 增強調節能力是關鍵

中國電力企業管理發布時間:2024-04-01 14:06:57  作者:王躍峰 汪夢軍

  黨的二十大提出,推動經濟社會發展綠色化、低碳化是實現高質量發展的關鍵環節。積極穩妥推進碳達峰碳中和、深入推進能源革命、加快規劃建設新型能源體系。清潔低碳、安全高效的新型電力系統是新型能源體系的重要組成和實現“雙碳”目標的關鍵載體,風電、光伏發電成為新型電力系統增量主體。作為光伏發電的重要組成,分布式光伏裝機規??焖僭鲩L,部分地區已面臨可持續發展的挑戰。新形勢下,需重新審視分布式光伏發展趨勢,思考分布式光伏規劃布局及發展節奏,推動分布式光伏持續健康發展。

  分布式光伏發展現狀及挑戰

  分布式光伏裝機規模發展迅猛,增長率連年居于高位。根據國家能源局發布數據,2022年分布式光伏新增裝機達51.11吉瓦,同比增長74.5%。2020~2022年分布式光伏復合年增長率約26%,而同期集中式光伏復合年增長率約11%,分布式光伏增長率連續兩年超過集中式光伏電站。

  從地區來看,我國分布式光伏區域發展不均。2022年,分布式光伏新增裝機容量前三省份分別為河南、江蘇、山東,前三省份約占全國新增分布式光伏裝機的42.8%。從成分來看,工商業光伏增長勢頭強勁,2022年,工商業分布式光伏新增裝機達25.87吉瓦,同比增長236.7%,占分布式光伏新增裝機比例一半以上。

  分布式光伏發展趨勢面臨轉折。2023年分布式光伏新增裝機達到約96吉瓦,而集中式光伏新增裝機約119吉瓦,分布式光伏新增裝機規模被集中式光伏反超。2024年,在風光大基地項目加速推進下,集中式光伏新增裝機占比有望繼續攀升,而分布式光伏則受限于內外部因素,規模發展面臨挑戰。

  分布式光伏發展主要影響因素包括并網消納、電網安全和投資收益等。

  并網消納挑戰

  供需關系是分布式光伏發展的根本制約。用電負荷增量很大程度上影響著電源增長空間。新能源消納良好很大程度上得益于用電需求的快速增長,2020~2022年,全社會用電增量約1.4萬億千瓦時。近年來,分布式光伏并網限制較少,發展迅猛,其發展速度遠高于負荷增長速度,常規電源電量壓縮。若常規電源充分壓縮,則可再生能源接入空間最大,僅受制于用電負荷的根本性約束。

  負荷曲線與光伏發電曲線不匹配,是影響分布式光伏并網消納的重要原因。電力平衡本質是供電、用電的實時平衡。午間光伏大發時刻,多是非負荷高峰時刻,主要依賴壓縮傳統機組出力及儲能充電讓渡消納空間;晚間負荷高峰時刻,光伏發電能力較弱,主要依賴傳統機組及儲能實現電力保供。分布式光伏并網消納水平主要受系統和自身調節能力影響較大。

  一方面,系統電源調節能力存在邊界。煤電、氣電、核電等常規電源存在技術出力限制,其中靈活性改造后煤電技術出力調節范圍為30~100%,氣電調節范圍為20~100%。另一方面,分布式光伏自身缺乏調節能力?,F階段,分布式光伏逆變器采用MPPT(最大功率跟蹤)模式跟蹤最大發電功率,缺乏調度控制措施;且分布式光伏較少配置儲能,無法實現對發電曲線的調整。

  電網安全挑戰

  分布式光伏并網消納空間受電網安全穩定運行限制。大規模分布式光伏接入可能導致電能質量降低,反向送電導致線路設備過載、控制保護措施失效等因素影響。

  接入配電網的分布式光伏快速發展,根據光伏出力特性,并網點功率變化較大,極可能造成低壓配電網電壓波動。穩態運行狀態下的傳統配電網,沿著線路潮流的流動方向,各節點的電壓呈降低趨勢。而分布式光伏出力特性與負荷時序特性錯位,白天光伏出力大于負荷,易造成過電壓風險,夜晚光伏無出力而負荷較大,易造成欠壓風險。分布式光伏接入點越靠近配電網末端,則功率波動導致的電壓偏差范圍越大。配電網調壓能力不足時,電壓偏差問題直接影響供電安全。

  光伏電源輸出的是直流電,需要通過并網逆變器將其轉換為交流電才能并入電網中。而在這個過程中會產生一定的諧波,給網絡造成諧波污染。在當前分布式光伏迅猛發展,在配電網內多個諧波源互相疊加的情況下,總諧波含量可能超過濾波器的控制范圍。

  在新能源滲透率高的配電網區域內,分布式光伏出力高于用電負荷,中壓甚至高壓變壓器和線路會出現潮流反送現象。傳統配網變壓器容量設計主要依據負荷水平,未考慮分布式光伏出力。若分布式光伏容量過大,可能導致反送功率超過變壓器容量,導致設備和線路過載,出現熱穩問題。

  當前,多地以設備容量等因素評估分布式電源承載力,發布分布式光伏可接入容量或承載力等級。如湖北省襄陽市、福建省三明市建寧縣等全域分布式電源可接入容量為0。另外,山東、河南、江西等省份發布下轄部分地區分布式光伏承載力等級預警,超150個地區分布式光伏無新增接入空間。

  傳統配網變壓器保護設計,未考慮大規模分布式光伏接入的情況。局部高密度的分布式光伏接入會改變故障電流的大小和方向,可能使得傳統配電網對于短路故障的電流保護配置失效,因此,在分析分布式光伏承載力時需以電流保護不失效為前提,在不影響保護的選擇性、靈敏性和范圍情況下進行規劃和建設。

  經濟性挑戰

  增加電網調節能力、新增電網基建等帶來的系統成本問題,需合理分攤,勢必影響分布式光伏項目成本。而部分時段供過于求的問題,造成棄電或負電價現象,亦會影響分布式光伏預期收入。

  分布式光伏發展趨勢思考

  規劃規模布局更加優化

  發展規劃更系統。分布式光伏現已建成規模,需納入電源規劃統籌考慮。電源規劃以負荷增長預測為基礎,在電力平衡、電量平衡、調峰平衡等約束下研究得到。分布式光伏裝機密集地區多為中東部負荷區,存在較多直流落點。而“沙戈荒”新能源基地外送直流送電曲線與分布式光伏發電曲線具有相似性。在進行系統平衡計算時,需統籌考慮直流受電和分布式光伏發展規劃。

  進一步強化對負荷因素的考量。在負荷密集地區布局分布式光伏,有利于分布式光伏自發自用,減少向更高電壓等級反送電需求,避免大范圍電網設備容量制約,具有發展可持續性。

  工商業分布式光伏逐漸成為企業剛需。工商業分布式光伏一般利用企業、工業園區廠房屋頂及附近區域開發實施。因發電特性與企業白天工作時間用電高峰匹配,工商業分布式光伏能有效減小電網送電壓力,緩解供電緊張。江蘇、浙江、廣東等沿海發達地區企業開發分布式光伏,可緩解因“分時電價”“電力市場化”帶來的峰值電費抬升的影響;同時可以出售綠證,將綠色權益變現以獲取收益。

  推動分布式光伏調節能力增強

  在并網技術改進方面,推進集中匯流高壓并網,解決更低電壓等級電壓能力不平衡的問題。集中匯流是將整村的屋頂集中,以商業模式實現光伏并網從而取代以自然人單戶安裝光伏并網的新解決方案,該方案適用于鄉村分布式光伏的規?;_發。開發者可通過租賃的方式租用住戶屋頂,并采用集中匯流方式并網。該方式下分布式光伏經專用升壓變壓器、通過10千伏母線并網,無配電變壓器重過載問題;縮短與主網的電氣距離,可有效緩解電網電壓高、電能質量受影響等問題。

  利用光伏逆變器本身的無功容量進行電壓調節是提升分布式光伏消納能力的重要手段之一。改進并網逆變器無功控制策略,可在一定程度上改善電壓穩定問題。

  考慮合理棄光,支撐裝機容量和分布式光伏接納電量的有效提升。當光伏通過逆變器以棄光形式參與電網調節時,實際運行中就不會存在運行狀態指標越限問題,取而代之是處理代價問題,即棄光多少。在計及光伏可控性前提下,可考慮不以光伏全額消納為條件、基于合理棄光率約束的可接入容量優化評估。

  在分布式配儲方面,推動儲能應用更加廣泛。儲能可支撐有功、無功協調控制。儲能設備加入可以在白天光伏大發期間吸收光伏發出的有功功率,預防過電壓風險;在夜間需求較大時段可發出功率,防止欠壓發生。同時搭配無功控制策略,可較好解決電壓越限風險,使網損合理、功率因數提高。

  根據系統需求,合理規劃分布式光伏配套儲能規模;鼓勵大型獨立儲能建設,鼓勵分布式光伏開發業主通過自建、共建、租賃等方式靈活配置新型儲能;優化新型儲能控制運行方式,充分發揮儲能調峰、調頻等調節功能,提升運行經濟效益;進行儲能布局優化,增強儲能調度可用性,充分利用儲能資源的調峰調壓能力。

  在電網協調方面,推動配網調度更智能,負荷響應更充分。加快電網數字化進程。電網、設備、客戶狀態的動態采集、實時感知和在線監測逐漸實現。配電網智慧化水平提升。加大部署配電網智能終端,加快建設配電通信網和實現配電自動化實用化,針對分布式光伏滲透率高的地區推進智能調度和優化管理。配電網智能支持系統可通過配網狀態估算等技術,準確感知配網線路和設備的運行狀態,精準定位問題、快速提供解決方案。

  在新型電力系統中,工業可調控負荷、電動汽車、儲能等負荷側資源不再是單純消耗電能的“消費者”,而是既消耗電能又可生產電能的“產消者”。V2G(車網互動)技術引導電動汽車在用電低谷時充電,在用電高峰時向電網放電。負荷側與電網靈活互動,可使電力系統的調節能力大幅提升。

  分時電價的作用是反映光伏發電和用電在時間上的錯配,利用價格信號引導負荷側削峰填谷。2023年,山東省實行分時電價動態調整機制,通過價格信號引導用戶削峰填谷,午間新能源消納空間增加約350萬千瓦,有效促進分布式光伏消納,促進綠色能源轉型成效顯著。各省探索按照不同季節工序特性調整分時時段,靈活銜接電力市場價格,對更先進的電力市場技術具有啟發和呼喚作用。此外,分布式光伏引起配電網重載、過載和潮流反向,而電網企業投資建設進度無法滿足要求??商剿魍晟普邫C制,推動發電企業或社會資本投資建設配電網擴容改造相關工程,提出合理的費用分攤和收益機制。

  本文刊載于《中國電力企業管理》2024年1期,作者單位:水電水利規劃設計總院


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