光伏电网发展现状分析

一、光伏电网发展现状

1.光伏电网现状

自1985年起,我国就进行光伏器件的研究,并且在20世纪70年代的时候制造出空间光伏电源,到了80年代,我国还渐渐引进了美国单硅太阳能电池以及非晶体硅太阳能电池。经过多年的努力,光伏在我国已经迎来了快速发展的阶段,在发展政策方面,“金太阳工程”的实施使得光伏产业得到了极大的支持。据统计,截止到1997年,我国安装各类光伏系统的总量(其中包括进口系统)已达到11MW,并且还先后建立了20kW以上光伏电站7座,其中1998年在西藏安多县海拔4500m处,我国建成的100kW光伏电站,还成为世界上最高的光伏电站。

2009年6月,由中广核能源开发有限责任公司、江苏百世德太阳能高科技有限公司和比利时Enfinity公司组建的联合体以1.0928元/度的价格,竞标成功我国首个光伏发电示范项目—甘肃敦煌10兆瓦并网光伏发电场项目,1.09元/千瓦时电价的落定,标志着该上网电价不仅将成为国内后续并网光伏电站的重要基准参考价,同时亦是国内光伏发电补贴政策出台、国家大规模推广并网光伏发电的重要依据。敦煌光伏电站是全国第一个特许权招标示范项目,该项目2009年8月奠基,于2010年4月19日通过临时线路并网发电,8月28日全部建完,由甘肃省电力公司投资建设的正式电网线路于2010年12月27日正式建成。项目的建成,每年可减少电煤消耗6500吨,减少温室气体排放17100吨,该项目对敦煌建设百万千瓦级以上太阳能发电示范基地起到了积极的推动作用。同时,敦煌光伏电站作为国家第一个光伏发电示范项目,办公大楼、车棚采用光伏建筑一体化技术,同时在示范小区安设了各种光伏组件和各类支架,对展示太阳能发电流程、原理、设备,以及太阳能电力多种应用方式系统而形象地进行展示。

2010年1月16日,采用阳光电源大型并网逆变器的3个大型光伏电站并网发电仪式在宁夏吴忠市太阳山集中举行,这是当时国内光伏电站最大规模的一次性并网,这次成功并网为我国荒漠光伏电站的推广应用起到了良好的示范和借鉴作用,在中国新能源行业和低碳经济领域具有重要意义。2013年12月4日,龙羊峡水光互补320兆瓦并网光伏电站开始启动试运行,这是目前全球最大的单体并网光伏电站,于2013年3月25日在共和光伏发电园区开工建设。工程建成投运后,年平均上网电量约为4.83亿千瓦时,对于承担西北电网第一调频调峰的龙羊峡水电站来说,水光互补项目将打破多年已形成的整个梯级联合调度格局。2016年1月,甘肃省3522巉晖线(110千伏巉口变至明晖光伏电站)及明晖定西光伏电站全站设备近日启动成功,开始24小时试运行,该电站是甘肃省定西电网内首座投运的光伏电站。2016年2月上旬,湖北省首座漂浮式光伏电站——枣阳熊河水库漂浮光伏电站成功并网发电,标志着湖北省水面光伏发电试验取得圆满成功。2016年2月,陕西省40兆瓦生态农业光伏电站成功并网并正式供电,源源不断的清洁电力通过110千伏升压站输送到国家电网。2016年我国累计光伏装机量达到4318万千瓦,首次超过德国,跃居世界第一。这是我国在新能源领域继风电装机跃居全球第一之后的又一次飞跃。

根据国家能源局的数据统计,2019年全国新增光伏发电装机3011万千瓦,同比下降31.6%,其中集中式光伏新增装机1791万千瓦,同比减少22.9%;分布式光伏新增装机1220万千瓦,同比增长41.3%。光伏发电累计装机达到20430万千瓦,同比增长17.3%,其中集中式光伏14167万千瓦,同比增长14.5%;分布式光伏6263万千瓦,同比增长24.2%。

从新增装机布局看,华北地区新增装机858万千瓦,同比下降24.0%,占全国的28.5%;东北地区新增装机153万千瓦,同比下降60.3%,占全国的5.1%;华东地区新增装机531万千瓦,同比下降50.1%,占全国的17.5%;华中地区新增装机348万千瓦,同比下降47.6%,占全国的11.6%;西北地区新增装机649万千瓦,同比下降1.7%,占全国的21.6%;华南地区新增装机472万千瓦,同比下降5.1%,占全国的15.7%。

2019年全国光伏发电量达2243亿千瓦时,同比增长26.3%,光伏利用小时数1169小时,同比增长54小时。全国弃光率降至2%,同比下降1个百分点,弃光电量46亿千瓦时。从重点区域看,光伏消纳问题主要出现在西北地区,其弃光电量占全国的87%,弃光率同比下降2.3个百分点至5.9%。华北、东北、华南地区弃光率分别为0.8%、0.4%、0.2%,华东、华中无弃光。从重点省份看,西藏、新疆、甘肃弃光率分别为24.1%、7.4%、4.0%,同比下降19.5、8.2和5.6个百分点;青海受新能源装机大幅增加、负荷下降等因素影响,弃光率提高至7.2%,同比提高2.5个百分点。

表5-12019年光伏发电并网运行统计数据

续表(www.xing528.com)

注:1.以上统计不包括港澳台地区;

2.数据来源:国家可再生能源中心。

据国家能源局的数据统计,2020年一季度,全国新增光伏发电装机395万千瓦,其中集中式光伏新增装机223万千瓦,分布式光伏新增装机172万千瓦。截至3月底,光伏发电累计装机达到2.08亿千瓦,其中集中式光伏1.44亿千瓦,分布式光伏6435万千瓦。从新增装机布局来看,华北、华南地区新增装机较多,分别达121和99万千瓦。一季度光伏发电量528亿千瓦时,同比增长19.9%;全国光伏利用小时数248小时,同比增长8小时。东北地区光伏利用小时数最高,达350小时,同比下降9小时;华东地区利用小时数最低,达190小时,同比增长22小时。

2.光伏电网对常规电网的影响

负荷特性产生变化。光伏发电受环境影响较大,其发电功率会随着光照增强而增大,一般状况下,晴天光照时,其功率峰值一般处于日照最强点,约为10—14点。而当光伏并网发电向大容量发展后,其负荷曲线也将发生变化。如在某光伏发电园区,其负荷峰值出现在9点左右,而在10—14点之间,等效负荷呈现为变小状况。

电网规划需要重新调整。随着光伏并网发电的大容量发展,其负载及反送功率也会呈现出一定的变化,进而使得原有的电网难以满足需求,需根据实际状况重新规划,重现调度电网的运行方式,在一定程度上增加了相关人员的日常工作量,也增加了资金投入。

加大调度难度。当前光伏发电还不成熟,自动化功能还不完善,进而使得其调度状况难以随着电网电压、频率等变化而变化。在原有的调度下,电网相关数据的变化,将直接导致电网可调度发电容量减少,进而导致电网控制及调度工作越来越难。

电压波动变大。光伏并网发电向大容量方向发展,光伏发电在电网的馈线末端及终端接入状况越来越多,而电网中存在反向潮流,进而使得光伏并网发电的电流在电网中将受馈线影响,产生压降状况,使得变电站侧的电压降低,而负荷侧电压与变电站侧电压处于不等状态,进而使得负荷侧电压出现越限。此外,根据电压与电流的关系,当光伏并网发电中电流出现变化时,电流势必会随之发生一定变化,而光伏并网发电的发电功率与光照状况存在紧密关联,进而会导致电压波动更大,可能会引起电网中相关无功调节装置出现频繁动作,影响相关调节装置使用寿命,影响电网运行安全。

电网保护难度加大。当前我国中低压电网主要分为两种:辐射型供电网络和不接地单侧电源。当前变电站的保护原理主要包括三种:主馈线上的自动重合闸装置、支路中的熔断器及断路器上的三段式电流保护装置。而当前光伏并网发电向大容量发展,使得电网不再是单电源辐射状网络,而转变为双端甚至多端网络,进而引起故障电流相关方向、持续时间、电流大小等均发生变化,上述变化可能会导致断路器出现拒动、误动状况,从而导致熔断器失去原有选择性和保护性能,电网安全运行难以保障。此外,光伏并网发电系统自身故障及其抗孤岛保护功能、自动重合闸也会出现相应变化。