并網(wǎng)光伏發(fā)電對電網(wǎng)的影響

【摘要】 世界環(huán)境的日益惡化和傳統(tǒng)能源的日漸枯竭，促使了對新能源的開發(fā)和發(fā)展。具有可持續(xù)發(fā)展的太陽能資源受到了各國的重視，各國相繼出臺的新能源法對太陽能發(fā)展起到推波助瀾的作用。其中，光伏并網(wǎng)發(fā)電具有深遠(yuǎn)的理論價值和現(xiàn)實(shí)意義。

【關(guān)鍵詞】 光伏發(fā)電 并網(wǎng) 電網(wǎng) 能源 環(huán)境

一、工作原理與應(yīng)用范圍

光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)。不論是獨(dú)立使用還是并網(wǎng)發(fā)電，光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽電池板（組件）、控制器和逆變器三大部分組成，太陽能電池經(jīng)過串聯(lián)后進(jìn)行封裝保護(hù)可形成大面積的太陽電池組件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發(fā)電裝置。目前，光伏發(fā)電產(chǎn)品主要用于三大方面：一是為無電場合提供電源；二是太陽能日用電子產(chǎn)品；三是并網(wǎng)發(fā)電。

二、光伏發(fā)電的發(fā)展優(yōu)勢

中國太陽能資源非常豐富，理論儲量達(dá)每年17000億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，太陽能資源開發(fā)利用的潛力非常廣闊。中國地處北半球，南北距離和東西距離都在5000公里以上。在中國廣闊的土地上，有著豐富的太陽能資源。大多數(shù)地區(qū)年平均日輻射量在每平方米4千瓦時以上，西藏日輻射量最高達(dá)每平米7千瓦時。年日照時數(shù)大于2000小時。與同緯度的其他國家相比，與美國相近，比歐洲、日本優(yōu)越得多，因而有巨大的開發(fā)潛能。光伏發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在： （1）無枯竭危險；（2）安全可靠，無噪聲，無污染排放外，絕對干凈（無公害）；（3）不受資源分布地域的限制，可利用建筑屋面的優(yōu)勢；例如，無電地區(qū)，以及地形復(fù)雜地區(qū)；（4）無需消耗燃料和架設(shè)輸電線路即可就地發(fā)電供電；（5）能源質(zhì)量高；（6）使用者從感情上容易接受；（7）建設(shè)周期短，獲取能源花費(fèi)的時間短。

三、光伏發(fā)電的局限性

如果在光伏發(fā)展之中我們注意不到以下這些問題，那么勢必會影響光伏產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。（1）發(fā)電成本高是光伏規(guī)模化發(fā)展的重大阻礙。（2）獲得的能源同四季、晝夜及陰晴等氣象條件有關(guān)。（3）照射的能量分布密度小，即要占用巨大面積。（4）光伏技術(shù)研發(fā)能力和技術(shù)創(chuàng)新能力薄弱。

四、光伏發(fā)電的前景

據(jù)預(yù)測，太陽能光伏發(fā)電在21世紀(jì)會占據(jù)世界能源消費(fèi)的重要席位，不但要替代部分常規(guī)能源，而且將成為世界能源供應(yīng)的主體。預(yù)計到2030年，可再生能源在總能源結(jié)構(gòu)中將占到30%以上，而太陽能光伏發(fā)電在世界總電力供應(yīng)中的占比也將達(dá)到10%以上；到2040年，可再生能源將占總能耗的50%以上，太陽能光伏發(fā)電將占總電力的20%以上；到21世紀(jì)末，可再生能源在能源結(jié)構(gòu)中將占到80%以上，太陽能發(fā)電將占到60%以上。這些數(shù)字足以顯示出太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景及其在能源領(lǐng)域重要的戰(zhàn)略地位。

在當(dāng)今油、碳等能源短缺的現(xiàn)狀下，各國都加緊了發(fā)展光伏的步伐。美國提出“太陽能先導(dǎo)計劃”意在降低太陽能光伏發(fā)電的成本，使其2015年達(dá)到商業(yè)化競爭的水平；日本也提出了在2020年達(dá)到28GW的光伏發(fā)電總量；歐洲光伏協(xié)會提出了“setfor2020”規(guī)劃，規(guī)劃在2020年讓光伏發(fā)電做到商業(yè)化競爭；我國光伏產(chǎn)業(yè)也正以每年30%的速度增長。在發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的大背景下，各國政府對光伏發(fā)電的認(rèn)可度逐漸提高。

五、并網(wǎng)光伏發(fā)電對電網(wǎng)的影響

隨著光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)大規(guī)模并網(wǎng)發(fā)電，光伏系統(tǒng)對電網(wǎng)的影響也日益突顯，為保障地區(qū)電網(wǎng)和光伏系統(tǒng)的安全運(yùn)行，研究其對電網(wǎng)的影響顯得尤為重要。（1）對配網(wǎng)負(fù)荷特性的影響。光伏發(fā)電的發(fā)電功率隨日照強(qiáng)度變化，晴天時大致呈單峰曲線型，功率峰值一般中午出現(xiàn)，光伏發(fā)電并網(wǎng)后會改變電網(wǎng)的負(fù)荷曲線特征及峰值負(fù)荷點(diǎn)。同時，東西部時差以及季節(jié)的周期性變化也對電網(wǎng)產(chǎn)生影響。（2）對調(diào)度自動化的影響。現(xiàn)有光伏發(fā)電單元不具有調(diào)度自動化功能，不能實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)頻率、電壓的調(diào)整，這必然會減少電網(wǎng)的可調(diào)度發(fā)電容量，從而加大電網(wǎng)控制與調(diào)度運(yùn)行的難度。（3）對電壓的影響。當(dāng)光伏發(fā)電并網(wǎng)后，由于存在反向的潮流，光伏發(fā)電電流通過饋線阻抗產(chǎn)生的壓降將使負(fù)荷側(cè)電壓比變電站側(cè)高，這可能導(dǎo)致負(fù)荷側(cè)電壓越限。另外，光伏發(fā)電輸出電流的變化也會引起電壓波動，而同一區(qū)域的光伏發(fā)電的發(fā)電功率受光照變化的影響具有一致性，這將加劇電壓的波動，可能引起電壓/無功調(diào)節(jié)裝置的頻繁動作。

六、環(huán)保問題

光伏發(fā)電帶來的減排效果是否應(yīng)該只考慮火電排放的二氧化硫和二氧化碳還有待 研究 ，因為當(dāng)光伏并網(wǎng)發(fā)電時，同樣電網(wǎng)在考慮電網(wǎng)安全，穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行時，往往減少出力的不僅僅是火電廠，而考慮旋轉(zhuǎn)備用時，也不僅僅是水電廠來承擔(dān)旋轉(zhuǎn)備用的任務(wù)。因此，在考慮光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的減排貢獻(xiàn)時，也應(yīng)該在理論值前乘以一個小于1的系數(shù)。這個結(jié)論并不像一些文章中所講的那么樂觀。