儲(chǔ)能技術(shù)在解決西北地區(qū)棄光問題中的應(yīng)用分析

李菊+趙磊

摘 要：在國(guó)家和地方政策的鼓勵(lì)下，我國(guó)光伏發(fā)電累計(jì)裝機(jī)容量不斷增加，光伏發(fā)電的不穩(wěn)定性對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)行造成了一定的影響，導(dǎo)致西北地區(qū)出現(xiàn)了較大規(guī)模的“棄光”問題。要想提高輸配電系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，改善電能質(zhì)量，預(yù)防停電，儲(chǔ)能是最佳的解決方案。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電；棄光；儲(chǔ)能；裝機(jī)容量

中圖分類號(hào)：TM615 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.15.005

1 我國(guó)光伏發(fā)電行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)

我國(guó)光伏發(fā)電行業(yè)經(jīng)過十幾年的發(fā)展，其應(yīng)用從最初的以離網(wǎng)發(fā)電、戶用系統(tǒng)為主，逐步發(fā)展為目前的以大型并網(wǎng)、分布式發(fā)電為主。為了鼓勵(lì)可再生、清潔的光伏發(fā)電行業(yè)的發(fā)展，國(guó)家和地方先后出臺(tái)了不同階段、不同電站類型的電價(jià)補(bǔ)貼政策。

由表1可知，光伏發(fā)電裝機(jī)容量逐年遞增，增加的原因有以下2點(diǎn)：①2013年，國(guó)家出臺(tái)了電價(jià)補(bǔ)貼政策，促進(jìn)了裝機(jī)容量的增長(zhǎng)，光伏發(fā)電裝機(jī)容量比2012年增長(zhǎng)了8.2倍；②隨著光伏行業(yè)的逐漸發(fā)展和成熟，發(fā)電成本的降低也促進(jìn)了裝機(jī)容量的增長(zhǎng)。

2 我國(guó)光伏發(fā)電行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀

截至2015年底，我國(guó)光伏發(fā)電累計(jì)裝機(jī)容量4.318×107 kW，成為全球光伏發(fā)電裝機(jī)容量最大的國(guó)家。其中，光伏電站3.712×107 kW，分布式6.06×106 kW，年發(fā)電量3.92×1010 kW·h。

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2015年末中西部共同發(fā)展格局為：中東部地區(qū)有6個(gè)省累計(jì)裝機(jī)容量超過1×106 kW，分別是江蘇（4.22×106 kW）、河北（2.39×106 kW）、浙江（1.64×106 kW）、山東（1.33×106 kW）、安徽（1.21×106 kW）和山西（1.13×106 kW）。新疆（含兵團(tuán)）、內(nèi)蒙古和江蘇居新增裝機(jī)前三位，分別為2.10×106 kW、1.87×106 kW和1.65×106 kW。分布式光伏發(fā)電裝機(jī)容量較大的地區(qū)有浙江（1.21×106 kW）、江蘇（1.19×106 kW）和廣東（5.7×105 kW）。

3 西北地區(qū)光伏發(fā)電行業(yè)發(fā)展遇到的瓶頸

目前，國(guó)內(nèi)大多數(shù)地區(qū)光伏發(fā)電運(yùn)行情況良好，全年平均利用小時(shí)數(shù)為1 133 h，其中，西北部分地區(qū)出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的棄光現(xiàn)象，甘肅全年平均利用小時(shí)數(shù)為1 061 h，棄光率達(dá)31%；新疆全年平均利用小時(shí)數(shù)為1 042 h，棄光率達(dá)26%.

甘肅、新疆等西北地區(qū)棄光現(xiàn)象嚴(yán)重的原因有以下幾點(diǎn)：①光伏發(fā)電的發(fā)電量本地?zé)o法消化。西北地區(qū)光伏電站大多是荒漠電站，地處偏遠(yuǎn)、人口比較稀疏的地區(qū)，當(dāng)?shù)貨]有大型、密集型的工廠，用電量比較少。而光伏發(fā)電的裝機(jī)容量又在逐年遞增，所以，新發(fā)出來的電本地?zé)o法全部消化。②輸電網(wǎng)無法滿足電量外送的需求。西北地區(qū)光伏電站比較集中，在當(dāng)?shù)責(zé)o法消化的情況下，只能將余電外送。因?yàn)檩旊娋W(wǎng)能力有限，所以，無法滿足日益增長(zhǎng)的光伏發(fā)電量的運(yùn)輸需求。③部分西北地區(qū)光伏電站建設(shè)缺乏統(tǒng)籌規(guī)劃，存在一定的無序現(xiàn)象。④光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)的影響。光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)的影響主要是光伏發(fā)電的不穩(wěn)定性造成的，從電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的角度分析，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)造成的影響主要有，使原有單項(xiàng)流動(dòng)的電網(wǎng)支路線路潮流變成了無法預(yù)測(cè)的潮流；光伏發(fā)電系統(tǒng)在光照良好的情況下，短路電流增大，影響保護(hù)系統(tǒng)的正常工作；光伏發(fā)電系統(tǒng)自身輸出的不穩(wěn)定性要求電網(wǎng)系統(tǒng)必須增加相應(yīng)容量的旋轉(zhuǎn)備用，以保證系統(tǒng)的調(diào)峰、調(diào)頻能力；天氣變化對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出功率的影響會(huì)引起電壓的波動(dòng)、閃變或頻率波動(dòng)，進(jìn)而影響電能質(zhì)量；光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出功率的不確定性也會(huì)影響電網(wǎng)的運(yùn)行調(diào)動(dòng)。

4 西北地區(qū)“棄光”問題的解決辦法

西北地區(qū)的光照資源比較豐富，可使用的土地面積必較多。隨著國(guó)家對(duì)西北地區(qū)電網(wǎng)等配套設(shè)施的建設(shè)和光伏發(fā)展規(guī)劃的逐步完善，西北地區(qū)的光伏并網(wǎng)發(fā)電還是未來的發(fā)展重點(diǎn)。

解決光伏并網(wǎng)發(fā)電對(duì)電網(wǎng)的影響才是其發(fā)展的關(guān)鍵。目前，最好的解決辦法就是在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中添加儲(chǔ)能裝置。

在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，儲(chǔ)能系統(tǒng)的作用主要有以下兩個(gè)方面：①保證系統(tǒng)的穩(wěn)定。在光伏電站系統(tǒng)中，光伏輸出功率曲線與負(fù)荷曲線存在較大差異，而且均有不可預(yù)料的波動(dòng)特性，通過儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量存儲(chǔ)和緩沖，系統(tǒng)即使在負(fù)荷迅速波動(dòng)的情況下仍然能夠保證穩(wěn)定的輸出水平。②提高電力的品質(zhì)和可靠性。儲(chǔ)能系統(tǒng)還可以防止負(fù)載上的電壓尖峰、電壓下跌和其他外界干擾所引起的電網(wǎng)波動(dòng)對(duì)系統(tǒng)造成大的影響。采用足夠多的儲(chǔ)能系統(tǒng)可以保證電力輸出的品質(zhì)和可靠性。

由此可見，儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)于光伏并網(wǎng)電站的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。儲(chǔ)能系統(tǒng)不僅能保證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，還能解決諸如電壓脈沖、涌流、電壓跌落和瞬時(shí)供電中斷等動(dòng)態(tài)電能質(zhì)量問題。另外，儲(chǔ)能系統(tǒng)在電站整體投資中占有相當(dāng)大的比例，儲(chǔ)能系統(tǒng)容量的合理選擇和日常管理對(duì)系統(tǒng)的整體經(jīng)濟(jì)性也有舉足輕重的影響，所以，必須對(duì)其進(jìn)行深入的分析，合理決策。

5 儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用分析

儲(chǔ)能技術(shù)主要分為物理儲(chǔ)能、化學(xué)儲(chǔ)能和電磁儲(chǔ)能三大類。各種儲(chǔ)能技術(shù)的特點(diǎn)如表2所示。

由表2中各種儲(chǔ)能技術(shù)的特點(diǎn)可知，飛輪儲(chǔ)能、超導(dǎo)電磁儲(chǔ)能和超級(jí)電容器儲(chǔ)能適用于需要提供短時(shí)較大的脈沖功率場(chǎng)合，比如應(yīng)對(duì)電壓暫降和瞬時(shí)停電，提高用戶的用電質(zhì)量，抑制電力系統(tǒng)低頻振蕩、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性等。而抽水儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能和電化學(xué)電池儲(chǔ)能適用于系統(tǒng)調(diào)峰、大型應(yīng)急電源、可再生能源并入等大規(guī)模、大容量的場(chǎng)合。

6 結(jié)論

在水資源匱乏的西北地區(qū)，抽水儲(chǔ)能比較難實(shí)現(xiàn)，而壓縮空氣儲(chǔ)能國(guó)內(nèi)現(xiàn)在的技術(shù)條件還沒有達(dá)到大規(guī)模應(yīng)用的程度，所以，目前能夠解決西北地區(qū)“棄光”的主要途徑是使用電化學(xué)電池儲(chǔ)能方式。另外，壓縮空氣儲(chǔ)能是出抽水儲(chǔ)能外的另一種能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用的儲(chǔ)能方式，國(guó)家應(yīng)該鼓勵(lì)企業(yè)、科研院校研究和探索壓縮空氣在新能源領(lǐng)域的應(yīng)用。

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〔編輯：白潔〕