圖解分布式光伏的多樣化應(yīng)用及發(fā)展前景

:目前，對分布式光伏尚無統(tǒng)一、完整的定義。依據(jù)國網(wǎng)Q/GDW11147—2017《分布式電源接入配電網(wǎng)設(shè)計規(guī)范》中給出的定義，接入35kV及以下電壓等級、位于用戶附近、就地消納為主的電源為分布式電源。根據(jù)上述定義及最新的政策文件，寬泛理解，配電網(wǎng)接入、就近消納的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)及各類離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)，均屬分布式光伏的范疇。

（來源：微信公眾號“鑒衡認證” 作者：紀振雙）

本文為中國光伏行業(yè)協(xié)會“2018-2019年中國光伏產(chǎn)業(yè)年度報告”特約撰稿，并經(jīng)作者進一步修改。

用電端應(yīng)用場景和需求的多樣化，決定了分布式光伏具有單體容量較小、建設(shè)地點分散、站場條件和用戶類型復(fù)雜等特點。上述特點決定了多樣化發(fā)展為分布式光伏的必然選擇。圖1、圖2為根據(jù)供電功能區(qū)域的劃分及分布式光伏的范圍界定，給出的分布式光伏系統(tǒng)類型圖示。

圖1. 并網(wǎng)型分布式光伏典型系統(tǒng)形式

圖2. 離網(wǎng)型分布式光伏典型系統(tǒng)形式

目前，圖中所示的各類分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)在不同的場景下均得到了應(yīng)用，有的處于成熟應(yīng)用階段，有的處于示范性應(yīng)用階段，有的處于開發(fā)應(yīng)用階段。

從政策角度，清潔能源逐步取代化石能源的趨勢已不可逆轉(zhuǎn)，電力供應(yīng)也已呈現(xiàn)去中心化的態(tài)勢，隨著電力體制改革的深入及電力交易市場的不斷完善，分布式光伏發(fā)展的政策和市場環(huán)境也會不斷改善。從市場角度，太陽能資源無處不在，隨著組件和系統(tǒng)效率的持續(xù)提升及光伏建設(shè)成本的不斷下降，可經(jīng)濟地應(yīng)用光伏發(fā)電的區(qū)域和場景會不斷增加，各類適合于不同應(yīng)用場景、質(zhì)量上滿足要求、價格上有競爭優(yōu)勢的分布式光伏都會有比較好的應(yīng)用前景，特別是與設(shè)施或設(shè)備高度集成、直驅(qū)性光伏發(fā)電系統(tǒng)，與其他業(yè)態(tài)形式一體化建設(shè)、可取得疊加收益并攤薄建設(shè)和運營成本的“光伏+”或“+光伏”系統(tǒng)，適合于農(nóng)村、準家電、民生性的光伏發(fā)電系統(tǒng)或設(shè)備，有剛性需求和獨特競爭優(yōu)勢的離網(wǎng)和移動型光伏發(fā)電系統(tǒng)或設(shè)備。

整體看，分布式光伏尚處于粗放、數(shù)量型發(fā)展階段，要實現(xiàn)分布式光伏高質(zhì)量、可持續(xù)發(fā)展，從技術(shù)角度，還有諸多尚需解決的問題，例如：

1) 適合于不同場景和用電需求，系統(tǒng)類型的頂層設(shè)計和規(guī)劃。包括各類系統(tǒng)分類設(shè)計和建設(shè)標準的制定或完善;

2) 分布式電源成為主力電源的區(qū)域，配電區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，智能化監(jiān)測和控制技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，與供電質(zhì)量和安全可靠性有關(guān)的技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用;

3) “光伏+”或“+光伏”形式的分布式光伏，跨界、集成性技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用。

二、典型應(yīng)用

1. 與建筑及其他設(shè)施相結(jié)合的分布式光伏

利用各類建筑或設(shè)施的閑置區(qū)域建設(shè)光伏發(fā)電系統(tǒng)，包括立體化應(yīng)用，為分布式光伏的主流形式之一，圖3為與建筑及其他設(shè)施相結(jié)合的分布式光伏系統(tǒng)形式示例。

圖3. 建筑結(jié)合分布式光伏發(fā)電的典型系統(tǒng)形式

在圖中所示的各種系統(tǒng)形式中：

1) 依附于各類建筑屋面或棚面的光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用最為廣泛，也最成熟;

2) 建于建筑立面的光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用比例較低，還有許多需要解決的問題;

3) 依附于城鄉(xiāng)戶外照明設(shè)施的光伏發(fā)電系統(tǒng)已得到一定程度的應(yīng)用，但可靠性水平還有待提高;

4) 與建筑集成、光伏組件既是發(fā)電元件又作為建筑構(gòu)件的光伏發(fā)電系統(tǒng)，尚處于示范應(yīng)用階段，一些關(guān)鍵的系統(tǒng)集成技術(shù)還有待突破;

5) 與公路和軌道交通設(shè)施相結(jié)合的光伏發(fā)電系統(tǒng)，尚處開發(fā)階段。

2. 與儲能結(jié)合的分布式光伏

光伏發(fā)電為波動、間歇性電源，在單純依靠光伏提供電力或光伏發(fā)電滲透率較高的場景下，在光伏發(fā)電側(cè)或用戶側(cè)配置適當容量和形式的儲能是必要的選擇，此類場景下，儲能系統(tǒng)兼有間歇性供電及調(diào)峰、調(diào)壓和調(diào)頻等輔助作用。另外，隨著儲能設(shè)備制造成本的下降和充放電效率的提升，以及電力產(chǎn)品價格形成機制的不斷完善，與儲能相結(jié)合的光伏發(fā)電的應(yīng)用范圍會不斷擴大。圖4為與儲能結(jié)合的光伏發(fā)電系統(tǒng)形式示例。

圖4. 儲能結(jié)合分布式光伏的典型系統(tǒng)形式

在圖中所示的各種系統(tǒng)形式中，邊遠無電地區(qū)、通訊基站、戶外照明設(shè)施等場景下的帶儲能小微型光伏發(fā)電系統(tǒng)已得到廣泛的應(yīng)用，但在系統(tǒng)適配性、可靠性方面還存在許多需要解決的問題。其他形式與儲能相結(jié)合的光伏發(fā)電系統(tǒng)尚處于示范應(yīng)用或應(yīng)用開發(fā)階段。

需要特別說明的是，與用戶對能源和動力介質(zhì)的需求對接，高效、經(jīng)濟地利用即有或新增儲能形式或介質(zhì)，與企業(yè)或區(qū)域現(xiàn)有能量利用系統(tǒng)一體化設(shè)計和配置的光伏發(fā)電系統(tǒng)，市場需求在不斷增加，可以預(yù)見，如果能突破關(guān)鍵性的應(yīng)用技術(shù)，會有比較好的應(yīng)用前景。

3. 分布式光伏微電網(wǎng)

一般理解，微電網(wǎng)是指建于配電網(wǎng)或用電側(cè)，分布式能源高比例接入且相對獨立運行的局域網(wǎng)，包括與公共電網(wǎng)聯(lián)接的并網(wǎng)型微電網(wǎng)和離網(wǎng)型微電網(wǎng)。光伏微電網(wǎng)是指分布式光伏占比較大，源(含光伏或多能互補)、荷、儲本地平衡和調(diào)節(jié)為主的微電網(wǎng)。圖5為光伏微電網(wǎng)系統(tǒng)形式示例。

根據(jù)我國的資源稟賦和特點，非水可再生能源將成為替代化石能源的主力軍。以各類非水可再生能源的分布式電源為主，通過微電網(wǎng)建設(shè)，集約、高效地利用各類能源，將成為未來的主流形式之一。

國家也非常重視微電網(wǎng)，特別是智能微電網(wǎng)的建設(shè)。2015年，國家能源局發(fā)布《關(guān)于推進新能源微電網(wǎng)示范項目建設(shè)的指導(dǎo)意見》(國能新能【2015】265號)，將微電網(wǎng)定位為“能源生產(chǎn)和消費革命的重要措施，推進能源發(fā)展及經(jīng)營管理方式變革的重要載體”。

在支撐微電網(wǎng)的各類分布式電源中，光伏發(fā)電具有獨特的比較優(yōu)勢。2017年，在國家發(fā)改委和能源局公布的首批28個試點項目中，27個項目的建設(shè)方案中含有分布式光伏發(fā)電，其中，光伏發(fā)電在各類電源中裝機占比最高的項目有21個，占比75%。

圖5. 光伏微電網(wǎng)的系統(tǒng)形式示例

在圖中所示的各類形式中，面向無電地區(qū)或場所的微電網(wǎng)已得到廣泛應(yīng)用。例如，近些年，中興能源為邊防哨所和通訊基站建設(shè)了幾百座各種形式、分布式光伏為主力電源的微電網(wǎng)，解決了困攏當?shù)囟嗄甑挠秒妴栴}。圖6為中興能源建設(shè)，為某哨所提供電力的微電網(wǎng)系統(tǒng)圖，該系統(tǒng)光伏發(fā)電的裝機量為450kW，風(fēng)力發(fā)電的裝機量為20kW，配有250kVA備用柴油發(fā)電機，儲能儲能蓄電池的總?cè)萘繛?000Ah，可全天候為哨所提供電力。

總體看，圖5中所示的其他形式的微電網(wǎng)尚處于示范性應(yīng)用或開發(fā)應(yīng)用的階段。

圖6. 某邊防哨所離網(wǎng)型微電網(wǎng)系統(tǒng)圖示

4. 其他分布式光伏

包括光伏移動電源、光伏直驅(qū)發(fā)電系統(tǒng)、其他形式的光伏發(fā)電系統(tǒng)。

光伏移動電源已廣泛應(yīng)用于太空和軍事用途。隨著太陽能電池效率的提升和制造成本的下降，光伏移動電源在民用領(lǐng)域已具備一定的經(jīng)濟性和應(yīng)用價值，如：以增程為目的，在無人機、電動客車上建造的光伏發(fā)電系統(tǒng)，漢能近兩年推出的帶光伏發(fā)電的漢包、漢傘。

與其他發(fā)電形式不同，光伏發(fā)電可以實現(xiàn)與用電設(shè)備的集成化設(shè)計，特別在灌溉、照明、制熱(冷)、家用電器等領(lǐng)域。圖7為格力電氣開發(fā)應(yīng)用的“光伏直驅(qū)變頻離心機技術(shù)“的系統(tǒng)圖，從圖中可以看出，光伏發(fā)電直接用于設(shè)備驅(qū)動，與傳統(tǒng)形式比較，用電端的能量效率可以提高6%以上。

圖7. 光伏直驅(qū)變頻離心機技術(shù)系統(tǒng)圖示例

三、分布式光伏需要重點解決的技術(shù)質(zhì)量問題

質(zhì)量是指“客體的一組固有特性滿足要求的程度”。對光伏發(fā)電，定義中的“客體”泛指光伏發(fā)電站及其分子系統(tǒng)和設(shè)備。定義中的“要求”包括兩個方面，一是合同或規(guī)范性文件中規(guī)定的要求;二是隱含的要求，通常指與產(chǎn)品使用有關(guān)的合理預(yù)期或期望，對光伏發(fā)電，主要包括系統(tǒng)或設(shè)備的適合性、耐久性及可靠性方面的要求。

整體看，分布式光伏尚處于粗放式發(fā)展階段，圍繞上述定義，按照多樣化發(fā)展的需求，一些關(guān)鍵技術(shù)還有待突破;從質(zhì)量角度，系統(tǒng)設(shè)計及關(guān)鍵設(shè)備適合性、耐久性、可靠性方面還有許多亟待解決的問題，有的問題已成為制約光伏技術(shù)應(yīng)用和健康發(fā)展的瓶頸。 表1圍繞分布式光伏的建設(shè)過程，給出了需要重點解決問題的示例。

表1. 電站建設(shè)過程典型問題示例

總之，如前所述，按照多元化和高質(zhì)量發(fā)展要求，分布式光伏還有許多工作要做。

原標題:紀振雙：圖解分布式光伏的多樣化應(yīng)用及發(fā)展前景