楊文生(國(guó)網(wǎng)長(zhǎng)春供電公司,反竊電稽查大隊(duì),吉林長(zhǎng)春,130021)
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我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的問(wèn)題及對(duì)策建議
楊文生
(國(guó)網(wǎng)長(zhǎng)春供電公司,反竊電稽查大隊(duì),吉林長(zhǎng)春,130021)
當(dāng)今我國(guó)正面臨社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展與資源短缺、環(huán)境約束的突出矛盾,光伏發(fā)電是利用太陽(yáng)光發(fā)電的清潔能源,可補(bǔ)充我國(guó)能源不足。本文主要研究了我國(guó)光伏發(fā)電的現(xiàn)狀,對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本原理和特性展開(kāi)研究;在此基礎(chǔ)上從五個(gè)方面分析了光伏發(fā)電存在的問(wèn)題和困難,并針對(duì)此提出了相應(yīng)的對(duì)策建議。
光伏發(fā)電;解決方法;對(duì)策建議
太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能,成為人類(lèi)社會(huì)生活和生產(chǎn)中重要能源非常重要。作為一種清潔能源,利用太陽(yáng)光發(fā)電,不僅能夠改變我國(guó)能源結(jié)構(gòu),走可持續(xù)的發(fā)展道路;還能為眾多使用太陽(yáng)能的單位獲得一定收益。這是利國(guó)利民的好事。
太陽(yáng)能資源開(kāi)發(fā)中光伏發(fā)電已經(jīng)展現(xiàn)巨大的能量,且應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)從航天延伸到家庭。隨著技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展,從光伏發(fā)電、提高光電轉(zhuǎn)化效率、儲(chǔ)能電池到富裕電量并入國(guó)家電網(wǎng),這其中很多技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn),整體系統(tǒng)運(yùn)行模式也得到嘗試。但是還有很多問(wèn)題需要研究,國(guó)家還需要制定長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展規(guī)劃。本文分析了太陽(yáng)能光伏開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀和問(wèn)題,探究了商業(yè)化發(fā)展策略,為我國(guó)光伏發(fā)展建言獻(xiàn)策。
表1是世界太陽(yáng)能資源較為豐富地區(qū),在太陽(yáng)能可開(kāi)發(fā)量方面,中國(guó)位居第三[1-2]。
表1 太陽(yáng)能資源較為豐富地區(qū)分布表 單位:萬(wàn)億千瓦
可以看出,我國(guó)目前的太陽(yáng)能可利用資源為110萬(wàn)億千瓦時(shí)。近幾年,我國(guó)在太陽(yáng)能實(shí)際開(kāi)采量發(fā)展速度非???,截至2015年,我國(guó)已經(jīng)成為全球光伏發(fā)電裝機(jī)容量最大的國(guó)家,且還有巨大的開(kāi)發(fā)空間。
近年來(lái),光伏發(fā)電已經(jīng)進(jìn)入到大規(guī)模商業(yè)開(kāi)發(fā)階段。截止2013年底,世界光伏發(fā)電總裝機(jī)容量達(dá)到約1.4億千瓦時(shí),年新增裝機(jī)容量與水電基本相當(dāng),且首次超過(guò)風(fēng)電。德國(guó)、中國(guó)、意大利、日本、美國(guó)等5個(gè)國(guó)家光伏發(fā)電裝機(jī)容量均超過(guò)1000萬(wàn)千瓦,17個(gè)國(guó)家超過(guò)100萬(wàn)千瓦。從項(xiàng)目類(lèi)型來(lái)看,地面光伏電站裝機(jī)比重正在逐步提高,在世界新增裝機(jī)容量中所占比重已經(jīng)從2009年的23%提高到2013年的45%,建筑光伏(包括居民建筑應(yīng)用和工商業(yè)建筑應(yīng)用)比重從2009年的77%下降到2013年的55%[3]。
近年來(lái),隨著技術(shù)的進(jìn)步,光伏發(fā)電成本快速下降,太陽(yáng)能已經(jīng)成為增長(zhǎng)最快的清潔能源。2013年,世界太陽(yáng)能發(fā)電總裝機(jī)容量為1.42億千瓦,占總裝機(jī)容量的2.5%;總發(fā)電量約為1600億千瓦時(shí),約占總發(fā)電量的0.7%。2000-2013年,世界太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)容量和發(fā)電量均增長(zhǎng)了約86倍,年均增長(zhǎng)40.9%。
2013年全球光伏發(fā)電裝機(jī)容量居前十位的國(guó)家中,歐洲占有6個(gè),亞洲有2個(gè),北美洲有1個(gè),大洋洲有1個(gè)。中國(guó)光伏發(fā)電裝機(jī)容量之和約占世界光伏發(fā)電總裝機(jī)容量的86%。近年來(lái),中國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電發(fā)展迅速,已建成青海百萬(wàn)千瓦級(jí)光伏發(fā)電基地。
在光伏利用方面,目前各國(guó)國(guó)家都有著比較豐富的經(jīng)驗(yàn),歐洲主要采用的是屋頂光伏發(fā)電技術(shù)以及即插即用式的分布式發(fā)電技術(shù),這種光伏發(fā)電技術(shù)部存在大規(guī)模輸送以及大規(guī)模的消納問(wèn)題,并且利用先進(jìn)的電力電子技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)較好的控制性能,除此之外,還可以利用蓄電池、超級(jí)電容等儲(chǔ)能裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)不間斷供電的要求。與歐洲分布式的發(fā)電技術(shù)不同,美國(guó)制定了百萬(wàn)屋頂光伏發(fā)電計(jì)劃,這種光伏發(fā)電模式采用的是集中式的光伏發(fā)電,并且具有良好的發(fā)電特性,實(shí)現(xiàn)了光伏能源的大規(guī)模利用。
影響太陽(yáng)能大規(guī)模利用的根本性因素有兩點(diǎn):一點(diǎn)是來(lái)自技術(shù)方面的因素;另外一點(diǎn)是來(lái)自效益方面的因素。太陽(yáng)能發(fā)電是實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能高效利用的最重要形式之一。按照發(fā)電原理,太陽(yáng)能發(fā)電主要包括光伏發(fā)電和光熱發(fā)電兩種方式[4]。本文主要分析光伏發(fā)電。
2.1光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成
光伏發(fā)電系統(tǒng)一般是由光伏電池板、AC/DC整流逆變裝置、蓄電池、直流負(fù)載和交流負(fù)載組成。光伏電池板發(fā)電的基本原理就是光照射在光伏電池板生,利用光伏效應(yīng)進(jìn)行發(fā)電,由于發(fā)出的電是直流電,因此要并到交流電網(wǎng)中,就需要一套AC/DC的整流逆變裝置,在蓄電池、整流逆變的控制中,需要一組專(zhuān)門(mén)的控制系統(tǒng)。
2.2光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類(lèi)
在通常情況下,根據(jù)光伏電源與電網(wǎng)之間連接的關(guān)系,可以將光伏發(fā)電系統(tǒng)劃分了三個(gè)類(lèi)型。第一個(gè)類(lèi)型就是獨(dú)立的光伏發(fā)電系統(tǒng);第二個(gè)類(lèi)型就是并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng);第三個(gè)類(lèi)型就是混合的光伏發(fā)電系統(tǒng)。
(1)獨(dú)立的光伏發(fā)電系統(tǒng)
獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)就是自成系統(tǒng)。這種發(fā)電系統(tǒng)的特點(diǎn)就是不與任何電力系統(tǒng)保持連接,自發(fā)自用獨(dú)立進(jìn)行發(fā)電和用電。通常來(lái)講,這種光伏發(fā)電系統(tǒng)一般處在遠(yuǎn)離電網(wǎng)的位置,如沙漠、山林之中,整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)是由太陽(yáng)能電池板、蓄電池、控制器以及負(fù)載所組成。
一般在白天光照比較充足的情況下,利用蓄電池將電能進(jìn)行儲(chǔ)藏,在夜間沒(méi)有太陽(yáng)能的時(shí),將蓄電池的電能釋放來(lái)給負(fù)荷進(jìn)行供電。當(dāng)發(fā)電量大于負(fù)載時(shí)刻,蓄電池就會(huì)將多余的電能進(jìn)行儲(chǔ)藏。除此之外,控制器還可以實(shí)現(xiàn)最大太陽(yáng)能獲取。
(2)并網(wǎng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)
這種發(fā)電系統(tǒng)一般是利用光伏電源發(fā)出的電,經(jīng)過(guò)逆變裝置將其轉(zhuǎn)變?yōu)槭须娋W(wǎng)絡(luò)需要的電壓等級(jí)和頻率的電,在并網(wǎng)條件滿(mǎn)足之后,將電網(wǎng)并入到市電網(wǎng)絡(luò)中。并網(wǎng)系統(tǒng)既可以給自身提供能量,也可以將多余的能量反饋給電網(wǎng)。當(dāng)夜晚到來(lái)或是光伏系統(tǒng)自身能量不夠的情況下,電網(wǎng)又可以給光伏系統(tǒng)進(jìn)行供電。
目前看來(lái),光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主要包括兩種最為主要的形式:一種就是帶有儲(chǔ)能裝置(如蓄電池組,見(jiàn)圖1)的光伏發(fā)電系統(tǒng),這種發(fā)電系統(tǒng)具有調(diào)節(jié)功能,在電網(wǎng)電能富余時(shí),將光伏發(fā)電的能量?jī)?chǔ)存起來(lái),在電網(wǎng)用電低谷時(shí)期,將電能進(jìn)行釋放。第二種就是不帶有儲(chǔ)能裝置的光伏發(fā)電系統(tǒng),這種光伏發(fā)電系統(tǒng)不具備調(diào)節(jié)功能。
圖1 并網(wǎng)運(yùn)行的光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
(3)混合供電系統(tǒng)
發(fā)電系統(tǒng)是一種混合性的發(fā)電系統(tǒng),除了采用光伏能源進(jìn)行發(fā)電之外,還會(huì)采用天然氣、油等能源形式進(jìn)行發(fā)電。
分布式發(fā)電正逐步進(jìn)入民用。為了有效的滿(mǎn)足家庭使用,由光伏發(fā)電、鋰電儲(chǔ)能、充放電管理、用戶(hù)側(cè)電力、市電介入及控制管理系統(tǒng)等組成。通過(guò)光伏電源、蓄電儲(chǔ)能系統(tǒng)和家用電網(wǎng)的友好介入,實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電和市電互補(bǔ)性支持負(fù)載,能有效起到節(jié)能效果。
這些混合的發(fā)電方式可以充分利用各種發(fā)電技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),最大限度的保證光伏發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。
3.1上網(wǎng)存在困難
光伏發(fā)電應(yīng)用形態(tài)主要包括兩種:一種是獨(dú)立的光伏發(fā)電系統(tǒng);另外一種是并網(wǎng)式的光伏發(fā)電系統(tǒng)。兩種發(fā)電系統(tǒng)有著各自的特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域,在農(nóng)村偏遠(yuǎn)地區(qū)的光伏供電系統(tǒng)中,不同的用戶(hù)、不同電源系統(tǒng)有不同的特性,它們都能夠通過(guò)蓄電池進(jìn)行獨(dú)立運(yùn)行。
并網(wǎng)型的光伏發(fā)電系統(tǒng)中又可以分類(lèi),第一種類(lèi)型是帶有蓄電池并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng);另外一種就是不帶有蓄電池的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng),兩者之間有著不同的運(yùn)行特性和運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)。帶有蓄電池的光伏發(fā)電系統(tǒng)能夠被調(diào)度,并且能夠在特殊時(shí)刻提供電力供應(yīng)。
3.2難以精確核算上網(wǎng)電量
目前來(lái)看,光伏發(fā)展面臨的一個(gè)主要的問(wèn)題就是無(wú)法對(duì)上網(wǎng)電價(jià)進(jìn)行精確控制,因此無(wú)法準(zhǔn)確的測(cè)算相關(guān)發(fā)電成本。自從2009年7月份以來(lái),國(guó)內(nèi)的首個(gè)光伏并網(wǎng)示范工程運(yùn)營(yíng)以來(lái),政府相關(guān)部門(mén)、電力運(yùn)營(yíng)商和光伏發(fā)電主體等都對(duì)并網(wǎng)光伏系統(tǒng)價(jià)格展開(kāi)了分析和討論,目前關(guān)于光伏上網(wǎng)電價(jià)的討論都在進(jìn)行。目前國(guó)內(nèi)光伏在短時(shí)間內(nèi)都面臨著這種定價(jià)和競(jìng)價(jià)的問(wèn)題,許多光伏企業(yè)只有通過(guò)消費(fèi)者使用來(lái)降低相應(yīng)的開(kāi)支和成本。
3.3投入產(chǎn)出比較低
除此之外,還有另外一個(gè)非常重要的因素會(huì)影響光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電成本以及上網(wǎng)電價(jià),目前太陽(yáng)能光伏電池的種類(lèi)也比較多,最為主要的種類(lèi)就是單晶硅以及多晶硅等,每種不同類(lèi)型光伏電池板具有不同的發(fā)電效率,隨著當(dāng)前光伏發(fā)電機(jī)組的成熟,相應(yīng)轉(zhuǎn)換效率會(huì)提高,但是光伏在發(fā)展過(guò)程當(dāng)中仍然存在著穩(wěn)定性較差,以及規(guī)模無(wú)法持續(xù)擴(kuò)大等困難。根據(jù)太陽(yáng)能電池板領(lǐng)域的銷(xiāo)售情況,可以知道多晶硅太陽(yáng)能電池板仍然占比較大。
3.4光伏發(fā)電可調(diào)可控性弱
太陽(yáng)能光伏發(fā)電由于受到光照等天氣因素的影響,因此在實(shí)際發(fā)電過(guò)程當(dāng)中調(diào)節(jié)能力較差,這主要是由于光伏發(fā)電屬于受天氣影響的發(fā)電機(jī)理,同時(shí)控制系統(tǒng)尚未形成,它具有不可控性,如高峰發(fā)電時(shí)蓄電難,低峰時(shí)不夠用;它不能夠像火電機(jī)組或者水力發(fā)電機(jī)組那樣能夠時(shí)時(shí)調(diào)整機(jī)組能力。而光伏發(fā)電機(jī)組是通過(guò)直流逆變器與電網(wǎng)進(jìn)行相連的,光伏發(fā)電能力與光照強(qiáng)度以及光照時(shí)間有著密切的關(guān)系,如果當(dāng)前的天氣為陰天,那么光伏發(fā)電效益將無(wú)法保證。
3.5電廠與電網(wǎng)規(guī)劃脫節(jié),并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)制定滯后
國(guó)內(nèi)一些真正光伏發(fā)電企業(yè)并不是以經(jīng)營(yíng)效益為主要目標(biāo),而是當(dāng)作示范工程來(lái)進(jìn)行使用和培養(yǎng)。由于目前還不具備一些實(shí)際仿真的數(shù)據(jù),因此關(guān)于光伏發(fā)電在何種規(guī)模下會(huì)對(duì)電網(wǎng)安全運(yùn)行造成影響,目前還沒(méi)有定論。
4.1加強(qiáng)國(guó)家層面“宏觀設(shè)計(jì)”,完備光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃
太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)是未來(lái)綠色能源發(fā)展的方向,整個(gè)全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展中能源需求對(duì)光伏發(fā)電有所依賴(lài)。光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展應(yīng)從國(guó)家能源大局角度出發(fā),制定適合我國(guó)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展戰(zhàn)略和目標(biāo),結(jié)合光伏發(fā)電特點(diǎn),找到其中存在的問(wèn)題,從根本上找到有關(guān)的控制策略和控制手段。
4.2完善產(chǎn)業(yè)鏈體系
我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展可以借鑒發(fā)達(dá)國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn),引導(dǎo)企業(yè)自主創(chuàng)新發(fā)展適合國(guó)情的光伏控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。理性認(rèn)識(shí)光伏產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展趨勢(shì),充分發(fā)揮我國(guó)企業(yè)的比較優(yōu)勢(shì),應(yīng)用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)進(jìn)行有效分析,找到一條核心的價(jià)值鏈條,該價(jià)值鏈條能夠保證整個(gè)光伏產(chǎn)業(yè)良性循環(huán),且可持續(xù)發(fā)展。
4.3注重人才培養(yǎng),建立人才保障體系
人才發(fā)展和人才培養(yǎng)是所有生產(chǎn)環(huán)節(jié)當(dāng)中的重點(diǎn)問(wèn)題,在實(shí)際產(chǎn)業(yè)的發(fā)展過(guò)程當(dāng)中,可以對(duì)各個(gè)方面的具有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的人才進(jìn)行系統(tǒng)性培訓(xùn);另外,還可以通過(guò)學(xué)習(xí)國(guó)外的一些優(yōu)秀發(fā)展理念,鼓勵(lì)有自主創(chuàng)新能力的企業(yè)成為新型產(chǎn)業(yè)下的后備力量。通過(guò)第三代CPV的研發(fā)來(lái)保證整個(gè)光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)以及新型薄膜技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)各種產(chǎn)業(yè)格局高效轉(zhuǎn)變。目前產(chǎn)業(yè)的發(fā)展逐漸朝向高效CPV系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)變,轉(zhuǎn)變也可以結(jié)合多種化合物來(lái)進(jìn)行開(kāi)展。各種轉(zhuǎn)換物質(zhì)之間還需要利用較大的面積蓄電池以及光伏發(fā)電板,不論如何,各個(gè)環(huán)節(jié)都依賴(lài)于人才隊(duì)伍的培養(yǎng)和建設(shè)。
光伏產(chǎn)業(yè)一樣需要規(guī)模經(jīng)濟(jì),大規(guī)模的應(yīng)用和建設(shè)可以從根本上降低整個(gè)交易環(huán)節(jié)的成本,并且從根本上提高產(chǎn)業(yè)投入產(chǎn)出比。
4.4開(kāi)發(fā)國(guó)內(nèi)市場(chǎng),提高大眾接受度
光伏產(chǎn)業(yè)已經(jīng)是我國(guó)能源產(chǎn)業(yè)當(dāng)中一個(gè)非常關(guān)鍵和非常重要的產(chǎn)業(yè),光伏產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用在城市辦公樓、家庭蓄電與應(yīng)用,國(guó)內(nèi)市場(chǎng)還有相當(dāng)大的挖掘潛力。安裝光伏系統(tǒng)一次性投入大,回收成本慢,政府需要積極引導(dǎo),一是引導(dǎo)人們綠色環(huán)境保護(hù)觀念;二是在光伏系統(tǒng)安裝時(shí)給予周期長(zhǎng)、金額一定的補(bǔ)貼;三是與大系統(tǒng)安裝的用戶(hù)簽訂長(zhǎng)期回收多余電力的合同。總之,通過(guò)全民專(zhuān)業(yè)知識(shí)普及、政策保障等體系建設(shè),確保形成有效的新能源消費(fèi)模式,服務(wù)國(guó)家經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。
4.5加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)與技術(shù)合作,開(kāi)拓創(chuàng)新
光伏發(fā)電屬于一項(xiàng)新興產(chǎn)業(yè),我國(guó)需要掌握一些核心技術(shù)和知識(shí)產(chǎn)權(quán)。目前來(lái)看,上述核心技術(shù)部分掌握在發(fā)達(dá)國(guó)家企業(yè)的手中,通過(guò)對(duì)上述技術(shù)使用和引用來(lái)加強(qiáng)我國(guó)企業(yè)與其之間的合作,并且結(jié)合當(dāng)前產(chǎn)品的各種特性來(lái)創(chuàng)建一套全新自主研發(fā)路徑,這種路徑能夠進(jìn)一步帶動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展,以促進(jìn)整個(gè)光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
我國(guó)太陽(yáng)能資源非常豐富,通過(guò)將小水電、風(fēng)力發(fā)電機(jī)以及柴油機(jī)等各種類(lèi)型發(fā)電機(jī)進(jìn)行對(duì)比可以發(fā)現(xiàn):光伏發(fā)電系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、綠色環(huán)保、獨(dú)立性強(qiáng)等特點(diǎn)。因此,從長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展角度看,我國(guó)政府相關(guān)部門(mén)應(yīng)該從大局出發(fā),以戰(zhàn)略高度,從光伏技術(shù)、系統(tǒng)建設(shè)、應(yīng)用普及、并網(wǎng)發(fā)電、經(jīng)濟(jì)核算及有效措施等體系建設(shè)上做好規(guī)劃,從根本上保證整個(gè)光伏能源能夠快速有效進(jìn)行發(fā)電,并且產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。
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Suggestions on Problems of Photovoltaic Industry in Our Country
Wensheng Yang
(Changchun Electric Power Supply Company, Check Team of Anti- Stealing Electricity, Changchun, Jilin, 130021, China)
Today our country is facing the social economic rapid development and shortage of resources,environmental constraints, the prominent contradiction, photovoltaic power generation is to use the sun power generation of clean energy, can supplement energy shortage in our country. This paper mainly studied the present situation of photovoltaic power generation in China, the basic principle and characteristics of photovoltaic power generation system study; On the basis of photovoltaic power generation are analyzed from five aspects of problems and difficulties, and puts forward the corresponding countermeasures and Suggestions for them.
Photovoltaic Power Generation; Solution; Countermeasures and Suggestions
楊文生(1964-),男,滿(mǎn)族,吉林省長(zhǎng)春市人,電氣工程師。
TM615
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2095-8412 (2016) 03-572-05