黨的二十大提出，推動經(jīng)濟社會發(fā)展綠色化、低碳化是實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。積極穩(wěn)妥推進碳達(dá)峰碳中和、深入推進能源革命、加快規(guī)劃建設(shè)新型能源體系。清潔低碳、安全高效的新型電力系統(tǒng)是新型能源體系的重要組成和實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵載體，風(fēng)電、光伏發(fā)電成為新型電力系統(tǒng)增量主體。作為光伏發(fā)電的重要組成，分布式光伏裝機規(guī)模快速增長，部分地區(qū)已面臨可持續(xù)發(fā)展的挑戰(zhàn)。新形勢下，需重新審視分布式光伏發(fā)展趨勢，思考分布式光伏規(guī)劃布局及發(fā)展節(jié)奏，推動分布式光伏持續(xù)健康發(fā)展。
分布式光伏發(fā)展現(xiàn)狀及挑戰(zhàn)
分布式光伏裝機規(guī)模發(fā)展迅猛，增長率連年居于高位。根據(jù)國家能源局發(fā)布數(shù)據(jù)，2022年分布式光伏新增裝機達(dá)51.11吉瓦，同比增長74.5%。2020~2022年分布式光伏復(fù)合年增長率約26%，而同期集中式光伏復(fù)合年增長率約11%，分布式光伏增長率連續(xù)兩年超過集中式光伏電站。
從地區(qū)來看，我國分布式光伏區(qū)域發(fā)展不均。2022年，分布式光伏新增裝機容量前三省份分別為河南、江蘇、山東，前三省份約占全國新增分布式光伏裝機的42.8%。從成分來看，工商業(yè)光伏增長勢頭強勁，2022年，工商業(yè)分布式光伏新增裝機達(dá)25.87吉瓦，同比增長236.7%，占分布式光伏新增裝機比例一半以上。
分布式光伏發(fā)展趨勢面臨轉(zhuǎn)折。2023年分布式光伏新增裝機達(dá)到約96吉瓦，而集中式光伏新增裝機約119吉瓦，分布式光伏新增裝機規(guī)模被集中式光伏反超。2024年，在風(fēng)光大基地項目加速推進下，集中式光伏新增裝機占比有望繼續(xù)攀升，而分布式光伏則受限于內(nèi)外部因素，規(guī)模發(fā)展面臨挑戰(zhàn)。
分布式光伏發(fā)展主要影響因素包括并網(wǎng)消納、電網(wǎng)安全和投資收益等。
并網(wǎng)消納挑戰(zhàn)
供需關(guān)系是分布式光伏發(fā)展的根本制約。用電負(fù)荷增量很大程度上影響著電源增長空間。新能源消納良好很大程度上得益于用電需求的快速增長，2020~2022年，全社會用電增量約1.4萬億千瓦時。近年來，分布式光伏并網(wǎng)限制較少，發(fā)展迅猛，其發(fā)展速度遠(yuǎn)高于負(fù)荷增長速度，常規(guī)電源電量壓縮。若常規(guī)電源充分壓縮，則可再生能源接入空間最大，僅受制于用電負(fù)荷的根本性約束。
負(fù)荷曲線與光伏發(fā)電曲線不匹配，是影響分布式光伏并網(wǎng)消納的重要原因。電力平衡本質(zhì)是供電、用電的實時平衡。午間光伏大發(fā)時刻，多是非負(fù)荷高峰時刻，主要依賴壓縮傳統(tǒng)機組出力及儲能充電讓渡消納空間;晚間負(fù)荷高峰時刻，光伏發(fā)電能力較弱，主要依賴傳統(tǒng)機組及儲能實現(xiàn)電力保供。分布式光伏并網(wǎng)消納水平主要受系統(tǒng)和自身調(diào)節(jié)能力影響較大。
一方面，系統(tǒng)電源調(diào)節(jié)能力存在邊界。煤電、氣電、核電等常規(guī)電源存在技術(shù)出力限制，其中靈活性改造后煤電技術(shù)出力調(diào)節(jié)范圍為30~100%，氣電調(diào)節(jié)范圍為20~100%。另一方面，分布式光伏自身缺乏調(diào)節(jié)能力。現(xiàn)階段，分布式光伏逆變器采用MPPT(最大功率跟蹤)模式跟蹤最大發(fā)電功率，缺乏調(diào)度控制措施;且分布式光伏較少配置儲能，無法實現(xiàn)對發(fā)電曲線的調(diào)整。
電網(wǎng)安全挑戰(zhàn)
分布式光伏并網(wǎng)消納空間受電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行限制。大規(guī)模分布式光伏接入可能導(dǎo)致電能質(zhì)量降低，反向送電導(dǎo)致線路設(shè)備過載、控制保護措施失效等因素影響。
接入配電網(wǎng)的分布式光伏快速發(fā)展，根據(jù)光伏出力特性，并網(wǎng)點功率變化較大，極可能造成低壓配電網(wǎng)電壓波動。穩(wěn)態(tài)運行狀態(tài)下的傳統(tǒng)配電網(wǎng)，沿著線路潮流的流動方向，各節(jié)點的電壓呈降低趨勢。而分布式光伏出力特性與負(fù)荷時序特性錯位，白天光伏出力大于負(fù)荷，易造成過電壓風(fēng)險，夜晚光伏無出力而負(fù)荷較大，易造成欠壓風(fēng)險。分布式光伏接入點越靠近配電網(wǎng)末端，則功率波動導(dǎo)致的電壓偏差范圍越大。配電網(wǎng)調(diào)壓能力不足時，電壓偏差問題直接影響供電安全。
光伏電源輸出的是直流電，需要通過并網(wǎng)逆變器將其轉(zhuǎn)換為交流電才能并入電網(wǎng)中。而在這個過程中會產(chǎn)生一定的諧波，給網(wǎng)絡(luò)造成諧波污染。在當(dāng)前分布式光伏迅猛發(fā)展，在配電網(wǎng)內(nèi)多個諧波源互相疊加的情況下，總諧波含量可能超過濾波器的控制范圍。
在新能源滲透率高的配電網(wǎng)區(qū)域內(nèi)，分布式光伏出力高于用電負(fù)荷，中壓甚至高壓變壓器和線路會出現(xiàn)潮流反送現(xiàn)象。傳統(tǒng)配網(wǎng)變壓器容量設(shè)計主要依據(jù)負(fù)荷水平，未考慮分布式光伏出力。若分布式光伏容量過大，可能導(dǎo)致反送功率超過變壓器容量，導(dǎo)致設(shè)備和線路過載，出現(xiàn)熱穩(wěn)問題。
當(dāng)前，多地以設(shè)備容量等因素評估分布式電源承載力，發(fā)布分布式光伏可接入容量或承載力等級。如湖北省襄陽市、福建省三明市建寧縣等全域分布式電源可接入容量為0。另外，山東、河南、江西等省份發(fā)布下轄部分地區(qū)分布式光伏承載力等級預(yù)警，超150個地區(qū)分布式光伏無新增接入空間。
傳統(tǒng)配網(wǎng)變壓器保護設(shè)計，未考慮大規(guī)模分布式光伏接入的情況。局部高密度的分布式光伏接入會改變故障電流的大小和方向，可能使得傳統(tǒng)配電網(wǎng)對于短路故障的電流保護配置失效，因此，在分析分布式光伏承載力時需以電流保護不失效為前提，在不影響保護的選擇性、靈敏性和范圍情況下進行規(guī)劃和建設(shè)。
經(jīng)濟性挑戰(zhàn)
增加電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力、新增電網(wǎng)基建等帶來的系統(tǒng)成本問題，需合理分?jǐn)偅瑒荼赜绊懛植际焦夥椖砍杀尽６糠謺r段供過于求的問題，造成棄電或負(fù)電價現(xiàn)象，亦會影響分布式光伏預(yù)期收入。
分布式光伏發(fā)展趨勢思考
規(guī)劃規(guī)模布局更加優(yōu)化
發(fā)展規(guī)劃更系統(tǒng)。分布式光伏現(xiàn)已建成規(guī)模，需納入電源規(guī)劃統(tǒng)籌考慮。電源規(guī)劃以負(fù)荷增長預(yù)測為基礎(chǔ)，在電力平衡、電量平衡、調(diào)峰平衡等約束下研究得到。分布式光伏裝機密集地區(qū)多為中東部負(fù)荷區(qū)，存在較多直流落點。而“沙戈荒”新能源基地外送直流送電曲線與分布式光伏發(fā)電曲線具有相似性。在進行系統(tǒng)平衡計算時，需統(tǒng)籌考慮直流受電和分布式光伏發(fā)展規(guī)劃。
進一步強化對負(fù)荷因素的考量。在負(fù)荷密集地區(qū)布局分布式光伏，有利于分布式光伏自發(fā)自用，減少向更高電壓等級反送電需求，避免大范圍電網(wǎng)設(shè)備容量制約，具有發(fā)展可持續(xù)性。
工商業(yè)分布式光伏逐漸成為企業(yè)剛需。工商業(yè)分布式光伏一般利用企業(yè)、工業(yè)園區(qū)廠房屋頂及附近區(qū)域開發(fā)實施。因發(fā)電特性與企業(yè)白天工作時間用電高峰匹配，工商業(yè)分布式光伏能有效減小電網(wǎng)送電壓力，緩解供電緊張。江蘇、浙江、廣東等沿海發(fā)達(dá)地區(qū)企業(yè)開發(fā)分布式光伏，可緩解因“分時電價”“電力市場化”帶來的峰值電費抬升的影響;同時可以出售綠證，將綠色權(quán)益變現(xiàn)以獲取收益。
推動分布式光伏調(diào)節(jié)能力增強
在并網(wǎng)技術(shù)改進方面，推進集中匯流高壓并網(wǎng)，解決更低電壓等級電壓能力不平衡的問題。集中匯流是將整村的屋頂集中，以商業(yè)模式實現(xiàn)光伏并網(wǎng)從而取代以自然人單戶安裝光伏并網(wǎng)的新解決方案，該方案適用于鄉(xiāng)村分布式光伏的規(guī)模化開發(fā)。開發(fā)者可通過租賃的方式租用住戶屋頂，并采用集中匯流方式并網(wǎng)。該方式下分布式光伏經(jīng)專用升壓變壓器、通過10千伏母線并網(wǎng)，無配電變壓器重過載問題;縮短與主網(wǎng)的電氣距離，可有效緩解電網(wǎng)電壓高、電能質(zhì)量受影響等問題。
利用光伏逆變器本身的無功容量進行電壓調(diào)節(jié)是提升分布式光伏消納能力的重要手段之一。改進并網(wǎng)逆變器無功控制策略，可在一定程度上改善電壓穩(wěn)定問題。
考慮合理棄光，支撐裝機容量和分布式光伏接納電量的有效提升。當(dāng)光伏通過逆變器以棄光形式參與電網(wǎng)調(diào)節(jié)時，實際運行中就不會存在運行狀態(tài)指標(biāo)越限問題，取而代之是處理代價問題，即棄光多少。在計及光伏可控性前提下，可考慮不以光伏全額消納為條件、基于合理棄光率約束的可接入容量優(yōu)化評估。
在分布式配儲方面，推動儲能應(yīng)用更加廣泛。儲能可支撐有功、無功協(xié)調(diào)控制。儲能設(shè)備加入可以在白天光伏大發(fā)期間吸收光伏發(fā)出的有功功率，預(yù)防過電壓風(fēng)險;在夜間需求較大時段可發(fā)出功率，防止欠壓發(fā)生。同時搭配無功控制策略，可較好解決電壓越限風(fēng)險，使網(wǎng)損合理、功率因數(shù)提高。
根據(jù)系統(tǒng)需求，合理規(guī)劃分布式光伏配套儲能規(guī)模;鼓勵大型獨立儲能建設(shè)，鼓勵分布式光伏開發(fā)業(yè)主通過自建、共建、租賃等方式靈活配置新型儲能;優(yōu)化新型儲能控制運行方式，充分發(fā)揮儲能調(diào)峰、調(diào)頻等調(diào)節(jié)功能，提升運行經(jīng)濟效益;進行儲能布局優(yōu)化，增強儲能調(diào)度可用性，充分利用儲能資源的調(diào)峰調(diào)壓能力。
在電網(wǎng)協(xié)調(diào)方面，推動配網(wǎng)調(diào)度更智能，負(fù)荷響應(yīng)更充分。加快電網(wǎng)數(shù)字化進程。電網(wǎng)、設(shè)備、客戶狀態(tài)的動態(tài)采集、實時感知和在線監(jiān)測逐漸實現(xiàn)。配電網(wǎng)智慧化水平提升。加大部署配電網(wǎng)智能終端，加快建設(shè)配電通信網(wǎng)和實現(xiàn)配電自動化實用化，針對分布式光伏滲透率高的地區(qū)推進智能調(diào)度和優(yōu)化管理。配電網(wǎng)智能支持系統(tǒng)可通過配網(wǎng)狀態(tài)估算等技術(shù)，準(zhǔn)確感知配網(wǎng)線路和設(shè)備的運行狀態(tài)，精準(zhǔn)定位問題、快速提供解決方案。
在新型電力系統(tǒng)中，工業(yè)可調(diào)控負(fù)荷、電動汽車、儲能等負(fù)荷側(cè)資源不再是單純消耗電能的“消費者”，而是既消耗電能又可生產(chǎn)電能的“產(chǎn)消者”。V2G(車網(wǎng)互動)技術(shù)引導(dǎo)電動汽車在用電低谷時充電，在用電高峰時向電網(wǎng)放電。負(fù)荷側(cè)與電網(wǎng)靈活互動，可使電力系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力大幅提升。
分時電價的作用是反映光伏發(fā)電和用電在時間上的錯配，利用價格信號引導(dǎo)負(fù)荷側(cè)削峰填谷。2023年，山東省實行分時電價動態(tài)調(diào)整機制，通過價格信號引導(dǎo)用戶削峰填谷，午間新能源消納空間增加約350萬千瓦，有效促進分布式光伏消納，促進綠色能源轉(zhuǎn)型成效顯著。各省探索按照不同季節(jié)工序特性調(diào)整分時時段，靈活銜接電力市場價格，對更先進的電力市場技術(shù)具有啟發(fā)和呼喚作用。此外，分布式光伏引起配電網(wǎng)重載、過載和潮流反向，而電網(wǎng)企業(yè)投資建設(shè)進度無法滿足要求。可探索完善政策機制，推動發(fā)電企業(yè)或社會資本投資建設(shè)配電網(wǎng)擴容改造相關(guān)工程，提出合理的費用分?jǐn)偤褪找鏅C制。
本文刊載于《中國電力企業(yè)管理》2024年1期，作者單位：水電水利規(guī)劃設(shè)計總院
作者：王躍峰 汪夢軍
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