林伯强:中国分布式光伏如何真正入局丨能源思考

发布日期:2024-05-06 19:44    点击次数:178

当前,我国光伏产业发展进入了新阶段,消纳形式及相关产业导向得以重塑。

分布式光伏引领行业新的装机增长点主要缘于两方面因素:

首先,随着光伏发电占比的上升,其不稳定性对电网造成的冲击愈加强烈,且跨区域输送电力的成本愈加升高,在一定程度上抵消了西部地区所具有的太阳能资源优势和地价优势。

其次,技术进步提升了光电转化率,而小型集成化的光电转化设备技术的成熟降低了分布式光伏的装机成本。

中国政府敏锐地意识到了装机形式改变背后的逻辑以及接踵而至的新问题。2022年发布的《关于促进新时代新能源高质量发展的实施方案》提出,将分布式装机呈现出的新形势问题作为要点。近期发布的《分布式光伏接入电网承载力及提升措施评估试点实施方案》,更是提出要进行相关试点的探索以应对光伏产业发展的新形势、新变革。

中国光伏产业面临的新态势

随着分布式光伏的迅猛增长,需要阶段性地理解光伏产业面临的形势。

首先,光伏产业的装机区域出现了新的变化,由“三北”地区走向“中东南”地区。以往中国光伏电站大多集中于西北地区。这是因为《可再生能源发展“十二五”规划》和《可再生能源发展“十三五”规划》分别提出要在2015年达到2100万千瓦的装机目标和2020年达到1.05亿千瓦的装机目标。这一顶层设计释放出的装机需求是有限的,所以光伏发电企业都集中去地域资源禀赋更好、地价更低的“三北”地区建设电站。

现在,这种情况逐渐发生改变。由于光伏的发展不同于风电或水电等技术路径已经成熟的清洁能源,其后期维护成本较高且具有较强的规模效应。而《可再生能源发展“十四五”规划》对于2030年风光合计装机计划提升到了12亿千瓦以上,在充分释放了远景需求的同时也推动着光伏发电走向中东部最需要电力的省份。此外,光伏组件集成度上升和电网跨区域运输电力成本的上升,直接从成本效应上推动了光伏装机地域的改变。

其次,光伏产业链下游发生了深刻的变化,由集中式电站走向“千家万户”。对于分布式光伏而言,既可以存在于成片的平原丘陵,又可以存在于工业园区以及居民屋顶。任何发电设备的购买者均可以视作光伏产业链的下游,而不再局限于发电企业。大量电力消费者既自给自足又成为了电力的潜在供应者,这种多样化使得产业链市场更加复杂,同时还给电网带来了新形势下的不稳定冲击。

最后,分布式光伏的发展向光伏配套产业提出了新的要求。对于电网而言,分布式光伏的普及意味着从跨区域输电的压力转为双向传导电力的压力。对于储能产业而言,这意味着从大规模集中配储转化为分布式配储,且需要进一步考虑热管理、设备的规模与存放场地等。

分布式光伏高速发展下的隐患

首先,由于分布式光伏的发展进程与电网以及集中式电站的规划进程不一致,现有格局受到冲击。早期光伏电站多选在资源禀赋优越且地域广阔的西北地区,因此多以集中式光伏电站的形式来布局,在其接入电力系统时可以集中进行总体的协调优化。但由于跨区域电力输送带来的损耗以及光伏供电的不平稳特性,也一度面临着并网消纳问题。在电网还无法完全消纳集中式光伏电站的电力之际,分布式光伏又将走上高速发展的道路,这让人不得不思考其与集中式光伏电站以及电网三者之间该如何携手共进。作为集中式光伏电站的补充,分布式光伏零散的特性虽然为其布局带来了很大的灵活性,但这种零散的电力对于电网消纳而言却是一个极大的挑战。

其次,分布式光伏的加入会改变配电网和储能配置的格局。在新形势下,问题不再聚焦于是否要强制性配套固定比例的储能以及加强有源配电网,而是要对整体的规划问题进行重新考量,即哪些地方适合改成有源配电网,哪些地方更有利于配置储能设备,哪些地方又要保持大电网的格局。

最后,气候灾害的影响或将威胁分布式光伏的安全运行。分布式光伏装机向东中部集中的趋势显而易见。近年来,极端气温及自然灾害的频发让我们无法再忽略气候变化的影响。东中部地区受到恩索循环的影响,将遭受沿海地区的台风以及洪涝灾害。这些气候灾害都可能导致分布式光伏设施遭受破坏,进而造成本地区或更大范围的停电事故。这不仅危害电网安全稳定运行,也影响灾后电力供应的恢复;并且,分布式光伏具有不同于集中式光伏电站的散落布局,设备的维护与修复都更为复杂。

关于统筹分布式光伏布局的建议

第一,依托现有工业产业布局和电力系统布局引导分布式光伏的有序装机。

首先,建议依托于已有的电网布局与集中式光伏布局,从顶层设计的角度规划分布式光伏的发展。具体来说,需要在电网集中且对于光伏发电不确定性有更大承受能力的地区规划较多的分布式光伏装机,而在已有电网系统薄弱或主要依赖于外地电力输入的地区规划较少的装机。

其次,建议依托于已有的大型工业园区鼓励分布式光伏的安装。尽管大型的工业园区往往需要更加稳定的电力,但在当前的技术水平下,分布式光伏与配储系统的布局还是可以有效降低电力成本。而且工业园区的持续扩张可以减少电力系统延展的成本。另一方面,大型工业园区的地价往往不高,且容易开展分布式光伏的相关维护。这能够从大型集中式光伏走向千家万户的经验中获得良好的借鉴经验。

最后,在各地推广分布式光伏的进程中需注意保有余量、稳步推进。以往集中式光伏在“三北”地区的迅猛扩张曾导致严重的“弃光”问题,应从这一历史教训中吸取经验。当下分布式光伏所表现出的新的装机形式变化,意味着它将快速抢占中东南的优势资源区。而放任市场在利润导向下发展分布式光伏将给电网带来极大的负担,并且会给相关配储带来新的问题。通过重视分布式装机所伴随的配储质量和严格选定装机的地址可以有效避免这一问题。

第二,结合用电特性逐步探索适配于分布式光伏的配电网形式和配储格局。

首先,建议在大型工业园区中建设大的微电网作为试点,初步且细致地探索可能出现的现实问题,其中至关重要的是产业的自然资源禀赋和配套产业的同步推进。

其次,建议积累经验并且同步在多个产业园区中进行推广,这需要结合产业类型,并考虑产业的聚集效应。

最后,建议在推广至千家万户时考虑以电网的密度程度和用电特征来依梯队推广。而针对偏僻的农村地区则无需急切地以政策补贴等方式推进。

第三,推动分布式光伏装机和智能电网系统的协同发展。

一方面,分布式光伏走进千家万户不但意味着需要更高要求的有源配电网,也意味着对相匹配的检测系统提出了更高的要求。以往集中式光伏系统的运行环境使得其折旧寿命基本一致,结合云层和光照情况可以有效地预测整体的发电量。而分布式光伏意味着系统内的装机所在地千差万别,光照角度也不尽相同,故在开展分布式光伏试点时需要重点聚焦于相配对的智能电网系统的检测水平。

另一方面,分布式光伏装机所表现出的新的地域装机趋势意味着它将面对更为复杂的天气变化与用电需求变化。以往“三北”地区的集中式光伏电站更多需要面对的是高温且干燥的气候条件。而分布式光伏装机将大量部署在东部发达地区,面临着更加潮湿的气候,南太平洋暖流也将带来更为充沛的雨水,所需要应对的小尺度气候灾害也更为频发。这意味着发展分布式光伏将需要更进一步考虑光伏组件的寿命、光电转化率、监测设备的使用寿命等。这需要推动与之相匹配的新型智能电网的发展,包括联动小尺度气候预测以实现发电量的检测,以及对分布式光伏发电效率和系统运行情况的检测。

(作者系嘉庚创新实验室首席科学家、中国能源政策研究院院长)

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林伯强

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