德國光伏發(fā)展的較新情況與啟示

【中玻網(wǎng)】德國是世界上光伏裝機規(guī)模非常大的國家，在推動光伏發(fā)展方面的政策、管理、技術(shù)等經(jīng)驗為世界上多個國家效仿。光伏發(fā)電的發(fā)展從來不是一帆風(fēng)順的，德國在光伏發(fā)展過程中也出現(xiàn)了電網(wǎng)運行壓力持續(xù)增加、新能源補貼高導(dǎo)致電價上漲過快等問題。分析德國大比例光伏發(fā)展中出現(xiàn)的問題及其解決途徑，總結(jié)相關(guān)啟示，將為我國光伏并網(wǎng)提供有益借鑒。
　　
　　德國光伏發(fā)展較新情況
　　
　　2014年，德國已連續(xù)9年保持世界光伏發(fā)電靠前大國的位置。截至2014年年底，德國光伏發(fā)電裝機容量約為3820萬千瓦；當年光伏發(fā)電量達到328億千瓦時，約占全部發(fā)電量的6.3%。
　　
　　光伏已成為德國裝機容量非常大的電源。截至2014年年底，德國光伏發(fā)電裝機容量約占德國電力總裝機容量的21.5%，占比較高。就可更新能源發(fā)電而言，光伏裝機占比也非常大，達可更新能源裝機的43.5%。此外，2014年6月9日，德國光伏瞬時出力超過系統(tǒng)負荷50%。
　　
　　德國光伏發(fā)電市場已進入平穩(wěn)調(diào)整期，光伏發(fā)展增速明顯放緩。德國光伏發(fā)電市場的發(fā)展大致經(jīng)歷了市場啟動、快速發(fā)展、急劇擴張和平穩(wěn)調(diào)整四個階段。
　　
　　德國2014年8月1日出臺新版《可更新能源法》，規(guī)定德國未來光伏發(fā)電的年度新增規(guī)模將限定在240~260萬千瓦。2014年，德國光伏新增裝機約為180萬千瓦，稍低于政策目標，新增裝機規(guī)模下降顯著，光伏發(fā)展速度明顯放緩。
　　
　　帶來的技術(shù)問題及解決方案
　　
　　大比例光伏并網(wǎng)的影響已不局限于配電網(wǎng)，對系統(tǒng)安全穩(wěn)定性受到關(guān)注。德國光伏接入電網(wǎng)主要呈現(xiàn)三個特點，大規(guī)模分布式光伏接入不僅對配電網(wǎng)產(chǎn)生影響，也對大電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行產(chǎn)生了重要影響。
　　
　　對于配電網(wǎng)，光伏并網(wǎng)引起的電壓升高和設(shè)備過載問題較為突出。電壓升高是光伏接入配電網(wǎng)帶來的主要影響之一。在傳統(tǒng)的電力輸送方式下，電流的方向是單一的，從發(fā)電到用戶，電壓隨著距離及用電水平而降低。大量分布式光伏接入電網(wǎng)后，尤其在脆弱或遠距離的電網(wǎng)中，由于分布式光伏發(fā)電抵消用戶負荷導(dǎo)致線路輕載甚至線路潮流反向，電壓升高會成為一個突出問題。
　　
　　此外，隨著分布式電源的接入水平增加，反向功率的發(fā)生更加頻繁。反向功率可能比變壓器或者線路的容量還高，引起變壓器或線路過載。
　　
　　對于大電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行，光伏發(fā)電的影響首先表現(xiàn)在系統(tǒng)有功平衡壓力增加。光伏發(fā)電具有典型的日變化特性，大比例光伏并網(wǎng)將顯著改變系統(tǒng)供電負荷曲線，增加電網(wǎng)運行壓力。此外，光伏出力預(yù)測誤差大，也將增加系統(tǒng)運行安全風(fēng)險。
　　
　　另外是系統(tǒng)頻率安全風(fēng)險增加。在沒有特殊要求的情況下，分布式光伏發(fā)電設(shè)備一般沒有類似常規(guī)機組的頻率控制特性，電網(wǎng)出現(xiàn)擾動情況下，光伏發(fā)電設(shè)備向電網(wǎng)提供頻率支撐的能力較弱。2011年，德國光伏的“50.2赫茲”問題是光伏對電網(wǎng)頻率安全穩(wěn)定運行影響的典型例子。
　　
　　對此，德國主要給出了兩個解決方案。
　　
　　一是電網(wǎng)擴建。根據(jù)德國能源署開展的配電網(wǎng)擴建需求研究，2030年之前，德國需要對16.1萬千米線路進行改擴建，補充安裝6900萬千伏安容量的變壓器。從各電壓等級的電網(wǎng)擴建需求來看，中壓和低壓需要改擴建的線路長度較長，但是高壓需要改擴建的線路比例較高，且高壓線路的改擴建成本較高。根據(jù)德國能源署研究結(jié)果，德國需對高壓電網(wǎng)進行32%的擴建，對中壓電網(wǎng)進行15%的擴建，而低壓電網(wǎng)只需進行5%的擴建。
　　
　　二是提高系統(tǒng)運行靈活性。一方面，提高常規(guī)電廠運行靈活性。以德國TenneT公司控制區(qū)為例，該控制區(qū)2013年7月幾乎每天午餐時間的風(fēng)電和光伏發(fā)電都大于此區(qū)域的負載，且具有明顯的陡升陡降特點。因此，要求常規(guī)電廠運行靈活性增加，能夠非常迅速地啟停機組。另一方面，加強電網(wǎng)互聯(lián)，充分發(fā)揮大電網(wǎng)資源優(yōu)化配置作用，調(diào)動各方資源提高電網(wǎng)運行靈活性。
　　
　　德國國內(nèi)的抽水蓄能等靈活調(diào)節(jié)電源比例較低。目前為提高系統(tǒng)運行靈活性，德國擬加強與北歐電力系統(tǒng)的互聯(lián)，充分利用挪威等國的水電，促進德國的可更新能源消納。在歐盟層面，加強電網(wǎng)互聯(lián)，建設(shè)歐洲統(tǒng)一電力市場，促進區(qū)域電網(wǎng)結(jié)合，是歐洲電網(wǎng)建設(shè)的重要發(fā)展方向。