近日，國家能源局批準(zhǔn)實(shí)施了《光伏發(fā)電系統(tǒng)效能規(guī)范》，正式為容配比“松綁”。提高容配比將顯著提高交流側(cè)設(shè)備的滿載時間以及設(shè)備利用率，進(jìn)而降低度電成本，這對于即將到來的光伏電站全面平價無疑是意義重大的一個舉措。但同時，在高容配比之下，全面平價后的光伏電站仍將面臨眾多挑戰(zhàn)。
從電網(wǎng)的角度看，尤其是光照資源豐富但消納能力又比較弱的西北地區(qū)，容配比的提高將加重棄光的風(fēng)險(xiǎn)。此外，隨著裝機(jī)規(guī)模的大幅提升，新能源在電力波動性方面帶給電網(wǎng)的沖擊也在與日俱增。
在全面平價與大規(guī)模發(fā)展的目標(biāo)面前，這將是整個光伏產(chǎn)業(yè)必須解決的問題。事實(shí)上，地方政府與電網(wǎng)已經(jīng)開始對這一問題提出了要求，2020年以來，包括山東、山西、新疆、內(nèi)蒙古、安徽及西藏等十幾個省份相繼發(fā)文要求新能源電站配套儲能系統(tǒng)。
隨著行業(yè)的發(fā)展成熟，儲能系統(tǒng)已經(jīng)是成為行業(yè)公認(rèn)的解決新能源波動性以及棄光問題的方案。此外，在光伏度電成本不斷下降的趨勢下，配套儲能已經(jīng)初步具備可行性。作為目前市場中主流的光儲融合方案之一——直流耦合方案既能解決新能源的消納又可以有效的吸收棄光、平滑出力曲線。
光伏電站的“小目標(biāo)”：電網(wǎng)友好型電源
因?yàn)槌隽Σ环€(wěn)定，新能源一直被電網(wǎng)端視為一種非常規(guī)電力形式，但在能源轉(zhuǎn)型的大勢所趨之下，解決波動性的問題并不能只依靠電網(wǎng)。從產(chǎn)業(yè)的發(fā)展角度，光伏發(fā)電也必須成為電網(wǎng)友好型電力，顯然加裝儲能是當(dāng)下最為有效的方案之一。
直流耦合方案是指儲能系統(tǒng)接入直流側(cè)（如下圖），在這個方案中光伏逆變器需要預(yù)留儲能接口。目前，以陽光電源為代表的國內(nèi)主流逆變器供應(yīng)商都推出了具備這一功能的系列產(chǎn)品。
圖1：直流側(cè)耦合簡單示意圖
據(jù)介紹，直流耦合方案在歐美、日本等高容配比和電力交易市場化的國家和地區(qū)，已經(jīng)擁有成熟的應(yīng)用和經(jīng)驗(yàn)。
美國加州是采用直流耦合方案解決新能源電力波動性問題的典型案例。加州光照資源極為豐富，光伏是新能源的主要驅(qū)動力，該州計(jì)劃到2030年電力的50%來自于新能源。
從下圖可以看出，加州地區(qū)的能源結(jié)構(gòu)帶來的問題非常明顯，下午三點(diǎn)鐘開始，天然氣電站需要在三個小時內(nèi)爬升超10GW，峰值需求與新能源發(fā)電之間的時間不匹配，即鴨子曲線很嚴(yán)重。
陽光電源美洲區(qū)解決方案經(jīng)理于恒解釋道，在這個案例中，儲能系統(tǒng)的能量搬移作用就十分明顯，不僅利用峰谷電價的差異實(shí)現(xiàn)了光儲融合的最佳經(jīng)濟(jì)性選擇，也解決了鴨子曲線及電網(wǎng)波動性問題。
圖2：加利福尼亞高滲透比的新能源帶來的鴨子曲線問題
圖3：新能源發(fā)電的波動性
據(jù)了解，目前美國市場可再生能源項(xiàng)目基本都是采用1.4及以上超配，大多采用直流耦合來解決棄光、鴨子曲線及電網(wǎng)波動性問題。
“從全球清潔能源市場來看，這將是未來光伏的發(fā)展方向”，于恒補(bǔ)充道，未來幾年，美國的光儲融合將更多地選擇直流耦合方案，需要說明的是，在多個州抵稅政策上，儲能電池的電如果來自于光伏，會有很高的抵稅比例，這也提高了光儲方案應(yīng)用的積極性。此外，當(dāng)前美國的光伏地面電站已經(jīng)全面采用了1500V系統(tǒng)，光儲融合也必將帶動儲能1500V系統(tǒng)的應(yīng)用。
光儲融合：突破棄光瓶頸
除了波動性之外，高容配比之后，光伏電站發(fā)電量顯著提高，棄光風(fēng)險(xiǎn)也隨之加劇，尤其是在光照資源較好的地區(qū)，直流耦合不僅可以平抑光伏電力的波動性，也可以有效的解決棄光問題。
于恒解釋道，從發(fā)電端來看，直流耦合系統(tǒng)可以解決棄光和限電問題，在白天吸收棄光或者限電損失的電，夜間或者調(diào)度需求時輸送給電網(wǎng)，相較于光儲交流耦合系統(tǒng)，可有效的提升光儲耦合的經(jīng)濟(jì)性；并且隨著國內(nèi)容配比的放開，這部分優(yōu)勢會越來越明顯。
以日本秋田大館FIT(Feed-inTariff)電站為例，這是一個通過直流側(cè)加裝儲能解決棄光和電網(wǎng)波動性的典型案例。據(jù)介紹，該項(xiàng)目獲得FIT補(bǔ)貼的限定交流容量為49.5kW，直流側(cè)安裝350kW組件,超過7倍容配比設(shè)計(jì)。“為了提高售電收益，陽光電源為該電站配置1.1MWh儲能系統(tǒng)，自動儲存功率限制外的多余電量避免棄光，實(shí)現(xiàn)電站24小時持續(xù)售電，最大化提升項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)收益。
事實(shí)上，陽光電源的直流側(cè)耦合方案的國內(nèi)案例也早有應(yīng)用。四年前，受限電困擾，甘肅金昌某100MW光伏電站決定采用“光伏+儲能”的形式建設(shè)，陽光電源為此項(xiàng)目提供了1MW/1.1MWh的儲能成套系統(tǒng)，旨在限電問題上進(jìn)行相關(guān)分析，積累數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)，為后續(xù)儲能其他應(yīng)用方向做好鋪墊。
據(jù)介紹，陽光電源新推出的直流耦合方案，在電力電子端和控制算法做了創(chuàng)新，光伏逆變器可以做雙向的充放電應(yīng)用，同時陽光電源也是目前國內(nèi)唯一一家可以提供雙向充放光儲方案的逆變器企業(yè)。
“白天電池板通過光伏逆變器對電網(wǎng)發(fā)電，多余的能量通過DC-DC對電池充電；當(dāng)光伏電池板發(fā)電功率不足，儲能電池可以經(jīng)由DC-DC放電去補(bǔ)充；夜間光伏逆變器還可以做雙向逆變應(yīng)用，儲能電池經(jīng)過DC-DC充放電進(jìn)行峰谷調(diào)節(jié)、電網(wǎng)支撐等”，于恒解釋稱，簡單來說就是白天可以做光伏消納，傍晚6點(diǎn)到10點(diǎn)持續(xù)滿足市民用電需求，在深夜到清晨這段時間做調(diào)峰和吸納風(fēng)電等能源的作用。
圖4.陽光電源新推出的直流耦合方案
2060年碳中和的大目標(biāo)下，以光伏、風(fēng)電為代表的可再生能源將承擔(dān)起能源轉(zhuǎn)型的大任，而上述提到的波動性與棄光等問題也是行業(yè)層面必須要面對的。與此同時，盡管不少地區(qū)紛紛出臺相關(guān)政策要求新能源加裝儲能，但是目前由于缺乏相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，各地的方案設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)方式參差不齊。
光儲發(fā)展仍需政策層面盡快明確相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與發(fā)展模式，推動可再生能源電力成為電網(wǎng)友好型電源。作為國內(nèi)最早涉足儲能領(lǐng)域的企業(yè)之一，陽光電源國內(nèi)外儲能應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)非常豐富，不管是直流耦合方案還是1500V儲能系統(tǒng)，在全球范圍內(nèi)都得到了廣泛應(yīng)用，其高經(jīng)濟(jì)性、0安全事故等優(yōu)質(zhì)項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)積累將推動國內(nèi)光儲融合市場的進(jìn)一步發(fā)展。
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