編者按:地球上的資源是有限的,其中常規(guī)能源煤炭、石油、天然氣等則更加有限的且不可再生的。為了尋求可持續(xù)發(fā)展,人們開(kāi)始開(kāi)發(fā)利用可再生能源,光伏作為未來(lái)可再生能源中一種重要的方向,得到了廣泛的應(yīng)用與發(fā)展。
一、光伏發(fā)電
在國(guó)際上,光伏發(fā)電技術(shù)的研究已有100多年的歷史。光伏發(fā)電是根據(jù)光生伏特效應(yīng)原理,利用太陽(yáng)能電池將太陽(yáng)光能直接轉(zhuǎn)化為電能。光伏系統(tǒng)可分為獨(dú)立光伏系統(tǒng)(各種帶有蓄電池的可以獨(dú)立運(yùn)行的光伏發(fā)電系統(tǒng))和并網(wǎng)光伏系統(tǒng)(與電網(wǎng)相連并向電網(wǎng)輸送電力的光伏發(fā)電系統(tǒng))。
二、光伏發(fā)電的優(yōu)勢(shì)
光伏發(fā)電與傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)相比具有更多優(yōu)勢(shì):
1. 太陽(yáng)能資源十分豐富,輻射到地球表面的能量巨大,對(duì)于利用太陽(yáng)能是十分有利的。因此太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)是資源最為豐富的發(fā)電技術(shù)。
2.太陽(yáng)能光伏發(fā)電更為安全可靠,不會(huì)產(chǎn)生污染以及噪聲,并且能夠比較靈活,能夠安全穩(wěn)定的運(yùn)行。
3.光伏發(fā)電的應(yīng)用使得邊遠(yuǎn)以及特殊地區(qū)的用電問(wèn)題得以有效解決,可以隨時(shí)隨地使用太陽(yáng)能資源。
4. 光伏發(fā)電能夠與建筑物相結(jié)合,形成光伏建筑一體化的系統(tǒng),減少土地資源的浪費(fèi)。
三、歷史與現(xiàn)狀
太陽(yáng)能光伏發(fā)電的歷史可以追溯到1839年法國(guó)物理學(xué)家貝克勒爾首次發(fā)現(xiàn)光伏效應(yīng)。此后,各國(guó)科學(xué)家不斷探索,1954年第一塊實(shí)用光伏電池問(wèn)世,這意味著太陽(yáng)能光伏發(fā)電逐步進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的道路。
進(jìn)入21世紀(jì),太陽(yáng)能電池向全球擴(kuò)展,成為一種重要的可再生能源。隨著可持續(xù)發(fā)展觀念在世界各國(guó)不斷深入人心,全球太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)利用規(guī)模迅速擴(kuò)大,技術(shù)不斷進(jìn)步,成本顯著降低,呈現(xiàn)出良好的發(fā)展前景,許多國(guó)家將太陽(yáng)能作為重要的新興產(chǎn)業(yè),太陽(yáng)能得到更加廣泛應(yīng)用。2000 年至 2016 年間,光伏產(chǎn)業(yè)以令世人驚嘆的速度向前發(fā)展。全球累計(jì)裝機(jī)容量自 1,250MW增至 304,300MW,年復(fù)合增長(zhǎng)率高達(dá) 40.98%。
在我國(guó),光伏產(chǎn)業(yè)也呈現(xiàn)出前所未有的活力,在全球20個(gè)以上國(guó)家或地區(qū)建廠,產(chǎn)品出口至全球近200個(gè)國(guó)家和地區(qū),成為我國(guó)具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。
美國(guó)是最早研究與使用光伏技術(shù)的國(guó)家,美國(guó)光伏行業(yè)在技術(shù)革新與政府激勵(lì)補(bǔ)償政策的雙重刺激下多年來(lái)保持增長(zhǎng)。光伏電站裝機(jī)在美國(guó)光伏行業(yè)中占主導(dǎo)地位,其發(fā)展速度直接決定整個(gè)光伏行業(yè)發(fā)展情況。
日本是最早制定光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策的國(guó)家, 2011~2016 年年均復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到54%, 在2016年以42.75GW 的裝機(jī)總量位居世界第二,目前發(fā)展方向以非居民用電站為主。
作為東南亞最火熱的光伏市場(chǎng)之一,越南正在以每年10%的能源需求增速,再加上其本身發(fā)展光伏能源的先天優(yōu)勢(shì),吸引著各國(guó)光伏企業(yè)進(jìn)入。
光伏發(fā)電目前全面進(jìn)入規(guī)?;l(fā)展階段,中國(guó)、歐洲、美國(guó)、日本等傳統(tǒng)光伏發(fā)電市場(chǎng)繼續(xù)保持快速增長(zhǎng),東南亞、拉丁美洲、中東和非洲等地區(qū)光伏發(fā)電新興市場(chǎng)也快速啟動(dòng)。
四、發(fā)展趨勢(shì)
(一)政策變化
2019年5月30日,國(guó)家能源局發(fā)布了《關(guān)于2019年風(fēng)電、光伏發(fā)電項(xiàng)目建設(shè)有關(guān)事項(xiàng)的通知》,明確優(yōu)先推進(jìn)無(wú)補(bǔ)貼的平價(jià)上網(wǎng)項(xiàng)目建設(shè),再開(kāi)展需要國(guó)家補(bǔ)貼項(xiàng)目的競(jìng)爭(zhēng)配置工作,這對(duì)風(fēng)電光伏行業(yè)來(lái)說(shuō)將是一個(gè)重大轉(zhuǎn)變。
隨著光伏行業(yè)的發(fā)展,受制于當(dāng)?shù)叵{及電力傳輸?shù)戎萍s,國(guó)內(nèi)地面電站的新增數(shù)量已明顯下降。與此同時(shí)越來(lái)越多的光伏企業(yè)開(kāi)始把目光投向海外。
近年來(lái),東南亞各國(guó)在可再生能源領(lǐng)域也作出了相應(yīng)努力,泰國(guó)、印尼等國(guó)的光伏規(guī)模出現(xiàn)一定增長(zhǎng),越南則在計(jì)劃建設(shè)風(fēng)電項(xiàng)目、簽發(fā)關(guān)于發(fā)展太陽(yáng)能發(fā)電項(xiàng)目鼓勵(lì)機(jī)制的決定。東南亞地區(qū)政府補(bǔ)貼光伏項(xiàng)目,鼓勵(lì)利用可再生能源,并且由于地理位置靠近中國(guó),受到中國(guó)企業(yè)的關(guān)注。
新興市場(chǎng)擴(kuò)大以及平價(jià)競(jìng)爭(zhēng)上網(wǎng)將成為未來(lái)新的趨勢(shì)。
(二)技術(shù)發(fā)展
1.從分布式發(fā)電到建設(shè)集中式電站
集中式大型并網(wǎng)光伏電站就是集中建設(shè)大型光伏電站,發(fā)電直接并入公共電網(wǎng),接入高壓輸電系統(tǒng)供給遠(yuǎn)距離負(fù)荷,可以降低成本,減少運(yùn)輸損耗。越是規(guī)模大的光伏發(fā)電站,其光伏系統(tǒng)的成本越低。
2.光儲(chǔ)一體化電站
對(duì)含儲(chǔ)能環(huán)節(jié)的光伏電廠進(jìn)行光儲(chǔ)一體化調(diào)控,快速控制,滿足有功輸出最大化,“削峰填谷”響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)度需求,實(shí)時(shí)保障電網(wǎng)調(diào)度要求。儲(chǔ)能系統(tǒng)的使用能緩解充電時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊,盡可能提升電網(wǎng)質(zhì)量。
3.云存儲(chǔ)、云計(jì)算、數(shù)字孿生、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的應(yīng)用
新信息技術(shù)的使用可幫助光伏電廠實(shí)現(xiàn)智能化,幫助光伏電廠實(shí)現(xiàn)智能化運(yùn)維監(jiān)控,提供發(fā)電預(yù)測(cè)等分析功能,降低并網(wǎng)難度,提高發(fā)電效率。
在國(guó)內(nèi),上海上科信息技術(shù)研究所順應(yīng)光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì),進(jìn)行光伏系統(tǒng)集成開(kāi)發(fā),與中國(guó)電建上海能源裝備有限公司聯(lián)合建立與運(yùn)作能源裝備智能化聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室?;跀?shù)字孿生的光伏電廠智能化平臺(tái),將智能電網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等技術(shù)緊密結(jié)合,為解決光伏電廠加入儲(chǔ)能環(huán)節(jié)后的優(yōu)化調(diào)功分配問(wèn)題和分級(jí)分層的控制問(wèn)題,建立面向光伏電廠光儲(chǔ)一體化的分級(jí)多目標(biāo)調(diào)功算法模型。通過(guò)該平臺(tái)可有效掌握光伏電站完整信息,提高運(yùn)維效率,加快決策,保障光伏電廠安全、穩(wěn)定、高效、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。
五、未來(lái)展望
第四次工業(yè)革命將全面展開(kāi),以光伏為主的清潔能源、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)正全面發(fā)展。通過(guò)現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能及大數(shù)據(jù)分析技術(shù),實(shí)現(xiàn)包括光伏在內(nèi)的多種能源的集中運(yùn)維管理,打造智慧的能源生態(tài)圈。在未來(lái),社會(huì)將構(gòu)建全新的能源物聯(lián)網(wǎng)體系,進(jìn)入低碳甚至無(wú)碳時(shí)代。
原標(biāo)題:光伏發(fā)電應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)分析