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泓浩-德国光伏发展启示


2014年,德国已连续9年保持世界光伏发电第一大国的位置。截至2014年年底,德国光伏发电装机容量约为3820万千瓦;当年光伏发电量达到328亿千瓦时,约占全部发电量的6.3%。

光伏已成为德国装机容量最大的电源。截至2014年年底,德国光伏发电装机容量约占德国电力总装机容量的21.5%,占比最高。就可再生能源发电而言,光伏装机占比也最大,达可再生能源装机的43.5%。此外,2014年6月9日,德国光伏瞬时出力超过系统负荷50%。

德国光伏发电市场已进入平稳调整期,光伏发展增速明显放缓。德国光伏发电市场的发展大致经历了市场启动、快速发展、急剧扩张和平稳调整四个阶段。

德国2014年8月1日出台新版《可再生能源法》,规定德国未来光伏发电的年度新增规模将限定在240~260万千瓦。2014年,德国光伏新增装机约为180万千瓦,稍低于政策目标,新增装机规模下降显著,光伏发展速度明显放缓。

带来的技术问题及解决方案

大比例光伏并网的影响已不局限于配电网,对系统安全稳定性受到关注。德国光伏接入电网主要呈现三个特点,大规模分布式光伏接入不仅对配电网产生影响,也对大电网安全稳定运行产生了重要影响。

对于配电网,光伏并网引起的电压升高和设备过载问题较为突出。电压升高是光伏接入配电网带来的主要影响之一。在传统的电力输送方式下,电流的方向是单一的,从发电到用户,电压随着距离及用电水平而降低。大量分布式光伏接入电网后,尤其在脆弱或远距离的电网中,由于分布式光伏发电抵消用户负荷导致线路轻载甚至线路潮流反向,电压升高会成为一个突出问题。

此外,随着分布式电源的接入水平增加,反向功率的发生更加频繁。反向功率可能比变压器或者线路的容量还高,引起变压器或线路过载。

对于大电网安全稳定运行,光伏发电的影响首先表现在系统有功平衡压力增加。光伏发电具有典型的日变化特性,大比例光伏并网将显著改变系统供   电负荷曲线,增加电网运行压力。此外,光伏出力预测误差大,也将增加系统运行安全风险。

另外是系统频率安全风险增加。在没有特殊要求的情况下,分布式光伏发电设备一般没有类似常规机组的频率控制特性,电网出现扰动情况下,光伏发电设备向电网提供频率支撑的能力较弱。2011年,德国光伏的“50.2赫兹”问题是光伏对电网频率安全稳定运行影响的典型例子。

对此,德国主要给出了两个解决方案。

一是电网扩建。根据德国能源署开展的配电网扩建需求研究,2030年之前,德国需要对16.1万千米线路进行改扩建,补充安装6900万千伏安容量的变压器。从各电压等级的电网扩建需求来看,中压和低压需要改扩建的线路绝对长度最长,但是高压需要改扩建的线路比例最高,且高压线路的改扩建成本最高。根据德国能源署研究结果,德国需对高压电网进行32%的扩建,对中压电网进行15%的扩建,而低压电网只需   进行5%的扩建。

二是提高系统运行灵活性。一方面,提高常规电厂运行灵活性。以德国TenneT公司控制区为例,该控制区2013年7月几乎每天午餐时间的风电和光伏发电都大于此区域的负载,且具有明显的陡升陡降特点。因此,要求常规电厂运行灵活性增加,能够非常迅速地启停机组。另一方面,加强电网互联,充分发挥大电网资源优化配置作用,调动各方资源提高电网运行灵活性。

德国国内的抽水蓄能等灵活调节电源比例较低。目前为提高系统运行灵活性,德国拟加强与北欧电力系统的互联,充分利用挪威等国的水电,促进德国的可再生能源消纳。在欧盟层面,加强电网互联,建设欧洲统一电力市场,促进区域电网融合,是欧洲电网建设的重要发展方向。

根据欧洲输电网运营商联盟2012年时制定的十年电网规划,欧盟范围内需要改扩建的线路长度为52300千米,其中约90%的改扩建需求来自促进可再生能源消纳的需要。

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