试论太阳能光伏发电并网技术应用

摘要：本文以具体的深圳发展并网光伏发电的例子，就并网技术在光伏发电中的应用做了介绍，重点介绍了并网发电对电网的影响。对以后的技术发展提供了借鉴。

关键字：并网；光伏发电

中图分类号： TM61 文献标识码： A 文章编号：

1光伏并网发电的意义

目前，我国乃至全世界，电能的产生多为火力发电以及水力发电，其中，火电发电所需能源为不可再生能源，而水力发电受季节性气候影响比较大，因此，从目前发展局势来看，世界能源正处于一种逐步枯竭的状态，对于电能这种需要二次转化的能源来说，更是受到能源枯竭的巨大影响。因此，太阳能的利用以及分布式发电是解决未来能源短缺的必经之路。开展太阳能光伏并网发电的开发利用，具有重大的意义。

2 光伏电站并网方式

根据是否允许光伏电站通过公共连接点向公用电网送电，可分为可逆和不可逆的接入方式。对于不可逆并网方式：光伏电站出力与直配负荷相比较，出力一般小于当直配负荷，即光伏出力不会穿越并网点，流入并网点之上电网其它支线。在出力大于直配负荷的情况下，不可逆并网光伏电站配置的逆向功率保护设备动作，使得光伏电站停止向电网线路送电。可见，对于不可逆并网光伏电站，其出力仅被本公共连接点之下的负荷所吸纳，而对线路上其他支线的潮流的无影响。对于可逆并网方式，其出力可能大于直配负荷，盈余出力通过并网点送入公用电网，将对并入配电网的负荷、电压、潮流、线损、保护等产生相应影响。根据调研专题报告结论，深圳发展并网光伏发电将以建筑一体化光伏电站，例如屋顶光伏电站为主，单个电站容量在 MW 级以下，因此主要将以 10kV 及以下电压等级接入配电网。

3 计算模型

以 10kV 配电网为例研究并网光伏电站计算模型。结合深圳市的城市定位，规划期内深圳的中压配电网选用的接线方式主要有单环网接线、两供一备、三供一备等模式，由于双环网的过渡性和灵活性都非常好，所以也不排除双环网应用的可能性。对环网结线方式，每一环网回路的主环网节点一般 6～8 个，对于两供一备、三供一备结线方式，主供线路的主环网节点一般 3～4 个。考虑到配电网一般为开环运行，计算中配电网模型可采用辐射型馈线模型。馈线首端为变电站 10kV 母线，作为主供电源。馈线中不同位置分布有若干负荷。配电网中的负荷种类繁多，随机性大，为以便于研究，采用恒功率静态模型来表示馈线上各节点的负荷。根据深圳电网中压典型接线模式，沿馈线设立 4个等值集中负荷。并网太阳能光伏电站接入位置有 5 个，分别为变电站 10kV 母线、以及 4 个集中负荷的接入点。光伏电站最大出力主要考虑 0.8MW、2.4MW 和 4MW 三种情况，分别达到 10kV 线路（3×300mm2）容量的 10%，30%和 50%。稳态条件下，当光伏电站采用 MPPT 策略并输出单位功率因数时，电站可看作无功为零的 PQ 节点参与潮流计算。

4 并网光伏发电对电网调峰的影响

目前并网光伏电站一般不配置储能元件，主要考虑到以下因素：

（1）电网负荷在白天高，夜间低，与太阳能光伏发电的功率波动具有一定的相关性，一般不会出现反调峰和弃光现象。

（2）并网光伏发电系统有公共电网保障，在无需独立对负荷供电的情况下，电站停运不会影响负荷供电。

（3）光伏电站发电效率约 10-15%，而蓄电池储能元件的充放电效率在75%-90%左右，配置储能元件后，光伏电站整体效率约为 7.5%-13.5%，影响发电效率。

（4）光伏电站目前整体造价约 15-25 元/W，目前放电 4 小时的蓄电池造价在 7 元/W 以上，将进一步增加光伏电站投资。在不配置储能元件的条件下，由于并网光伏电站出力的波动，将对电网调峰有一定影响。以下将分析深圳电网调峰能力，从而研究并网光伏电站应用于深圳电网后对电网调峰的影响。

5 并网光伏发电对电网节能减排的影响

5.1 节能减排需求

能源、环境和气候变化时当今世界最热门话题。世界各国纷纷把能源和环境问题置于国家战略的重要位置。《中华人民共和国节约能源法》所称节约能源（简称节能），是指加强用能管理，采取技术上可行、经济上合理以及环境和社会可以承受的措施。我国快速增长的能源消耗和过高的石油对外依存度促使政府在 2006 年年初提出：希望到 2010 年，单位 GDP 能耗比 2005年降低两成、主要污染物排放减少一成。这两个指标结合在一起，就是我们所说的“节能减排”。2009 年 12 月，我国在哥本哈根气候变化大会上向全世界宣布，到 2020 年，单位 GDP 二氧化碳排放比 2005 年下降 40-45%。目前电力行业对环境的影响较大，主要是由于火电发电所占比重高造成的。火力发电产生的环境影响包括很多方面，主要有大气污染物、废水、废渣、噪声等。目前火力发电过程中往往采用废水的零排放工艺和废渣的综合利用技术，大幅度降低了这些污染物对环境的影响，因此火力发电对环境影响最为严重的是大气污染物。大气污染物主要包括 SO2、NOx、CO2等，其中 21% 的 NOx、40% 的CO2、20% 的灰渣来自于电力行业，可见，火力电厂对环境的污染相当严重。利用太阳能光伏发电具有显著的节能减排效益，因此利用太阳能发电将成为未来分布式发电的重要组成部分。通过本报告中前述章节对并网光伏电站对配电网网损的影响分析可知，合理配置太阳能光伏发电的情况下，能够达到减小网损的目的。

5. 2减排量分析

5.2.1减排量计算模型

以下对火电发电过程中的二氧化碳(C0)、二氧化硫(S0) ,氮氧化物(NOx)

的排放指标进行测算。计算模型如下:

1)二氧化碳(C0)排放计算

G=44/12×(B1× C1,+B2 × C2+B3 ×C3)

式中: G为二氧化碳排放量，单位:万吨;

B1为耗煤量(折合成原煤)，单位:万吨;

C1为煤中碳的含量，取80%;

B2为耗油量，单位:万吨;

C2为油中碳的含量，取85%;

B3为耗气量，单位:万吨;

C3为气中碳的含量，取70%;

2)二氧化硫(S0)排放计算

G=2×B×F×S×(1一N)

式中: G为二氧化硫排放量，单位:万吨;

B为耗煤量(折合成原煤)，单位:万吨;

F为煤中硫转换为二氧化硫的转化率(燃煤F=80%，燃油F=100%);

S为煤中的全硫份含量，取S=0. 9%;

N为脱硫效率，取90%。

3)氮氧化物(N)排放计算

G=1.63×B×(N×F+0.000938)

式中: G为氮氧化物排放量，单位:万吨;

B为耗煤量(折合成原煤)，单位:万吨;

F为煤中氮氧化物的转化率，取25%;

N为煤中氮的含量，取1.5%0

5.2.2减排量计算结果

1)发电量预测

根据本报告前述章节预测结果，深圳2015年光伏电站装机预计为100MW,2020年达到250MW。深圳地区光伏电站年利用小时数约为10001200小时。取年利用小时数的较小值，预计2015年光伏电站年发电量达到1.0亿千瓦时，2020年光伏电站年发电量将达到2.5亿千瓦时，预测值如下表所示。由于装机总量和年利用小时数有限，因此预计光伏发电量较小。

2)减排量计算结果

①预计至2015年，光伏发电量达到1.0亿kWh，按平均煤耗3208/kWh，火电脱硫率90%计算，采用光伏发电后，相当于节省标煤3.2万吨，折合原煤4.48万吨，相应的可减少排放二氧化碳(CO2 ) 131413吨/年，减少排放二氧化硫(SO2 )64.5吨/年、减少排放氮氧化物(NOx ) 342.3吨/年。

②预计至2020年，光伏发电量达到2.5亿kWh，按平均煤耗3208/kWh，火电脱硫率90%计算，采用光伏发电后，相当于节省标煤8万吨，折合原煤11.2万吨，相应的可减少排放二氧化碳(CO2) 328533吨/年，减少排放二氧化硫(SO2 )161.3吨/年、减少排放氮氧化物(NOx ) 855.8吨/年。

6结论

并网技术对电能行业发展至关重要，它可以将各种电能整合，文章以光伏发电为例，进行了介绍，这种技术今后一定会得到更大提高。

参考文献

[1]王一波，伍春生等.大型并网光伏发电系统稳态模型与潮流分析.清华大学学报(自然科学版).2009, 49(8): 1093-1097.

[2]肖湘宁等.电能质量分析与控制「M}.北京:中国电力出版社.2010.