當前,我國光伏產業發展進入了新階段,消納形式及相關產業導向得以重塑。
分佈式光伏引領行業新的裝機增長點主要緣於兩方面因素:
首先,隨着光伏發電佔比的上升,其不穩定性對電網造成的衝擊愈加強烈,且跨區域輸送電力的成本愈加升高,在一定程度上抵消了西部地區所具有的太陽能資源優勢和地價優勢。
其次,技術進步提升了光電轉化率,而小型集成化的光電轉化設備技術的成熟降低了分佈式光伏的裝機成本。
中國政府敏銳地意識到了裝機形式改變背後的邏輯以及接踵而至的新問題。2022年發佈的《關於促進新時代新能源高質量發展的實施方案》提出,將分佈式裝機呈現出的新形勢問題作爲要點。近期發佈的《分佈式光伏接入電網承載力及提升措施評估試點實施方案》,更是提出要進行相關試點的探索以應對光伏產業發展的新形勢、新變革。
中國光伏產業面臨的新態勢
隨着分佈式光伏的迅猛增長,需要階段性地理解光伏產業面臨的形勢。
首先,光伏產業的裝機區域出現了新的變化,由“三北”地區走向“中東南”地區。以往中國光伏電站大多集中於西北地區。這是因爲《可再生能源發展“十二五”規劃》和《可再生能源發展“十三五”規劃》分別提出要在2015年達到2100萬千瓦的裝機目標和2020年達到1.05億千瓦的裝機目標。這一頂層設計釋放出的裝機需求是有限的,所以光伏發電企業都集中去地域資源稟賦更好、地價更低的“三北”地區建設電站。
現在,這種情況逐漸發生改變。由於光伏的發展不同於風電或水電等技術路徑已經成熟的清潔能源,其後期維護成本較高且具有較強的規模效應。而《可再生能源發展“十四五”規劃》對於2030年風光合計裝機計劃提升到了12億千瓦以上,在充分釋放了遠景需求的同時也推動着光伏發電走向中東部最需要電力的省份。此外,光伏組件集成度上升和電網跨區域運輸電力成本的上升,直接從成本效應上推動了光伏裝機地域的改變。
其次,光伏產業鏈下游發生了深刻的變化,由集中式電站走向“千家萬戶”。對於分佈式光伏而言,既可以存在於成片的平原丘陵,又可以存在於工業園區以及居民屋頂。任何發電設備的購買者均可以視作光伏產業鏈的下游,而不再侷限於發電企業。大量電力消費者既自給自足又成爲了電力的潛在供應者,這種多樣化使得產業鏈市場更加複雜,同時還給電網帶來了新形勢下的不穩定衝擊。
最後,分佈式光伏的發展向光伏配套產業提出了新的要求。對於電網而言,分佈式光伏的普及意味着從跨區域輸電的壓力轉爲雙向傳導電力的壓力。對於儲能產業而言,這意味着從大規模集中配儲轉化爲分佈式配儲,且需要進一步考慮熱管理、設備的規模與存放場地等。
分佈式光伏高速發展下的隱患
首先,由於分佈式光伏的發展進程與電網以及集中式電站的規劃進程不一致,現有格局受到衝擊。早期光伏電站多選在資源稟賦優越且地域廣闊的西北地區,因此多以集中式光伏電站的形式來佈局,在其接入電力系統時可以集中進行總體的協調優化。但由於跨區域電力輸送帶來的損耗以及光伏供電的不平穩特性,也一度面臨着併網消納問題。在電網還無法完全消納集中式光伏電站的電力之際,分佈式光伏又將走上高速發展的道路,這讓人不得不思考其與集中式光伏電站以及電網三者之間該如何攜手共進。作爲集中式光伏電站的補充,分佈式光伏零散的特性雖然爲其佈局帶來了很大的靈活性,但這種零散的電力對於電網消納而言卻是一箇極大的挑戰。
其次,分佈式光伏的加入會改變配電網和儲能配置的格局。在新形勢下,問題不再聚焦於是否要強制性配套固定比例的儲能以及加強有源配電網,而是要對整體的規劃問題進行重新考量,即哪些地方適合改成有源配電網,哪些地方更有利於配置儲能設備,哪些地方又要保持大電網的格局。
最後,氣候災害的影響或將威脅分佈式光伏的安全運行。分佈式光伏裝機向東中部集中的趨勢顯而易見。近年來,極端氣溫及自然災害的頻發讓我們無法再忽略氣候變化的影響。東中部地區受到恩索循環的影響,將遭受沿海地區的颱風以及洪澇災害。這些氣候災害都可能導致分佈式光伏設施遭受破壞,進而造成本地區或更大範圍的停電事故。這不僅危害電網安全穩定運行,也影響災後電力供應的恢復;並且,分佈式光伏具有不同於集中式光伏電站的散落佈局,設備的維護與修復都更爲複雜。
關於統籌分佈式光伏佈局的建議
第一,依託現有工業產業佈局和電力系統佈局引導分佈式光伏的有序裝機。
首先,建議依託於已有的電網布局與集中式光伏佈局,從頂層設計的角度規劃分佈式光伏的發展。具體來說,需要在電網集中且對於光伏發電不確定性有更大承受能力的地區規劃較多的分佈式光伏裝機,而在已有電網系統薄弱或主要依賴於外地電力輸入的地區規劃較少的裝機。
其次,建議依託於已有的大型工業園區鼓勵分佈式光伏的安裝。儘管大型的工業園區往往需要更加穩定的電力,但在當前的技術水平下,分佈式光伏與配儲系統的佈局還是可以有效降低電力成本。而且工業園區的持續擴張可以減少電力系統延展的成本。另一方面,大型工業園區的地價往往不高,且容易開展分佈式光伏的相關維護。這能夠從大型集中式光伏走向千家萬戶的經驗中獲得良好的借鑑經驗。
最後,在各地推廣分佈式光伏的進程中需注意保有餘量、穩步推進。以往集中式光伏在“三北”地區的迅猛擴張曾導致嚴重的“棄光”問題,應從這一歷史教訓中吸取經驗。當下分佈式光伏所表現出的新的裝機形式變化,意味着它將快速搶佔中東南的優勢資源區。而放任市場在利潤導向下發展分佈式光伏將給電網帶來極大的負擔,並且會給相關配儲帶來新的問題。通過重視分佈式裝機所伴隨的配儲質量和嚴格選定裝機的地址可以有效避免這一問題。
第二,結合用電特性逐步探索適配於分佈式光伏的配電網形式和配儲格局。
首先,建議在大型工業園區中建設大的微電網作爲試點,初步且細緻地探索可能出現的現實問題,其中至關重要的是產業的自然資源稟賦和配套產業的同步推進。
其次,建議積累經驗並且同步在多箇產業園區中進行推廣,這需要結合產業類型,並考慮產業的聚集效應。
最後,建議在推廣至千家萬戶時考慮以電網的密度程度和用電特徵來依梯隊推廣。而針對偏僻的農村地區則無需急切地以政策補貼等方式推進。
第三,推動分佈式光伏裝機和智能電網系統的協同發展。
一方面,分佈式光伏走進千家萬戶不但意味着需要更高要求的有源配電網,也意味着對相匹配的檢測系統提出了更高的要求。以往集中式光伏系統的運行環境使得其折舊壽命基本一致,結合雲層和光照情況可以有效地預測整體的發電量。而分佈式光伏意味着系統內的裝機所在地千差萬別,光照角度也不盡相同,故在開展分佈式光伏試點時需要重點聚焦於相配對的智能電網系統的檢測水平。
另一方面,分佈式光伏裝機所表現出的新的地域裝機趨勢意味着它將面對更爲複雜的天氣變化與用電需求變化。以往“三北”地區的集中式光伏電站更多需要面對的是高溫且乾燥的氣候條件。而分佈式光伏裝機將大量部署在東部發達地區,面臨着更加潮溼的氣候,南太平洋暖流也將帶來更爲充沛的雨水,所需要應對的小尺度氣候災害也更爲頻發。這意味着發展分佈式光伏將需要更進一步考慮光伏組件的壽命、光電轉化率、監測設備的使用壽命等。這需要推動與之相匹配的新型智能電網的發展,包括聯動小尺度氣候預測以實現發電量的檢測,以及對分佈式光伏發電效率和系統運行情況的檢測。
(作者系嘉庚創新實驗室首席科學家、中國能源政策研究院院長)
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