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新型電力系統下的“光伏擔當”,要高效更要高可靠

發布時間:2022-02-23 瀏覽數:12

“構建以新能源為主體的新型電力系統”,是在碳達峰、碳中和目標背景下國家對電力系統發展作出的最新重大決策。 

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在我國雙碳目標的引領下,2035年左右,以風光為主體的新能源在總裝機占比中將超50%,遠期來看,光伏與風電將達到70%以上的發電量占比。高比例的新能源容量接入,一方面需要電力系統由“源隨荷動”轉變為“源網荷儲”協同互動的運行模式,以此解決電源端的不可控問題;另一方面,新型電力系統對新能源發電本身的可靠性也提出了遠超以往的要求,只有首先確保了系統的“安全與可靠”,接下來才是考慮其發電的可預測性,與網、荷、儲的互動。

新型電力系統需保持高可靠性

在碳中和背景下,能源生產與消費的電力化水平將顯著提高,限電停電對生產生活帶來的危害也就明顯增大。比如2019年末,由于缺煤以及部分地區能耗雙控的壓力大,部分地區出現了限電導致原材料價格飛漲(如金屬硅),使中下游的制造業受到巨大沖擊,東北部分地區停供生活用電更是使群眾的日常生活難以為繼。

因此,隨著新能源由輔助能源走向主力能源的地位,新型電力系統對新能源發電系統的可靠性要求將遠超以往,新能源發電設施在生命周期內需要具備抵抗各種極端氣象的能力,否則一旦發生大停電事故,帶來的經濟損失將是無法估算的:

例如英國2019年的大停電事件,源自閃電導致的燃氣發電機組停機,該停機導致電網頻率下降,引發750MW海上風電機組脫網,電網頻率進一步降低導致低頻減載以及更多的發電機組脫網,最終造成英格蘭與威爾士大部分地區停電,約有100萬人受到停電影響。

又如2021年初的美國德克薩斯州的停電危機:一方面寒潮導致取暖用電需求顯著增加,另一方面由于缺氣與低溫,26GW的火電與5GW的風電無法工作,使得超過400萬戶家庭受到停電影響。

光伏發電作為新能源的主力,保障其可靠性需抑制組件尺寸狂飆

光伏發電是在空地與屋頂上布置光伏組件利用太陽能發電,既可以在荒漠地區集中式發電,又可以利用居民屋頂、工商業屋頂分布式發電。光伏發電具有可預測性與可控性,目前在輻照好的地區已是成本最低的發電方式,因此將成為新能源發電的主力。

由于光伏組件長期暴露在戶外環境中,需持續運行25年甚至更長的生命周期,這就要求產品設計要極致可靠,要能抵御各種氣象變化,包括百年一遇的暴雪、颶風、冰雹等氣象災害。否則,一旦某地出現了極端氣象,就會導致該地區大量的光伏組件破損、電站無法發電,從而出現規模性大停電事故。而這種停電并非簡單的故障脫網,還涉及到光伏組件的重新訂購、更換安裝等,具有較長的時間周期。

然而,光伏行業的激烈競爭導致組件尺寸自2018年以來發生了大躍進,主流光伏組件從2平方米增加到2.2平方米甚至2.6平方米(功率由370W增加到540W)。

個別產品的商業成功引發行業內出現了大尺寸崇拜,非理性認為尺寸可以一直增長下去,功率被喊出了600W、700W乃至1000W……,不再顧忌雪載、風載、冰雹等氣象環境對邊界尺寸的限制。比如,部分企業推出了面積達到3.1平方米的超大組件,雖然功率可以做到650W以上,但玻璃寬度超過1.3米,鋼化強度的下降使其無法經受直徑35mm冰雹的沖擊。

據了解,超大組件在靜載荷、動載荷測試下,巨大形變會導致組件產生過高功率衰減,甚至發生邊框撕裂、玻璃破損等嚴重風險;同時,超大組件相伴的超大電流也顯著提高了接線盒以及接線端子的故障概率。在這種高風險處境下,一方面組件尺寸仍在持續增長,另一方面,因光伏硅料價格持續居于高位導致光伏硅片的厚度也在持續減薄,光伏組件的安全可靠性受到了雙重威脅。

在建設以新能源為主體的新型電力系統背景下,光伏從業者更應理性、審慎的關注產品的質量安全與品質可靠。部分制造企業及下游非專業企業對超高功率、超大尺寸的非理性追捧,極易導致劣幣驅逐良幣的情況發生,組件可靠性水平的滑坡也將給新型電力系統的安全運行帶來無法估量的隱患。從電力系統穩定可靠的“剛性”需求來看,光伏行業應及時停止尺寸上的內卷,摒棄浮躁,回歸到產品效率提升的“真創新”上來。

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