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欧洲分布式光伏发电案例见闻
发表于:2013-06-25 11:29:18
来源:索比太阳能光伏网
2012年8月,笔者探访在瑞士苏黎世联邦工学院(ETH)学习的儿子期间,顺便去了意大利、德国、奥地利等国。阿尔卑斯山南北,那蓝天白云映衬着的湖光山色,美丽恬静的田园景象,让人留连忘返,然而对于从事配电技术科研工作的笔者而言,印象最深刻的还是那随处可见的、建在一家一户屋顶上的光伏电池板。

        一道独特的风景线

        到达苏黎世后休息了几天,便驾车到意大利米兰的ISA公司进行访问。该公司是一个有近80年历史的继电保护测试仪等变电站仪表的制造商。车子进入意大利后,便发现屋顶上的光伏电池板多了起来,一块块蓝色的光伏电池板铺在漂亮的洋房上,在明媚阳光下闪闪发光,形成了一道独特的风景线。由于当时急于赶路,没来得及仔细看。在回程的路上,我们在意瑞边镜卢加诺湖畔一个叫做Marchirolo的小镇上停车,拍了几处屋顶光伏系统的照片。

        8月中旬,乘火车去奥地利沙尔斯堡、维也纳。火车在阿尔卑斯山中穿行,远处的山峰云雾缭绕、若隐若现,一座座掩映在绿树红花丛中的小村落从车窗中疾驰而过,而在村落中那错落有致的房屋顶上,不时地发现一些吸引人的光伏电池板。我举起照相机不时地拍照、录像,真是大饱了眼福。

        从奥地利回来后的一个周末,又去了毗邻瑞士的德国历史名城康斯坦茨。由于德国的物价要比瑞士低30%以上,所以不少瑞士人都到德国来采购、吃饭。到了康斯坦茨的一个最大的超市Kuanfland,从超市二层的窗户望去,惊奇地发现周围的建筑物顶上几乎都安装了光伏电池板。趁夫人与儿子购物的空,我赶忙下楼,出去拍了些照片。超市的周围大多是工厂、商店,也有些民居。在超市周围大约500米的范围内转了转,找到了20多处屋顶光伏装置,大的一处有五六百块电池板,面积500多平米,发电功率大约是50kW;最小的也就几十个电池板,功率就一二个kW。大致数了数,这里近30%的建筑物上都装有光伏电池板。早就知道德国光伏发电发展很快,但这次在康斯坦茨的所见,更是让人觉得德国在光伏发电方面确实名不虚传。

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        图1 意大利Marchirolo镇屋顶光伏系统                  图2 德国坎斯坦茨厂房顶光伏系统

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          图3 德国坎斯坦茨居民屋顶光伏系统              图4 苏黎世至沙尔斯堡铁路旁屋顶光伏系统


        有源配电网已成为现实

        长期以来,电力系统中的配电网,特别是中低压配电网,是一个从输电网接受电力向用户分配,功率单向流动的无源网络。而智能电网的提出,为我们描绘了一个面貌迥异的配电网,那就是一个分布式电源高度渗透、功率双向流动的有源网络。曾几何时,业界对此还有很大的争议,不少人认为分布式电源难当大任,难以想象一家一户都有分布式电源接入。面对国内目前电力系统仍然是大机组、大电网主导,而分布式电源应用还面临许多成本与技术上障碍的现实,即便认可这一发展方向的人,也觉得有源配电网是很遥远的未来,甚至只是一个美丽的梦想。而欧洲的实践,特别是德国分布式光伏发展的现实,令人鼓舞。有源配电网其实在国际上已经出现,离我们也不远了!

        截止到2011年底,德国光伏装机容量达到24.8GW,意大利12GW,奥地利170MW。到2012年8月底,德国的光伏装机容量超过了30GW,其中80%的容量从低压电网接入的;2010年新增光伏装机容量13.4GW,其中81%的是容量不超过1MW的系统,58%的是容量不超过100kW的屋顶分布式光伏系统(图5)。欧洲能源交易公司(European Energy Exchange,EEX)调查结果显示[① http://www.sma.de/en/company/pv-electricity-produced-in-germany.html]①,2012年5月25日中午,德国全国光伏发电功率达到21GW,约占当时全国负荷功率的40%,当日的光伏发电量达2240万kWh,满足了电力总需求量的30%,相当于20座大型传统火力发电厂或核电站的发电量。再考虑到分布式风电、生物质发电的贡献,德国已经出现了发电功率中来自分布式电源的已超过一半的情况。除就地用电外,德国光伏系统大部分都有剩余的电力需要外送,其配电网已经成为一个名符其实的功率双向流动的有源网络。

        技术标准是保障

        现有配电网并没有考虑分布式电源的接入,像光伏发电这样的分布式电源的接入,将会给其运行管理与电能质量带来一系列问题。为此,欧盟以及欧洲各国制定了一系列技术标准与规范,明确分布式电源并网的技术要求,为光伏系统并网提供了法律和技术上的保障。

        20世纪90年代初,由于当时分布式电源较少,国际上对分布式电源并网采取了“即接即忘(Fit and forget)”的做法,即将分布式电源看作“负功率”负荷而忽略其影响,或者说不用对现有配电网网架、保护控制手段以及运行管理方式进行调整和改造。“即接即忘”的前提是严格控制分布式电源的接入容量,使其不对现有配电网产生实质性的影响,例如,美国电网企业曾要求一条馈线上接入的分布式电源的容量不大于其最小负荷功率的10%。

        进入21世纪,分布式电源迅速发展,大量的分布式电源需要并网,“即接即忘”的原则已不能适应这种情况,因而一些先进国家转而制定了更为积极的技术标准,以提高分布式电源的渗透率。德国电力协会(VDEW)分别于1998年与2001年颁布了分布式电源接入中压与低压配电网的技术导则,对分布式电源对电能质量的影响及其保护措施提出了要求,但没有对分布式电源的容量做出硬性限制。这就意味着在保证配电网安全(不超载、短路容量不超标)与电能质量合格的前提下,可最大程度地接纳分布式电源。德国低压配电线路实际接入的分布式电源总容量有的已接近其设计的额定容量。一些电网企业采取了更换一次设备、安装短路电流限制器与应用电能质量控制装置等技术措施,来提高配电网接纳分布式电源电力的能力。

        随着光伏发电的发展,配电网分布式电源的渗透率已经达到很高的水平,德国一些地区配电网的光伏装机容量已超过其平均负荷功率,有的甚至达到3倍以上。分布式电源高度渗透,给配电网的运行管理提出了新的挑战。德国配电网在中午光伏发电的高峰时段,出现了阻塞现象;当电网频率与电压发生变化时,反孤岛保护动作,大量的光伏系统脱网,也给电力系统的稳定运行带来严重影响。为此,欧盟及欧洲各国纷纷开展了有源配电网技术的研究,应用通信与智能控制技术,采取更加积极主动的控制与保护措施,确保配电网安全稳定运行,进一步提高其接纳分布式电源电力的能力。2008年,德国电力协会对分布式电源并网技术导则进行了修订,要求并入中压配电网的分布式电源能够进行有功与无功调整并具有低电压穿越能力。对并入低压配电网的光伏系统也将提出类似的要求,有关标准也在制定过程中。
 
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