光伏发电及调度运行的有关问题

1-1-光伏发电及调度运行的有关问题光伏发电发展趋势1234光伏发电原理及特性光伏发电对电网调度运行的影响光伏发电调度运行应对措施结束语54一切可再生能源和化石能源均来源于太阳能。我国太阳能资源非常丰富，理论储量达每年17,000亿吨标准煤。我国太阳能分布及含量光伏产业是全球能源科技和产业的重要发展方向，是具有巨大发展潜力的朝阳产业，也是我国具有国际竞争优势的战略性新兴产业。国内外光伏装机容量665708010014030083030007000010002000300040005000600070008000200420052006200720082009201020112012光伏发展迅速，截至2012年底，世界光伏装机101GW，我国7GW，占7%。2012年我国组件产量23GW，占世界总产量55%。04-10年均增长62%2011年以来增长更快年均增长47.08%世界光伏装机（MW)我国光伏装机（MW)燃煤电价上涨2%/年，光伏下降5%/年：中国在资源好的地区，光伏将在2023年在发电侧达到平价；年201320142015201620172018201920202021脱硫燃煤电价（元/kWh）0.420.440.450.470.490.510.530.550.57光伏标杆电价（元/kWh）1.000.950.900.860.810.770.740.700.66年202220232024202520262027202820292030脱硫燃煤电价（元/kWh）0.600.620.650.670.700.730.760.790.82光伏标杆电价（元/kWh）0.630.600.570.540.510.490.460.440.420.000.200.400.600.801.001.20201320142015201620172018201920202021202220232024202520262027202820292030公历年电价（元/kWh）脱硫燃煤电价（元/kWh）光伏标杆电价（元/kWh）中国光伏平价发展路线图（发电侧）用电电价上涨2%/年，光伏电价下降5%/年：中国在东部地区，光伏将分别在2016，2019和2023年在不同的用电侧达到平价；0.000.200.400.600.801.001.201.401.601.802.00201320142015201620172018201920202021202220232024202520262027202820292030公历年电价（元/kWh）工商业用电电价（元/kWh）大工业用电电价（元/kWh）低电价用户电价（元/kWh）分布式光伏电价（元/kWh）年201320142015201620172018201920202021工商业用电电价（元/kWh）0.950.991.031.071.111.161.201.251.30大工业用电电价（元/kWh）0.710.740.770.800.830.860.900.930.97低电价用户电价（元/kWh）0.520.540.560.580.610.630.660.680.71分布式光伏电价（元/kWh）1.201.141.081.030.980.930.880.840.80年202220232024202520262027202820292030工商业用电电价（元/kWh）1.351.411.461.521.581.651.711.781.85大工业用电电价（元/kWh）1.011.051.091.141.181.231.281.331.38低电价用户电价（元/kWh）0.740.770.800.830.870.900.940.971.01分布式光伏电价（元/kWh）0.760.720.680.650.620.590.560.530.50中国光伏平价发展路线图（用电侧）新能源发展远景规划目标2015年2020年2030年新能源发展风电1亿千瓦光伏1000万千瓦风电2亿千瓦光伏发电1亿千瓦风电3亿千瓦光伏发电2亿千瓦我国新能源发电接入的特点太阳能光伏发电接入电网呈现出大规模集中接入与分布式接入并举的特点。9光伏发电发展趋势1234光伏发电原理及特性光伏发电对电网调度运行的影响光伏发电调度运行应对措施结束语510反射30%散射吸收23%直射地面反射太阳能的辐射传输模型太阳常数：辐照度为1367W/m2衰减系数：（光学厚度）气体分子散射、气溶胶粒子散射、臭氧吸收、水汽吸收、气体分子吸收阳伞效应：云及不均匀水汽和气溶胶的反射效应,R,,O,v,pakkkkkk中国水平面太阳辐射分布图等级资源带号年总辐射量（MJ/m2）年总辐射量（kWh/m2）平均日辐射量（kWh/m2）最丰富带I≥6300≥1750≥4.8很丰富带II5040–63001400–17503.8–4.8较丰富带III3780–50401050–14002.9–3.8一般IV378010502.9SolarResourcesinChina:4classes光谱特征（大气的光学特性）热水器：300-3000nm单晶硅电池：400-1100nm太阳能利用方式选择波长/nm1.00.90.850070090011001300150017000.70.63000.50.40.30.20.10.0标准化光谱响应度地面太阳光谱标准大气条件下300-3000nm：1324.4W/m2400-1100nm：908.5W/m2两者相差：30%！050010001500200025003005007009001100130015001700190021002300250027002900能见度水汽太阳位置模型西东南太阳zPQSOsgP(北天极)QQ’O天赤道B太阳OP’赤道坐标地平坐标光伏发电的出力特性00:0006:0012:0018:0000:000501001502005月23日光伏电站出力（MW）00:0006:0012:0018:0000:00050100150光伏电站出力（MW）2008年3月4日050100150200光伏电站出力（MW）03/0103/0203/0303/0403/0503/0603/07晴天多云天连续一周光伏发电的波动性010020030040050060070080090010006:006:307:007:308:008:309:009:3010:0010:3011:0011:3012:0012:3013:0013:3014:0014:3015:0015:3016:0016:3017:0017:30辐照度实测曲线（多云天气）辐照度实测曲线（晴朗天气）光伏发电的波动性光伏发电的开关机时间西藏光伏发电开关机时间宁夏光伏发电开关机时间010020030068101214161820天时刻开机时刻关机时刻01/0104/0107/0110/016810121416182022日期时刻开关机时间全年光伏发电日最大出力西藏宁夏010020030050100150日光伏电站出力（MW）由于光伏板倾角为年最佳倾角，3月份日最大出力最高，6、7月份由于倾角关系以及阴雨天比较多，日最大出力受限，12月和1月日最大出力最低。01/0102/0103/0104/0105/0106/0107/0108/0109/0110/0111/0112/01160165170175180185190195日期光伏电站出力（MW)最大出力“光生伏打”效应光伏发电原理光伏发电原理光伏发电原理251954年美国贝尔实验室光伏发电原理光伏产业链及产业范围太阳级硅材料制造硅锭及硅片制造电池制造组件封装系统工程各环节专用材料制造光伏材料、器件、组件、系统的检测设备制造各环节专用设备的制造业光伏系统及系统平衡部件制造业光伏发电原理光伏发电原理光伏发电原理光伏发电原理31商品化的太阳能电池组件和效率32随着光伏电池温度的增加，开路电压减少，在20-100C范围，温度升高光伏电池的功率下降，典型功率温度系数为－0.35%/C，即太阳电池温度每升高1C，功率减少0.35%。光伏电池的温度特性33光伏电池的光电流与辐照度成正比，在辐照度由100W/m2-1000W/m2范围内，光电流始终随辐照度的增长而线性增长；辐照度对电压的影响很小，在温度固定的条件下，当辐照度在400W/m2-1000W/m2范围内变化，光伏电池的开路电压基本保持恒定。光伏电池的辐照度特性34理想等效电路实际等效电路光伏电池等效电路DD0=(exp)-1qUIIAkTLsLsDLphDph0shsh()[exp()1]qUIRUIRUIIIIIRAkTRDDscphDshsUUIIIRRscoc0ln(1)IAkTUqIDLsUUIRphIDIULRLIphIDIULRLIshRshIsRDU光伏系统的发电特性光-电转换方式为电池，无惯性直-交转换通过逆变器实现低电压/零电压穿越比风电更容易逆变器直流直流母线MPPT工作电压500-800V，采用1200V耐压的IGBT可以很容易实现1.2pu高电压穿越逆变器的有功/无功控制比风电容易电能质量问题大于风电光伏系统的发电特性—最大功率跟踪（MPPT）36光伏发电系统的暂态特性无低电压穿越能力•36电网电压跌落故障时的特性比较：有功功率无功功率有低电压穿越能力光伏电站常规电厂提供紧急无功支撑；光伏退出运行或无支撑能力。光伏发电系统的频率特性电网频率波动时的特性比较常规火电机组系统频率波动光伏电站常规电厂具备功-频响应特性；光伏电站无惯量，出力无变化。38光伏发电特性小结光伏发电的特性是由资源的特性和发电设备的特性决定的。•资源的特性规律性间歇性波动性•发电设备的特性谐波抗扰动能力差无惯性控制特性好于风电39光伏发电特性小结•关键指标每万千瓦占地350-400亩（组件效率16-18%固定倾角）每平方公里可安装光伏容量4万千瓦（风电0.6万千瓦）每千瓦光伏电池用硅量7-9公斤生产每公斤硅料用电100-400千瓦时生产每千瓦光伏电池用电1000-4000千瓦时光伏发电系统综合效率75-80%青藏高原光伏发电年利用小时数超过1900光伏发电系统寿命20年（电池效率衰减至80%）光伏发电发展趋势1234光伏发电特性光伏发电对电网调度运行的影响光伏发电调度运行应对措施结束语540200MW光伏对调峰的影响4110/2010/2110/2210/2310/2410/2510/2610/27010002000300040005000600070008000日期功率(MW)光伏电站出力负荷等效负荷对电网调峰的影响3200MW光伏对调峰的影响4210/2010/2110/2210/2310/2410/2510/2610/270200040006000800010000120001400016000日期功率(MW)光伏电站出力负荷等效负荷123对电网调峰的影响01002003002004006008001000120014001600时间（日）峰谷差（MW）原负荷等效负荷-200-1000100200050100150200250峰谷差变化（MW）次数0100200300510152025时间（日）峰谷差率（%）原负荷等效负荷-3-2-10123050100150200250峰谷差率变化（%）次数峰谷差、峰谷差率变化及其分布光伏安装200MWp时，穿透功率约为2.5％光伏穿透功率很小，光伏电站的接入对等效负荷峰谷差和峰谷差率影响不大。43对电网调峰的影响0100200300010002000300040005000时间（日）峰谷差（MW）原负荷等效负荷05001000150020002500300001020304050607080峰谷差变化（MW）次数01002003005101520253035时间（日）峰谷差率（%）原负荷等效负荷0510152002