一般而言,传统光储电站采用的技术是“被动”的,即电站建设完成就几乎处于相对静止状态。新一代光储电站系统,采用的是光伏跟踪系统,其改变了传统光储电站只能被动、固定接收光的模式,通过跟踪支架驱动光伏组件,实现了主动“追着”太阳跑,以获取最大的发电量。
3月10日,天合光能股份有限公司(以下简称天合光能)再次加码储能赛道,其旗下控股子公司江苏天合储能有限公司拟进行增资扩股,各方合计增资4亿元。就在不久前,天合光能基于当前储能系统的发展趋势,推出了其新一代光储电站系统。据悉,新一代光储电站系统,在利用太阳能方面,能够实现由“被动”变“主动”。
天合光能的频繁布局,也反映出当前大力发展的新能源产业,储能似乎成为了一道“必答题”。据统计,自2021年开始,国内已有23份省级政策文件,对风光电站的储能技术等提出了具体指标。新一代光储电站或许就是考题的答案。
那么,为何要研制新一代光储电站?新一代光储电站和以往的光储电站有何不同?其又是如何将对太阳能的利用由“被动”变为“主动”的?3月12日,记者带着上述问题采访了业内相关专家。
光伏和储能是一对“好朋友”
近年来,随着世界经济的快速发展,能源消耗急剧增长,传统不可再生能源储量迅速降低,生态环境进一步遭到破坏,人们对可再生能源的需求越来越强烈。因此,包括光伏在内的清洁、可再生能源逐渐受到各国青睐。
2022年,我国光伏新增装机87.41吉瓦,同比增长59.3%。预测到2050年,我国年总装机容量中,将有70%来自太阳能和风能发电。因此,如何利用新型储能技术,提高新能源的利用效率,成为未来新能源产业发展的重中之重。
江苏理工学院电气信息工程学院副院长俞洋介绍,在“双碳”目标的引领下,我国相继出台了《关于加快推动新型储能发展的指导意见》《“十四五”新型储能发展实施方案》等一系列政策。2022年12月,国家能源局印发《光伏电站开发建设管理办法》,规范了光伏电站的开发建设秩序,充分调动各方积极性,进一步推动我国光伏电站行业的健康有序发展。
但光伏容易受到光照条件等因素的影响,利用光伏发电,波动性、随机性较大,增加了电网系统管控的难度。因此,储能技术逐渐成为解决光伏发电波动性的重要手段,能够有效实现“光储一体化”的光储电站由此而生。
可以说,光伏和储能是一对天然的“好朋友”。
江苏理工学院副教授倪福银也表示,光储一体化已成光伏新能源项目建设的基本趋势。目前,我国光储电站的建设进入高速发展期,光伏+储能“双轮驱动”的新型绿色电力模式可以有效解决光伏输出功率波动问题,实现电力在发电侧、电网侧以及用户侧的稳定运行。
主动“跟踪”太阳增加发电量
一般而言,传统光储电站采用的技术是“被动”的,即电站建设完成就几乎处于相对静止状态,光伏发电的曲线也被动地随着太阳能资源的波动呈正态分布。而新一代光储电站系统,采用的是光伏跟踪系统,其改变了传统光储电站只能被动、固定接收光的模式,通过跟踪支架驱动光伏组件,实现了主动“追着”太阳跑,以获取最大的发电量。
“光伏跟踪系统,顾名思义,就是可以自动跟踪太阳并提高总体发电量的光伏系统。”常州工学院博士生王书博表示,光伏跟踪系统可以实时跟踪太阳运动,并通过机械、电气、电子电路及程序等手段,调整光伏组件平面的空间角度,让太阳光直接照射光伏阵列,以此增加光伏阵列接收到的太阳辐射量,提高太阳光伏发电系统的总体发电量。
除了提高发电量外,光伏跟踪系统还有许多其他优势。比如利用光伏跟踪系统,太阳能板可以随时调整角度,使光储电站不容易受到灾害天气的影响;另外,安装了光伏跟踪系统的光储电站,还能与当地农业生产紧密结合,在山地、池塘、荒地等特殊环境下灵活运转,相较于传统光储电站更具优势;光伏跟踪系统还可以安装在农光、渔光互补系统中,达成农业、鱼塘与光伏的互补,在土地资源有限的情况下,做到真正实现收益最大化。
在俞洋看来,光伏跟踪系统的出现结束了光伏系统发电的被动性。相较采用普通固定支架的光储电站,新一代光储电站能够有效地提升电力系统发电量15%—20%,同时使得光伏发电全天曲线更加平滑,降低用电成本,带来更高收益。
当然,新一代光储电站不是只有“跟踪”这一项本领。
新一代光储电站采用的是集成式智能技术,可以自动检测和优化电力系统的运转状况,根据不同的客户需求,采用不同的调度策略,不断优化电力的调度和分配,从而提高能源的利用效率。
此外,在能源预测与调度上,新一代光储电站还能够通过捕获太阳能的实时数据,判断当日天气情况,根据当日天气的阴晴以及太阳光照时间的多少作出相应的调度,从而提高太阳能利用的主动性。
可广泛应用以确保供电安全
新一代光储电站不仅提高了组件功率,还为组件的优化设计提供了更多的可能性,在降低项目初始投资的同时,可以广泛适用于多元化的应用场景。
在常州工学院技术转移有限公司博士后创新实践基地办公室主任、江苏省退役光伏组件资源化利用工程技术研究中心主任陈小卉看来,针对当前快速发展的新能源汽车领域,新一代光储电站可助力城市快速充电基础设施建设,在充电高峰期通过储能和市电一起为新能源汽车充电站供电,解决部分新能源汽车充电站电容量不足的问题,满足高峰期用电需求,既实现了削峰填谷,又节省了配电增容费用,还增加了新能源的消纳,弥补了太阳能发电不连续的不足。
陈小卉还建议,可以将新一代光储电站布局到用电需求量较大的工业园区中,确保园区用电峰期的电网供电安全,消除断电风险。
此外,俞洋提出,新一代光储电站要想规模化建设,应制定相应的标准体系,打造“源网荷储一体化应用核心区”“光伏+储能应用拓展带”“新型储能综合应用示范区”等,充分发挥储能资源在新型电力系统中的平衡作用。
随着新一代光储电站的发展,中国的可再生能源利用率将会持续提高,绿色可再生能源产业也会得到更大发展,更好地满足我国各地不同用电方式、不同电能负荷变化的需求,实现高效可靠的电力供应以及节能减排的巨大社会效益,为我国绿色能源发展奠定良好基础。
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光伏跟踪系统的分类
近几年,随着数字化、人工智能技术的应用,光伏跟踪系统逐渐成为全球光伏电站建设的普遍选择。
光伏跟踪系统主要分为双轴跟踪系统和单轴跟踪系统两大类,其中单轴跟踪系统又可分为水平单轴跟踪系统、斜单轴跟踪系统以及垂直单轴跟踪系统。
双轴跟踪系统可以实现在两个方向上旋转的自由度,无论太阳处于任何高度角和方位角,它都可以进行跟踪,使得辐射接收面始终垂直于太阳的入射方向,即在跟踪范围内太阳的入射角始终为零,最大化地利用太阳能资源。
双轴跟踪系统虽然接收的太阳辐射量最多,但由于其结构复杂、成本较高、故障率高等问题,限制了其应用范围。单轴跟踪系统只在一个方向上有旋转自由度,结构相对简单,因而不能保证辐射接收面在任何时候都垂直于太阳的入射方向,只能是尽量地减小太阳的入射角,提高辐射接收量。但由于单轴跟踪系统相对于双轴跟踪系统,在太阳辐射接收量和成本等方面取得了相对较好的平衡,因此近年来的发展也更为迅速。