储能技术在解决西北地区弃光问题中的应用分析

李菊+赵磊

摘 要：在国家和地方政策的鼓励下，我国光伏发电累计装机容量不断增加，光伏发电的不稳定性对电网的运行造成了一定的影响，导致西北地区出现了较大规模的“弃光”问题。要想提高输配电系统的可靠性和稳定性，改善电能质量，预防停电，储能是最佳的解决方案。

关键词：光伏发电；弃光；储能；装机容量

中图分类号：TM615 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.15.005

1 我国光伏发电行业的发展趋势

我国光伏发电行业经过十几年的发展，其应用从最初的以离网发电、户用系统为主，逐步发展为目前的以大型并网、分布式发电为主。为了鼓励可再生、清洁的光伏发电行业的发展，国家和地方先后出台了不同阶段、不同电站类型的电价补贴政策。

由表1可知，光伏发电装机容量逐年递增，增加的原因有以下2点：①2013年，国家出台了电价补贴政策，促进了装机容量的增长，光伏发电装机容量比2012年增长了8.2倍；②随着光伏行业的逐渐发展和成熟，发电成本的降低也促进了装机容量的增长。

2 我国光伏发电行业的发展现状

截至2015年底，我国光伏发电累计装机容量4.318×107 kW，成为全球光伏发电装机容量最大的国家。其中，光伏电站3.712×107 kW，分布式6.06×106 kW，年发电量3.92×1010 kW·h。

统计数据显示，2015年末中西部共同发展格局为：中东部地区有6个省累计装机容量超过1×106 kW，分别是江苏（4.22×106 kW）、河北（2.39×106 kW）、浙江（1.64×106 kW）、山东（1.33×106 kW）、安徽（1.21×106 kW）和山西（1.13×106 kW）。新疆（含兵团）、内蒙古和江苏居新增装机前三位，分别为2.10×106 kW、1.87×106 kW和1.65×106 kW。分布式光伏发电装机容量较大的地区有浙江（1.21×106 kW）、江苏（1.19×106 kW）和广东（5.7×105 kW）。

3 西北地区光伏发电行业发展遇到的瓶颈

目前，国内大多数地区光伏发电运行情况良好，全年平均利用小时数为1 133 h，其中，西北部分地区出现了较为严重的弃光现象，甘肃全年平均利用小时数为1 061 h，弃光率达31%；新疆全年平均利用小时数为1 042 h，弃光率达26%.

甘肃、新疆等西北地区弃光现象严重的原因有以下几点：①光伏发电的发电量本地无法消化。西北地区光伏电站大多是荒漠电站，地处偏远、人口比较稀疏的地区，当地没有大型、密集型的工厂，用电量比较少。而光伏发电的装机容量又在逐年递增，所以，新发出来的电本地无法全部消化。②输电网无法满足电量外送的需求。西北地区光伏电站比较集中，在当地无法消化的情况下，只能将余电外送。因为输电网能力有限，所以，无法满足日益增长的光伏发电量的运输需求。③部分西北地区光伏电站建设缺乏统筹规划，存在一定的无序现象。④光伏并网发电系统对电网的影响。光伏发电系统对电网的影响主要是光伏发电的不稳定性造成的，从电网安全、稳定、经济运行的角度分析，光伏并网发电系统对电网造成的影响主要有，使原有单项流动的电网支路线路潮流变成了无法预测的潮流；光伏发电系统在光照良好的情况下，短路电流增大，影响保护系统的正常工作；光伏发电系统自身输出的不稳定性要求电网系统必须增加相应容量的旋转备用，以保证系统的调峰、调频能力；天气变化对光伏发电系统发出功率的影响会引起电压的波动、闪变或频率波动，进而影响电能质量；光伏发电系统输出功率的不确定性也会影响电网的运行调动。

4 西北地区“弃光”问题的解决办法

西北地区的光照资源比较丰富，可使用的土地面积必较多。随着国家对西北地区电网等配套设施的建设和光伏发展规划的逐步完善，西北地区的光伏并网发电还是未来的发展重点。

解决光伏并网发电对电网的影响才是其发展的关键。目前，最好的解决办法就是在光伏并网发电系统中添加储能装置。

在光伏并网发电系统中，储能系统的作用主要有以下两个方面：①保证系统的稳定。在光伏电站系统中，光伏输出功率曲线与负荷曲线存在较大差异，而且均有不可预料的波动特性，通过储能系统的能量存储和缓冲，系统即使在负荷迅速波动的情况下仍然能够保证稳定的输出水平。②提高电力的品质和可靠性。储能系统还可以防止负载上的电压尖峰、电压下跌和其他外界干扰所引起的电网波动对系统造成大的影响。采用足够多的储能系统可以保证电力输出的品质和可靠性。

由此可见，储能系统对于光伏并网电站的稳定运行至关重要。储能系统不仅能保证系统运行的稳定性和可靠性，还能解决诸如电压脉冲、涌流、电压跌落和瞬时供电中断等动态电能质量问题。另外，储能系统在电站整体投资中占有相当大的比例，储能系统容量的合理选择和日常管理对系统的整体经济性也有举足轻重的影响，所以，必须对其进行深入的分析，合理决策。

5 储能技术的应用分析

储能技术主要分为物理储能、化学储能和电磁储能三大类。各种储能技术的特点如表2所示。

由表2中各种储能技术的特点可知，飞轮储能、超导电磁储能和超级电容器储能适用于需要提供短时较大的脉冲功率场合，比如应对电压暂降和瞬时停电，提高用户的用电质量，抑制电力系统低频振荡、提高系统稳定性等。而抽水储能、压缩空气储能和电化学电池储能适用于系统调峰、大型应急电源、可再生能源并入等大规模、大容量的场合。

6 结论

在水资源匮乏的西北地区，抽水储能比较难实现，而压缩空气储能国内现在的技术条件还没有达到大规模应用的程度，所以，目前能够解决西北地区“弃光”的主要途径是使用电化学电池储能方式。另外，压缩空气储能是出抽水储能外的另一种能实现大规模工业应用的储能方式，国家应该鼓励企业、科研院校研究和探索压缩空气在新能源领域的应用。

参考文献

[1]孙庆，何一.光伏电站储能系统配置研究[J].中国工程咨询，2011（9）：54-56.

[2]刘建涛，马建成，马杰，等.储能技术在光伏并网发电系统中的应用分析[J].电网与清洁能源，2011，27（7）：62-66.

[3]国家能源局.2015年光伏发电相关统计数据[EB/OL].[2016-02-05].http：//www.nea.gov.cn/2016-02/05/c_135076636.htm.

[4]国家能源局.2014年光伏发电统计信息[EB/OL].[2015-03-09].http：//www.nea.gov.cn/2015-03/09/c_134049519.htm.

〔编辑：白洁〕