能源互联网下的智慧型光伏电站解决方案

能源互联网下的智慧型光伏电站解决方案,2015.12.2,张显立,,,,能源互联网下光伏机遇与挑战,智慧型光伏电站解决方案,储能助力能源互联与价值提升,1,2,3,Contents,目 录,01,PART,能源互联网下光伏机遇与挑战,什么是能源互联网,能源互联网的定义：以特高压电网为骨干网架（通道），以输送清洁能源为主导，全球互联泛在的坚强智能电网。 能源互联网可理解是综合运用先进的电力电子技术, 信息技术和智能管理技术, 将大量由分布式能量采集装置, 分布式能量储存装置和各种类型负载构成的新型电力网络、石油网络、天然气网络等能源节点互联起来, 以实现能量双向流动的能量对等交换与共享网络,能源互联网核心技术,,电源技术,电网技术,储能技术,信息技术,清洁能源替代化石能源 太阳能发电 风力发电 水电、核电等 电能替代化石能源直接消费 以电代煤 以电代油 ……,中国光伏产业发展前景,数据来源：IHS 2015,,,,,,,2014,2015,2019,2020,30 GW,48 GW,120 GW,150 GW,到2020年，光伏装机容量将达到150GW，平均每年以20GW的装机容量递增，约40%为分布式，60%为 大型地面电站。到2030年，装机达到400GW，年平均装机25GW.,光伏并网发电系统特点,发电特点,间歇性、随机性、周期性,日变化,瞬时云层遮挡,周期性变化,通过电力电子设备并网，无旋转部件，无惯性,集中式与分布式共同发展,,,光伏系统渗透率的不断提高，给电网安全运行带来了威胁,,调频问题：发电机脱网时一次二次三次频率控制依次动作及其对系统频率的影响,调峰问题：新能源渗透率加大后对电力系统调峰将产生巨大影响,光伏发电渗透率的定义：渗透率（%）=光伏系统交流输出容量/峰值负荷； 渗透率的经验值：当光伏发电渗透率较高时，电网常出现电压升高、由云层变化引起的引起的电压调节问题、由低电压和频率波动引起的大范围脱网等问题。光伏发电最高渗透率建议不超过25%-50%，再高会出现电压调节问题,,电网末端稳定性差，接纳能力有限制约光伏发展,部分区域末端弱电网，光伏并网后系统运行不稳定,负荷区远离发电区，电网的接纳能力有限，严重限电困扰光伏产业健康发展,部分区域处于电网末端，电网电压波动剧烈,情况严重时，出现振荡，继电保护动作,新电改引入竞争机制进行利益再分配,机遇挑战共存,,上网电价统一制定,销售电价统一制定,购电价格市场竞争,售电价格市场竞争,电力过路费统一制定,,,,,,新电改的核心是把电网通过对买卖电力的垄断利益，通过市场竞争分配到发电企业、售电业务、以及用户端,光伏电站标杆上网电价的下调将严重影响投资收益,《国家发展改革委关于完善陆上风电光伏发电上网标杆电价政策的通知》讨论稿，计划于2016年1月1日后执行,实施光伏“领跑者”计划，促进光伏技术不断进步,,具备零点压穿越功能，具备保护逆变器自身不受损害的功能； 逆变器最高转化效率不低于99% 逆变器中国效率不低于98.2%； 逆变器最高输入电压不低于1000V.,多晶硅组件效率16.5%,单晶硅组件效率分别17%； 高倍聚光组件转换效率30% 硅基、铜铟镓硒、碲化镉及其他薄膜电池组件的转换效率分别达到12%、13%、13%和12%以上,系统效率PR大于81%； 每MW首年发电量不低于150万KW 系统的成本进一步降低；,,,组件,逆变器,系统,国内光伏行业技术水平尚存较大提升空间,02,PART,智慧型光伏电站解决方案挑战,实现平价上网是光伏发电融入能源互联的基础,光伏系统需要立足自身技术创新，不断提高PR，降低LCOE,,,,,领跑者计划 电价下调,技术创新 系统级优化,LCOE 电网接入友好,平价上网 能源互联,1. 手段,2. 实现方法,3. 关键指标,4. 目标,,,,,,,,,理念：,因地制宜 科学设计,特点：,高效、安全、智能、友好,,,,,,高效能 安全可靠 智能化 功能丰富,系统简洁 场景适应性强 多重保护机制 多系统融合,设备选型 电缆匹配设计 非固定间距设计 阴影分析 ……,严防组件混用 按图施工，控 制误差 施工流程化 ……,iSolarCloud+光伏 资产透明管理 自动化运维 智能化诊断 辅助决策,,目标,,更高PR 更低LCOE 更友好的互联,智慧型光伏电站解决方案总体思路,高效、高可靠性组件,抗PID功能的双玻组件,SunPower预定2016年在日本销售 的X系列光伏组件,1500V组件,设备,设计,施工,管理,系统,智能组件：实时监控每一块组件,功能：基于IEC61850标准协议，实时检测每块组件的电压、温度等数据，并具备组件控制功能 价值：通过监控的数据，即可分析出每个组件的健康度，通过关断功能，保证系统安全,案例：国内首个从单个光伏组件到逆变器的全站式IEC61850监控平台的数字化电站,设备,设计,施工,管理,系统,设备,设计,施工,管理,系统,逆变器作为光伏系统的桥梁，成本占比低但至关重要,,光伏系统能发多少电，逆变器起决定作用，逆变器对光伏系统PR、LCOE影响大； 作为与电网之间的接口，光伏系统如何更好的与电网融合，取决于逆变器性能,40KW组串式，中国效率98.45%，重量39kg，业内最高水平,设备,设计,施工,管理,系统,逆变器的智能化水平不断提高,,功率模块 电容 电抗 风扇 断路器 温度 电压 电流 功率 ……,,,数 据 分 析 处 理,数 据 深 度 挖 掘,,故障发生前,,,,,,异常数据？分级报警,健康度诊断？,,预防性措施,,优化性措施,,故障发生后,,故障录波,,精确定位,,故障推送,,统计分析,,,,归类比较,,优化模型,设备,设计,施工,管理,系统,箱式逆变房成为大型电站首选,设备,设计,施工,管理,系统,土建房,箱式逆变房,,,外置触摸屏，操作方便,全开门设计，维护方便,模组化设计，30分钟更换,标准10尺集装箱 最高效率99% 含4个独立的630KW模组 交流输出直接并联，无需分裂变压器,SG2500,我国西部某电站2MW逆变房,,国外主流厂家2MW以上逆变器产品,10尺,2.5MW方案，节省成本0.1元/W,设备,设计,施工,管理,系统,23,,逆变器 转换效率,,重要等级：,,,动态MPPT效率,,重要等级：,,,可用率,,重要等级：,,,真实寿命率,,重要等级：,,,,,,,,,逆变器 真实使用效率,,最大效率 中国效率 欧洲效率,,,,电站光照条件、电 压、温度动态变化 ，动态跟踪效率至 关重要,产品的故障率 、 可靠性 运维速度、服务 响应速度,产品的设计、可靠 性、温升 公司的服务体系 公司的“基因”,,100MW电站，一年发电损失966万，25年全生命周期发电损失超过2.4亿，是逆变器价格的8倍↑，如果逆变器差价3分/W，则边际收益率8000%。,“西北某电站，使用不同品牌的逆变器，年发电量相差6%”,*,*,*,设备,设计,施工,管理,系统,真实使用效率是逆变器最关键指标,不安全的系统一切都是空谈,火灾：屋顶电站和山丘电站的天敌,高海拔、烟雾环境，高温下需要良好的散热能力,实时绝缘监测，确保人生安全,电压波动、谐波变大影响用电安全,设备,设计,施工,管理,系统,电网接入友好，智能调度接口,,,,,LVRT,HVRT,国标要求,低电压、零电压、高电压等电网故障穿越能力强，降低并网风险； 夜间具备SVG功能，可以实现光伏电站无需配置SVG 智能有功无功调节功能，帮助改善线路电能质量；,大型电站，充分挖掘利用逆变器的SVG功能是应用趋势，降低系统投资,设备,设计,施工,管理,系统,充分挖掘逆变器的内在SVG功能，减少系统初始投资,无功从感性200kVar→0，响应时间23.9ms,无功从容性221kVar→0，响应时间26.6ms,满足电网30ms快速无功调度响应要求，具备替代SVG的能力 逆变器功率因数-0.9-+0.9之间连续可调，输出500KW有功时可同时发242kVar无功,分布式项目无功控制方案,设备,设计,施工,管理,系统,基于IEC61850协议的全站式监控调度,IEC61850是电力系统自动化领域唯一的全球通用标准，是光伏融入全球能源互联网络必须遵循的通信协议,设备,设计,施工,管理,系统,,,,,,,Max.1500VDC,540VAC,组件串联增多，可用 较细线缆电压升高， 损耗降低,系统损耗降低，效率提升,组件串联增多，电压升高，减少汇流箱和逆变器数量,,,,安装维护工作量减少，降低施工成本和运维成本,,,,,,,相同容量电站并网点减少，减少高压线缆用量，减少变压器数量和成本。,,相比1000V系统, 除组件外节省0.2元/W投资， 100MW电站可节约投资2000万 相比1000V系统，系统损耗可降低0.27%。,设备,设计,施工,管理,系统,1500V系统是大型电站的发展趋势,预留与储能系统的接口,,,,,,,储能单元,平稳输出,PV,ESS,,,光伏系统,,光储一体化：海岛等无电区应用,电力调频调压应用,户用光储系统,可再生能源平滑输出,设备,设计,施工,管理,系统,,安装场景 （朝向、遮挡）,综合投资,发电量,集中式逆变器,微型逆变器和功率优化器,组串式逆变器,,电网接入,系统维护,系统容量,LCOE,逆变器选型坚持“因地制宜，科学设计”的原则,设备,设计,施工,管理,系统,大型地面电站 电网友好性 防风沙能力 设备数量,不同电站关注点不同，需要有针对性的进行设计,,渔光互补 安装维护便利性， PID防护问题； 电气设备的防护能力,设备,设计,施工,管理,系统,屋顶电站 朝向和遮挡 高温下设备散热能力 安装维护便利性,复杂山丘 朝向和遮挡 安装维护便利性 火灾风险,超配设计，提高系统利用率，降低LCOE,光伏系统容量以并网点交流功率定义更合理； 组件与逆变器容量比：过去：1.0：1.0，现在：1.2-1.6：1.0； 考虑到系统损耗，不同区域光照条件差异，需要根据实际安装条件，配置不同的容量比；,最佳配置点，LCOE降低约6%（10MW）,设备,设计,施工,管理,系统,智能化设计流程，准确高效,设备,设计,施工,管理,系统,精细化施工，严格的监管流程,设备,设计,施工,管理,系统,,不规范操作,不规范操作,组件乱置,二次运输不 规范,精细化施工，严格的监管流程,设备,设计,施工,管理,系统,插头虚接,接线未紧固,支架底座缺陷,螺丝未紧固,极性反接,接线松动,智能管理系统：iSolarCloud智慧光伏云,联手阿里云，推出集团级光伏电站管理系统，实现电站智能智能化运维、运营管理,安全性,阿里云为目前最领先的云平台，广泛应用于银行、交通、医疗等多个领域,,兼容性,兼容多个厂家的汇流箱、逆变器、测控设备，多个成功接入案例,,扩展性,可根据电站容量增加、数据分析变化动态调整云空间，减少成本,,易用性,支持分层，分区管理，傻瓜式所见即所得操作，高效管理多个电站,,设备,设计,施工,管理,系统,智慧型光伏电站解决方案用户价值,100MW电站可产生约8500万元的价值提升，系统LCOE可降低约0.08元/kWh,03,PART,储能助力能源互联与价值提升 战,,,,,,,平稳输出,PV,ESS,,,光伏系统,,,光伏+储能：解决弃光，平滑输出,,,,“削峰填谷”，减少限发,抑制波动，改善并网特性,提高整体收益,储能单元,响应更快： 当光伏、风电等新能源出现功率波动时，储能系统可以在几毫秒内快速响应，而传统的备用机组的响应时间一般为几分钟； 成本更低 与一些燃气调峰机组相比，储能系统的平均发电成本更低； 提高收益 根据分时电价，进行价格套利,光伏+储能：调峰+价格套利，快速响应，提高收益,通过储能，有效解决光伏发电渗透率不断提高后，原有备用机组响应速度问题和成本问题,,,光伏+储能：增强系统调频能力，提高稳定性,储能调频系统与电力发电机组协调工作，快速、准确响应AGC二次调频指令,在频率出现偏差时连续提供一次调频，在30秒内启用。快速平稳的到最大功率,大电网,微电网,用户侧管理系统，与大电网的灵活互动；,,“应急供电”,可并网运行，也可以离网运行的区域配电网；,光伏+储能：构建智慧微网系统,微电网可以并网运行，也可孤岛运行，提高供电灵活性与可靠性,,光储微网系统,使用柴油发电,,岛屿或偏远无电地区,,,在岛屿或偏远地区柴油发电成本高 供电稳定性差 环境污染严重，噪声大,光伏+储能：为偏远无电区提供清洁能源，让光明更多一些,,光伏+储能：提高供电稳定性，提高收益,SH5K,国外应用研究表明：家庭用户安装光伏+储能后，临界重要负荷中断的平均持续时间（SAIDI）、平均每位 用户的中断次数(SAIFI)、未供电的重要负荷量（UCL）三项指标获得很大改进，如果每家安装储能电池容 量超过5kwh，三项指标几乎为0.,SC30/50,SC100,SC500TL,,,SC250,,SC1000TL,SH5K,阳光电源储能系统解决方案,能量管理系统,一体化解决方案，含电池，逆变器、MEMS等核心部件,小结,能源互联是大势所趋，光伏发电作为资源最丰富的新能源，必将广泛应用； 实现平价上网是能源互联的基础，光伏系统必须依靠自身技术创新和进步，关注各个环节，不断提升系统效率，降低系统LCOE； 作为能源互联系统的关键技术，储能系统必不可少，为不同电源之间的柔性连接提供了保障，同时对于能源安全起着十分重要的作用。随着技术不断进步和成本不断降低，储能技术必将广泛的应用。,,Thanks for your attention!,期待与您共赢新能源的未来,