随着可持续发展理念的不断深入以及电力行业的不断发展, 清洁能源发电占比将会越来越重, 成为一种重要的发电模式。分布式光伏具有传输损耗小, 可就地消纳, 环境污染小等优势, 近年来, 越来越受到发电企业的青睐。高海拔地区丰富的太阳能资源为分布式光伏发展提供了良好的基础条件, 随着光伏发电技术突飞猛进的发展, 青海已经在多地布局分布式光伏。为了响应国家光伏扶贫政策, 青海实行电价补贴, 大型光伏项目生产的电能不仅能够自行利用, 富余的电量还可以输送上网。因此, “自发自用、余量上网”模式取得了较好的社会效益和经济效益。

1.   地理特性

分布式光伏需要根据土地利用性质和利用面积, 以及用户用电需求, 灵活合理地在高海拔地区采用分布式电站和屋顶光伏两种建设型式, 而且可以充分利用高海拔地区光照强度大的特性, 提高光能利用效率, 进而推广清分布式光伏建设。

从高海拔地区站址选择区域进行分析, 以海拔高度2200 m的西宁地区为例, 通过统计, 全年总辐射量可达5500~5800 MJ/m², 明显高于西北海拔较低的陕西西安地区4000~4500 MJ/m²。与市区相比, 西宁农村地区太阳辐射更强, 光照时间更长, 地域更辽阔, 空地更容易获得, 使其成为更适合建设分布式光伏电站的地方, 如表 1所示。

表  1  西宁市县(区)年均总辐射量统计表

县（区）	2000-2020年平均 总辐射量/MJ·m-2	框算年均利用 小时数/h
西宁市区	5561.45	1279
湟源县	5730.80	1318
湟中区	5739.90	1320
大通县	5684.60	1307

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2.   建设范例

在青海农村地区, 由于未利用土地面积广阔, 因此布局选址建设光伏电站相对容易。例如青海循化“十三五”14.3 MW村级光伏扶贫电站, 位于循化县农村地区, 总占地面积约0.33 km², 采用分块发电集中并网的模式, 电站由10个子方阵组成, 通过35 kV线路上网。光伏电站于2019年并网发电, 年发电量2073.5万kWh, 上网电价为0.75元/kWh, 每年售电收益约1555万元。按照国家出台的《村级光伏电站收益分配管理办法》, 青海省制定了村级光伏扶贫电站收益分配指导意见, 确定了村级电站资产全部归贫困村, 村级电站发电收益全部归贫困村。青海循化光伏扶贫电站收益除去运维费用外, 每年可帮扶约50个贫困村, 每个贫困村提供约30万元帮扶资金。

在西宁市区, 土地利用效率高, 地块性质相对复杂, 于是许多大型企业采用分布式屋顶光伏的发电模式, 既合理利用率了屋顶的闲置区域, 又增加了发电收益。例如西宁市城东区黄河水电光伏产业创新中心科技大楼, 建筑面积约14178.47 m²。在大楼屋顶布置单晶硅组件432块, 装机规模125.28 kWp; 布置钢化夹胶玻璃组件1080块, 装机规模为242.9 kWp。屋顶光伏于2020年通过10 kV线路上网, 消纳方式为“自发自用、余量上网”, 年发电量可达9000 kWh, 如图 1所示。

图  1  屋顶光伏示意图

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3.   发电优势

分布式光伏具备特有的发电优势, 使其在高海拔地区应用越来越广泛。

3.1   传输损耗低

分布式光伏建设通常选择靠近用户的位置, 方便生产的电能就近消纳, 减少传输距离, 降低电能在传输过程中的损耗, 增加用户的收益。

例如在西宁市区建设一处0.3 MW屋顶光伏, 接入10 kV线路上网, 按照平均线损率5.98%进行计算, 一年可减少负荷损失约450 kWh。在农村地区, 输电线路更长, 线损更大, 光伏电站可以选择就近入网, 输电距离通常小于10 km, 损失的负荷相比于常规电站大大降低。

3.2   并网方式灵活

分布式光伏通常在不同容量接入时需要匹配与之相对应的电压等级。结合青海配电网现有电压等级的实际状况, 依据光伏装机容量的大小、建设地点与接入点距离, 择优选择接入0.38、10、35 kV电压等级系统。

通常情况下, 单体光伏发电容量较小, 接入0.38 kV电网, 容量较大则接入10 kV及以上电网。如果就近线路没有适合的电压等级, 可考虑安装升压或者降压装置, 并网发电。

3.3   建设运维方便

市区及工业园区屋顶光伏通常采用铁锂电池储能形式, 光伏组件为单晶硅或者多晶硅, 逆变器为集中式, 支架固定式安装, 由专业人员负责收集整理技术数据, 进行设备监控。如果因为天气等原因发生故障, 运维人员能够及时发现故障设备并及时更换, 实现精准运维。

在农村地区的光伏电站, 配套相应的继电保护及自动装置。无论何种原因导致系统设备发生故障时, 装置能够将故障点阻断隔离, 使故障不能扩散蔓延。由于输电线路较短, 大大降低了线路故障风险。

3.4   有利于环境保护

高海拔地区光伏产业组件主要材料为单晶硅、多晶硅、非晶薄膜等, 生产过程不会产生大量的工业废料和有害气体, 从生产源头上减少了工业污染。

青海省坐拥东川工业园、甘河工业园区等高科技产业园区, 园区内亚洲硅业等生产企业生产的硅材料能够就地就近使用, 从而减少了运输工程中的材料损耗及空气污染。

分布式光伏利用太阳能清洁能源进行发电, 铁锂电池进行储能, 逆变器进行转化。与火力发电相比, 发电全程不会产生二氧化硫等有害气体和二氧化碳等温室气体。与水力发电相比, 不会因为占用生物的栖息地而影响自然界的客观规律。与核能发电相比, 发电过程不会产生大量工业废水废料, 降低了废弃物处理产生的费用。

3.5   解决边远地区的供能

除以上优势外, 与火电、水电、核电相比, 分布式光伏还具有建设成本低、建设规模小、装接容量小、调度灵活等特点, 能够解决边远地区建设和运输成本过高, 输电线路过长, 电力需求较小, 供电可靠性较低的问题。是一次性投资, 长期性受益的工程项目。

4.   结束语

随着国家清洁能源产业的快速发展, 分布式光伏在日照时间长、土地面积广的高海拔地区能源占比将会越来越大, 要满足更多用户的接入需求, 实现光伏电量“自发自用, 余量上网”。尽管分布式光伏具备许多优点, 建设条件仍然受到自然环境的影响, 因此必须进一步改进设备的制造工艺, 提高光能的接收效率和电能的转化效率, 同时还需采取合理有效地措施控制购置、建设和运维检修成本, 才有可能在全国范围内大面积推广分布式光伏。