新型电力系统下的“光伏担当”，要高效更要高可靠

新型电力系统下的“光伏担当”，要高效更要高可靠太阳能光伏发电 2022-02-23 16:13收录于话题#新能源56个#电力系统1个#光伏担当1个#绿色能源2个#光伏组件13个在我国双碳目标的引领下，2035年左右，以风光为主体的新能源在总装机占比中将超50%，远期来看，光伏与风电将达到70%以上的发电量占比。高比例的新能源容量接入，一方面需要电力系统由“源随荷动”转变为“源网荷储”协同互动的运行模式，以此解决电源端的不可控问题；另一方面，新型电力系统对新能源发电本身的可靠性也提出了远超以往的要求，只有首先确保了系统的“安全与可靠”，接下来才是考虑其发电的可预测性，与网、荷、储的互动。新型电力系统需保持高可靠性在碳中和背景下，能源生产与消费的电力化水平将显著提高，限电停电对生产生活带来的危害也就明显增大。比如2019年末，由于缺煤以及部分地区能耗双控的压力大，部分地区出现了限电导致原材料价格飞涨(如金属硅)，使中下游的制造业受到巨大冲击，东北部分地区停供生活用电更是使群众的日常生活难以为继。因此，随着新能源由辅助能源走向主力能源的地位，新型电力系统对新能源发电系统的可靠性要求将远超以往，新能源发电设施在生命周期内需要具备抵抗各种极端气象的能力，否则一旦发生大停电事故，带来的经济损失将是无法估算的：例如英国2019年的大停电事件，源自闪电导致的燃气发电机组停机，该停机导致电网频率下降，引发750MW海上风电机组脱网，电网频率进一步降低导致低频减载以及更多的发电机组脱网，最终造成英格兰与威尔士大部分地区停电，约有100万人受到停电影响。又如2021年初的美国德克萨斯州的停电危机：一方面寒潮导致取暖用电需求显著增加，另一方面由于缺气与低温，26GW的火电与5GW的风电无法工作，使得超过400万户家庭受到停电影响。光伏发电作为新能源的主力，保障其可靠性需抑制组件尺寸狂飙光伏发电是在空地与屋顶上布置光伏组件利用太阳能发电，既可以在荒漠地区集中式发电，又可以利用居民屋顶、工商业屋顶分布式发电。光伏发电具有可预测性与可控性，目前在辐照好的地区已是成本最低的发电方式，因此将成为新能源发电的主力。由于光伏组件长期暴露在户外环境中，需持续运行25年甚至更长的生命周期，这就要求产品设计要极致可靠，要能抵御各种气象变化，包括百年一遇的暴雪、飓风、冰雹等气象灾害。否则，一旦某地出现了极端气象，就会导致该地区大量的光伏组件破损、电站无法发电，从而出现规模性大停电事故。而这种停电并非简单的故障脱网，还涉及到光伏组件的重新订购、更换安装等，具有较长的时间周期。然而，光伏行业的激烈竞争导致组件尺寸自2018年以来发生了大跃进，主流光伏组件从2平方米增加到2.2平方米甚至2.6平方米(功率由370W增加到540W)。个别产品的商业成功引发行业内出现了大尺寸崇拜，非理性认为尺寸可以一直增长下去，功率被喊出了600W、700W乃至1000W……，不再顾忌雪载、风载、冰雹等气象环境对边界尺寸的限制。比如，部分企业推出了面积达到3.1平方米的超大组件，虽然功率可以做到650W以上，但玻璃宽度超过1.3米，钢化强度的下降使其无法经受直径35mm冰雹的冲击。据了解，超大组件在静载荷、动载荷测试下，巨大形变会导致组件产生过高功率衰减，甚至发生边框撕裂、玻璃破损等严重风险；同时，超大组件相伴的超大电流也显著提高了接线盒以及接线端子的故障概率。在这种高风险处境下，一方面组件尺寸仍在持续增长，另一方面，因光伏硅料价格持续居于高位导致光伏硅片的厚度也在持续减薄，光伏组件的安全可靠性受到了双重威胁。在建设以新能源为主体的新型电力系统背景下，光伏从业者更应理性、审慎的关注产品的质量安全与品质可靠。部分制造企业及下游非专业企业对超高功率、超大尺寸的非理性追捧，极易导致劣币驱逐良币的情况发生，组件可靠性水平的滑坡也将给新型电力系统的安全运行带来无法估量的隐患。从电力系统稳定可靠的“刚性”需求来看，光伏行业应及时停止尺寸上的内卷，摒弃浮躁，回归到产品效率提升的“真创新”上来。