高比例新能源催生逆变器技术革新

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日前,由中国电力企业联合会、中国光伏行业协会主办的PAT2023先进技术研讨会在合肥举行。记者从会上了解到,当前全国范围内新能源大基地项目稳步推进,但与此同时,风光大基地项目也面临着投资成本高、建设周期较长、设备可靠性不足等关键问题。

为应对这些挑战,多位业内专家都指出,技术创新将是解决诸多挑战的关键动力。其中,光伏逆变器作为光伏发电发展中的关键电力电子设备,也正面临着更多责任,如何让光伏逆变器更加灵活、可靠、高效,成为行业关注的关键议题。

近年来,我国风光发电量维持快速增长态势,电力设计规划总院最新发布的数据显示,2022年全国风电、太阳能发电新增装机达到1.25亿千瓦,连续三年突破1亿千瓦。截至2023年2月,我国风电、太阳能发电累计装机达到7.8亿千瓦,其中太阳能发电装机高达4.1亿千瓦,风电累计装机达3.7亿千瓦。

2022年初,国家发改委、国家能源局发布的《“十四五”现代能源体系规划》进一步指出,要在风能和太阳能资源禀赋较好、建设条件优越、具备持续整装开发条件、符合区域生态环境保护等要求的地区,有序推进风电和光伏发电集中式开发,加快推进沙漠、戈壁、荒漠地区为重点的大型风电光伏基地项目建设。由此可见,风光大基地项目的发展推进已成为了我国推动“双碳”目标落地的重要举措。

时至目前,第一批风光大基地项目9700万千瓦已全面开工,部分项目已经建成投产,第二批大基地部分项目已陆续开工,第三批基地也已形成项目清单。

值得注意的是,光伏发电已成长为推动发电装机增长的“主力”。据智汇光伏创始人王淑娟介绍,2022年国内新增光伏装机高达8741万千瓦,创下历史新高,同时,光伏已占全国当年新增电力装机的45%,成为新增装机占比最高的电源。

面对构建新型能源体系的新要求,在电力设计规划总院副总工程师王霁雪看来,光伏逆变器注定将承担越来越多的“责任”。“从新型电力系统到新型能源体系,电在能源体系中发挥的作用正逐步提高,在构建高比例可再生能源和高比例电力电子化的系统时,逆变器作为其中的关键电力电子设备,作用将进一步凸显。”

王霁雪告诉记者:“一方面,从技术角度来看,一直以来光伏逆变器主要承担着‘桥梁’作用,将可获取的太阳能资源转化为清洁的、经济的能源供给,另一方面,在构建新型电力系统的过程中需要更多地考虑到系统平衡和稳定等问题,光伏逆变器要承担更多的功能,真正成为能源系统的‘路由器’。”

过去十多年里,随着我国光伏全产业链的发展壮大,光伏逆变器技术已经历了数代变迁。阳光电源光储集团副总裁史晓锋告诉记者,近年来光伏逆变器技术快速变革,从最初100千瓦的集中式逆变器逐步革新,功率不断增加的同时,还出现了系统设计相对灵活的组串式逆变器,但如今面对高比例光伏的接网要求、走入沙戈荒等更多复杂严苛的环境,光伏逆变器已无法局限于传统样式,需要在进一步降低光伏度电成本的情况下更加适应能源系统发展需求。

“为解决这些难题,阳光电源将集中式逆变器和组串式逆变器的特点与优势结合起来推出了‘1+X’模块化逆变器,将单个单元定义为1.1兆瓦,类似于搭积木一样进行模块化设计,既能够灵活组成2.2兆瓦、3.3兆瓦、4.4兆瓦直至8.8兆瓦,还能够达成低成本、方便运维的目的。”史晓锋指出,“模块化逆变器的系统成本较组串式逆变器实现了降低,且从运维上可以更加便捷,同等条件下发电量也有所提升。设备模块化设计和应用技术的深度创新将成为未来趋势,不仅可以最大化适配未来多种复杂环境建站,更能够提升整体运维效率,大幅降低度电成本,实现电站投资收益最大化。”

在业界看来,新型能源体系的构建是传统化石能源与新型清洁能源此消彼长、互补融合的过程,是一项动态的复杂系统工程,而技术赋能、推动多能融合是解决上述问题的关键举措。

“降本增效是光伏行业永恒的主题,”史晓锋进一步指出,“从未来行业需求来看,光伏逆变器将不断追求度电成本的下降,高压、高功率密度也将成为光伏逆变器技术发展的一大方向。”

更为值得注意的是,史晓锋表示,面向庞大的风光大基地项目,光伏逆变器智能化需求也在逐步提升。“从长期的运维来看,主要位于沙戈荒地区的光伏项目运维存在较大的挑战,逆变器智能化将有助于光伏项目实现自我诊断、自我判断,给出具体的运维要求,从而实现快速地响应维护。”

王霁雪认为,面对新型能源体系的发展要求,光伏逆变器除了要发挥传统的“桥梁”作用外,从适应电网到构网能力的变化更将是未来逆变器技术发展的关键所在。

史晓锋也表示,随着新能源、电力电子设备接入比例等不断提升,电力系统稳定性将迎来更显著的挑战。未来光伏设备行业将围绕算力和算法两个维度不断创新,通过大数据、高算力、智能算法的结合,使新能源设备的并性将从目前的弱网适应,逐步走向主动支撑、智能构网,实现系统自愈。


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