史珺博士：光伏发电的间歇性及其解决方案

作者：史珺博士系上海普罗新能源有限公司总裁

笔者前文提到光伏发电的三大缺点，成本高，能量密度低，和发电的间歇性。本文讨论一下光伏发电的间歇性。

发电的间歇性也是一个电力专业的用语，指的就是发电的不稳定性。也就是说，光伏发出的的电量是忽大忽小的，甚至有时还完全没有，如夜晚。

与能量密度低这个弱点一样，光伏发电的间歇性也不是由于光伏器件或发电系统自身的原因造成的，而是由于照在光伏面板上的阳光本身就间歇性的。也就是说， 光伏的间歇性是源于天气（如日照、风力）的不稳定。

白天与黑夜的区别自不用说了。就算是白天，随意飘来一朵白云，遮挡了阳光，光伏板的功率就会瞬间下降70%以上。

由于光伏电站的能量输出方式是电力，而电力供应最大的要求就是稳定及可靠性。因此，间歇性绝对是个不可容忍的缺点；任何一个用户或负载都不能容忍自己的供电是忽大忽小的。

但目前，我国和世界上安装了那么多的光伏电站，不是也都在使用、也都没有什么问题呢？这是因为，目前，无论是地面电站还是分布式屋顶电站，都是与骨干电网并联的。在光伏电站发电的时候，用户使用光伏电站的电，而光伏发电不足或不发的时候，则由电网补充。也就是说，目前的光伏电站，完全依赖主干电网进行调节。

那么，是否只要光伏发电与骨干电网并网了，间歇性就不再成为弱点了呢？未必。

这里，我们先引用上海电力公司一位负责人在2010年说的话，“如果把电网的容量比作一个游泳池，现在的光伏发电的容量好比一杯水。一个游泳池多一杯水、少一杯水，对池子的水位不会有什么影响。”这就是为什么光伏电站现在大量地安装，却没有被间歇性所影响的原因。

但是，当光伏发电的容量逐步增大时，情况会发生变化。目前，我国光伏发电占我国电网的总容量不到1%。这已经有些像一个泳池和一桶水的比较了。如果这个桶越来越大，达到和泳池相同的数量级，哪怕只有1/3个泳池大，那么，一桶水倒进去，泳池的水就要溢出了。

会发生这种情况吗？2008年5月，正是全球光伏产业发展的第一个高峰期。我到北京开一个新能源峰会，遇到了刚从三峡总公司退休的周凤起老先生。他见我是从事光伏的，就把我叫到旁边，说要向我请教一个问题，我受宠若惊，连称不敢当。

原来，会上某光伏公司宣称，要用光伏电站在甘肃省“再造三个三峡”，周凤起先生说，“这个口号我听了有些不理解。我们三峡，光主坝的发电能力就是1700万千瓦，三个三峡，就是五千万千瓦。甘肃才多大的地方，就算他们用光伏发电实现了五千万千瓦的发电，这些电去哪里？如果突然阴天，这五千万千瓦的电力缺口，又从哪里调度？”

他说，电网瞬间的大容量波动会给电网造成较大的冲击。我国的电网设计容许的波动，通常不超过15%，这也意味着如果某地新能源发电的容量在当地所并电网容量中所占的份额超过这个比例，那么，发电量的不稳定有可能造成电网的崩溃。

那天，和周老先生探讨了很长时间。那天的探讨，在我脑海中促成了一个重要概念的形成。

我国现在制定的2020年的光伏发电的容量目标是100GW，也就是1亿千瓦。而届时的风电目标是200GW， 也就是2亿千瓦。估计2020年我国的电力总容量会达到15亿千瓦，因此，风光两种新能源的容量合计将占到电力总容量的20%， 全面超过了15%的容忍上限。而且，随着气候变化的威胁加大，和传统化石能源的储量越来越少，火力发电的绝对数量也会下降，因此，这个比例在后期会急剧升高。

因此，风电和光伏等与生俱来的间歇性，从电力供应的角度来说，这是一个很大的弊端。并网只能解决小容量的间歇性。随着光伏和风力发电的规模的增加，通过并网就不能解决这个问题，还会给电网带来重大不良影响。这是光伏风力等新能源必须要考虑的问题。

许多光伏公司觉得反正现在光伏的容量还没有达到电网的容忍上限，因此现在不愿考虑这个问题。但是，距离2020年只有不到五年的时间了，如果如果现在不考虑这个问题，后面会遇到麻烦的。

既然光伏和风力发电的间歇性是老天造成的，我们又无法控制风力的大小和云层的移动，那，我们就只能从发电系统本身来对这个间歇性进行补偿。幸运的是，这个问题是能够找到办法来解决的。

光伏发电的间歇性也与能量密度低的问题一样，虽然是缺点，却也可能变成优点。因为，其实用户的负载，本身也是不断变化的。家里的电灯空调，并不是24小时常开不闭的，工厂的机器的功率，大部分也是随着工艺变化而变化的。当然，用电负载的间歇性变化，是没有规律的；负载的间歇性与光伏发电的间歇性，也是毫不相关的。

解决间歇性的第一个方法，是电网调节，也就是现在大家都在用的方式，大家知道，这个方式是可行的，但只限于光伏发电容量不大的情形，超过一定限度则不可行了。

第二个方式，也是大家都能够第一时间想到的，就是通过蓄电池来调节。光伏发电的时候，给蓄电池充电，光伏不发电的时候，让蓄电池放电。但对于“三个三峡”那么大的光伏电站的蓄能，大家可以计算一下，五千万千瓦的功率下，蓄电池的成本将达到多少。如果不是天文数字，也将是地狱般的梦魇数字。

值得指出的是，前面所说的我国电网15%波动容限，指的是突然波动。如果是可预测的波动，那么，通过电力调度系统可以调度全网高达100%的容量。但是，电力调度是需要时间的。需要调度的容量越大，需要的时间就越长。目前，按照我国的老的电力调度标准，在电力波动发生后，电网调度的时间不得超过七分钟。但现在，实际上并不需要这么长的时间，通常几秒钟已经能够完成调度工作了。无论多长的时间，都是发电的间歇。而这个间歇，是能够用蓄电池来填补的。

第三个方式，就是采用多种新能源的互补。不仅仅是光伏有间歇性的问题，几乎所有的新能源都有这个问题。如风力，沼气发电等，水电也有季节上的间歇性。但是，这些不同的新能源相互之间，是有一定的互补性的。例如，阳光变化的时候，一定是云层飘动引起的，而云层的飘动一定是风导致的，因此，光伏发电波动时，风力通常较大；当然，这不是绝对的。但是，如果采用包括光伏、风力、生物质能等至少两种甚至三到四种以上的新能源作为发电电源，这样，可以大大消除各种新能源的不稳定性。多种电源的结合，是缓和光伏发电的波动性、稳定电力的必要手段。但是，即便是三四种新能源组合在一起，也不能保证任何时候都有电力，更不能保证电力的平稳，这就需要有一个作为基准的可控的电源，这个基准电源可以是电网，也可以是一个燃气轮机的发电机。

上面三种方式的任何一种方式，都可以在一定程度上缓解新能源的间歇性问题，但同时，如果只将其中任何一种方式作为单一的解决方案，则都不可能形成理想的解决方案。

理想的解决方案是，将上述三种方式相结合，同时，通过控制系统，进行负载、电源、储能系统和电网的监控和调度，这样，当然，要对并网、储能、电源之间的调控方式进行专业的控制，才能完美的解决新能源的间歇性问题。

这个解决方案，就是我们称为“微电网”的新能源解决方案，从与周凤起老先生探讨起，至今已经酝酿了七年时间。相信今后还会有机会和大家进行详细的探讨。