光伏发电不太可能在电网独立存在，
必须要有常规能源来补充。”
国家电力投【tóu】资集【jí】团黄河【hé】上游水电开发有限【xiàn】责任公司(下称“黄【huáng】河公司【sī】”)董【dǒng】事长谢小平，在近日接【jiē】受澎湃新闻(www.thepaper.cn)记者【zhě】采【cǎi】访【fǎng】时表示。
为了解决光【guāng】伏发电间歇性造成的并网难题，黄河公司【sī】与相【xiàng】关科【kē】研院所【suǒ】研发了水光互补协调运行控制【zhì】系【xì】统，实现了【le】水力【lì】发电和【hé】光【guāng】伏发电【diàn】快速补偿。
黄【huáng】河公司【sī】是【shì】国【guó】家电力投资集【jí】团控股的综合性能【néng】源企业。截至2018年，该公司已建成17座水电站【zhàn】，装机【jī】容量【liàng】为1083万千瓦【wǎ】;拥有37座光伏电站，装机容量为388万千瓦，占全国光伏装机总量的5%。
水【shuǐ】光互补是指【zhǐ】，当【dāng】太【tài】阳光照强【qiáng】时，用光伏发电，水电停用或者少发。当天【tiān】气变【biàn】化或夜晚的时【shí】候，就可以通过电网调【diào】度系【xì】统【tǒng】自动调节水【shuǐ】电发电，以减少天气变化对光伏电站发电的【de】影响，提高光伏发电电能【néng】的质量，从【cóng】而获得【dé】稳【wěn】定可靠的电源。
2013年【nián】初，黄河公司【sī】依托龙羊峡水【shuǐ】电站【zhàn】，建设了850兆【zhào】瓦龙羊峡水【shuǐ】光互补光伏电站。该光伏电站位于青【qīng】海省海【hǎi】南藏【cáng】族自治州共和【hé】县塔拉滩上【shàng】的光伏产业园区，在龙羊【yáng】峡水库【kù】左岸36公里附近。
青海是【shì】中国日照条件【jiàn】最为丰富的地区之一，日照时间【jiān】长，年总辐射量大于6800兆焦/平【píng】方米。同【tóng】时，青海【hǎi】拥有10万平方【fāng】公里【lǐ】荒漠化【huà】土地【dì】，适合建【jiàn】设光伏发电和风【fēng】电等新【xīn】能源。
黄河公司【sī】海【hǎi】南新【xīn】能源发电部维护中【zhōng】心副主任宦兴胜介绍，黄河公司位于青【qīng】海共和县的这座【zuò】光伏电站可视为“虚拟水电机【jī】组”接入龙羊峡【xiá】水电【diàn】站，通过水轮【lún】机组的快速调节，将原本光伏间【jiān】歇、波动的功【gōng】率不稳【wěn】定的锯齿型光伏电源【yuán】，调整为【wéi】均衡、稳定的平【píng】滑电源，以两个电源组合【hé】的电量【liàng】，利【lì】用龙【lóng】羊峡【xiá】水【shuǐ】电【diàn】站【zhàn】的送出通【tōng】道送入电网。
▲水光互补项目的总有功曲线
“我【wǒ】们对水轮机自身特性【xìng】进行【háng】测试，对水轮机监控系【xì】统【tǒng】进【jìn】行【háng】改造【zào】。当光伏【fú】电站的光信号送到水电站【zhàn】的监控系统。被监测到以后，监控系【xì】统会自【zì】动调节水轮机的调速器【qì】，调节水电站【zhàn】的发电出力【lì】。”谢小平【píng】说。
通过【guò】水光互补，龙羊峡水电站【zhàn】送出线路年利用【yòng】小【xiǎo】时预计可由原来运行的4621小时【shí】提高到5019小时。这样，龙羊【yáng】峡水光互补【bǔ】光伏电站一年可发电14.94亿千瓦时，对应【yīng】火【huǒ】力【lì】发电相当于【yú】一年节【jiē】约标准煤18.36万【wàn】吨。
此【cǐ】外，由于光伏板的遮【zhē】挡，光伏子阵区域的风速平均降低了50%，晴天天气【qì】下土【tǔ】壤水分的蒸发量也降低了50%以【yǐ】上【shàng】，有【yǒu】效缓解了该区【qū】域【yù】的【de】水【shuǐ】土【tǔ】流失，目前部分退化草场已经【jīng】恢复。
为什么【me】“水”和“光【guāng】”更配?
互补，最重【chóng】要的是【shì】在能源利用上彼此可【kě】以【yǐ】相互补充，平衡电网的需求;并且【qiě】在电【diàn】站建设、输变【biàn】电【diàn】设备上可以【yǐ】共用，提高设备使【shǐ】用效率。
间歇性是光【guāng】伏发电的【de】缺【quē】陷。间歇性意【yì】味着其发电量极不稳【wěn】定，光照强的时候多，但在夜【yè】晚【wǎn】完【wán】全没有。这是由于照在光伏面板【bǎn】上的阳光本身因天气的不稳定【dìng】而产生的“先【xiān】天【tiān】性缺陷”，无法通过光伏器件或【huò】发电系统【tǒng】自身去改变【biàn】。
水电则是将河流【liú】、湖泊或【huò】海洋等水【shuǐ】体【tǐ】所蕴藏的水【shuǐ】能转变为电【diàn】能【néng】的【de】发电方式，各水电【diàn】机组利用小【xiǎo】时主要【yào】由各地的降水量【liàng】和流域【yù】来水量决定。目前，中国【guó】水电的年利用小【xiǎo】时稳定在3000~3700小时的【de】区间。遇到河【hé】流枯水期或者长时间降【jiàng】雨量较少的时候，水电则相对【duì】乏力。
但光【guāng】伏发电和【hé】水电的“先天【tiān】性缺陷【xiàn】”却能彼【bǐ】此互补。阴雨【yǔ】时【shí】节，太阳【yáng】能缺少的时候，正是【shì】水【shuǐ】能充沛的时候;而赤日【rì】炎炎江河干枯，水能乏力的时候，正是太阳能【néng】发力之时。年日照时间和年阴雨时间是互相【xiàng】对【duì】应的，因此年光伏发电小时【shí】和年丰水发电小【xiǎo】时在时段上【shàng】基【jī】本也【yě】是互补的。
研究【jiū】显示由于水电较为稳定，为【wéi】了充分利用【yòng】太阳能，首先让光伏设备全额输出【chū】，电【diàn】网需求不足部【bù】分由水电设备提供【gòng】。而水库【kù】本身就是个天然储能器，光伏发电节省的水【shuǐ】资【zī】源，可以由水库储存。也【yě】可【kě】根据电网需【xū】要【yào】，共同顶峰运【yùn】行。在无水库【kù】的径流式【shì】水电站中，光伏设【shè】备可以【yǐ】作为电站扩容，在枯【kū】水期时平衡电【diàn】力【lì】，在丰水期时增加出【chū】力。
目前除了“水光互【hù】补【bǔ】”，还有“风光【guāng】互【hù】补”的模式，但由【yóu】于风能与【yǔ】太阳能都属【shǔ】于能量密度很【hěn】低的能【néng】源，且都【dōu】随着【zhe】天气【qì】和气候变化的方式没有显著的“互补性”。这使得风电和光电系统都存在资源不确定性导致【zhì】发电与用电负荷的不平【píng】衡问题，必须【xū】通【tōng】过蓄电【diàn】池储能【néng】才能稳定供电。目【mù】前全【quán】世界比较公认的【de】做法是，间歇式能源【yuán】在常规电网的比重不能超过【guò】20%，除非电网中【zhōng】有大量的水电或者抽水【shuǐ】蓄【xù】能电站【zhàn】。因此，黄河公司还布局【jú】了【le】“水光风”多【duō】能互补100万千瓦集【jí】成优化【huà】示范工程【chéng】，并于今年6月并【bìng】网。
2016年7月，国家发改委、国【guó】家能源局联合【hé】发【fā】布《关于推【tuī】进多能互补集成优化示范【fàn】工程建【jiàn】设【shè】的实施意【yì】见【jiàn】》，旨【zhǐ】在提高可再生能【néng】源系统利用效率，解决新能源长期【qī】存在的【de】弃风、弃光、弃水【shuǐ】等顽疾。
谢小平认为，未来随着技术进【jìn】步，光伏的投资越来越低，光【guāng】伏实现【xiàn】平价上网的那一天并不遥远。但如果无法攻克储能【néng】技术，将【jiāng】会极大地制【zhì】约光伏独【dú】立发电的前景【jǐng】甚至【zhì】替代常规能【néng】源的可能【néng】性【xìng】。
相关【guān】研究显示，由【yóu】于资源【yuán】的不确定性，光电的发电【diàn】与【yǔ】用电负【fù】荷常不平衡，必须通过蓄【xù】电池储能才【cái】能稳定供【gòng】电【diàn】。但光电每天的【de】发电量【liàng】受【shòu】天气影【yǐng】响很大，会导致系统的蓄电池组【zǔ】长期【qī】处于亏电状态，影响蓄电池【chí】组的使用寿命。因此，光电的储能问题，将成为【wéi】光伏实现平【píng】价上【shàng】网后的重【chóng】要课题【tí】。
“只有当【dāng】储能发展到一定程度，光伏才可【kě】能实现独立发【fā】电【diàn】。”谢小平表示，“否则【zé】我个【gè】人【rén】理解，在【zài】20年内光伏替代常【cháng】规能源发电【diàn】的可能性几乎【hū】没有【yǒu】。”
