“就目前來看，光伏發電不太可能在電網裡佔獨立的一塊，必須要有常規能源來補充。” 國家電力投資集團黃河上游水電開發有限責任公司（下稱“黃河公司”）董事長謝小平，在近日接受澎湃新聞記者採訪時表示。
為了解決光伏發電間歇性造成的併網難題，黃河公司與相關科研院所研發了水光互補協調運行控制系統，實現了水力發電和光伏發電快速補償。
黃河公司是國家電力投資集團控股的綜合性能源企業。截至2018年，該公司已建成17座水電站，裝機容量為1083萬千瓦；擁有37座光伏電站，裝機容量為388萬千瓦，佔全國光伏裝機總量的5%。
水光互補是指，當太陽光照強時，用光伏發電，水電停用或者少發。當天氣變化或夜晚的時候，就可以通過電網調度系統自動調節水電發電，以減少天氣變化對光伏電站發電的影響，提高光伏發電電能的質量，從而獲得穩定可靠的電源。
2013年初，黃河公司依託龍羊峽水電站，建設了850MW水光龍羊峽水光互補光伏電站。該光伏產業園區位於青海省海南藏族自治州共和縣塔拉灘附近，在龍羊峽水庫左岸30公里附近。
青海是中國日照條件最為豐富的地區之一，日照時間長，年總輻射量大於6800兆焦/平方米。同時，青海擁有10萬平方公里荒漠化土地，適合建設光伏發電和風電等新能源。
黃河公司海南新能源發電部維護中心副主任宦興勝介紹，黃河公司位於青海共和縣的這座光伏電站可視為“虛擬水電機組”接入龍羊峽水電站，通過水輪機組的快速調節，將原本光伏間歇、波動的功率不穩定的鋸齒型光伏電源，調整為均衡、穩定的平滑電源，以兩個電源組合的電量，利用龍羊峽水電站的送出通道送入電網。
水光互補項目的總有功曲線
“我們對水輪機自身特性進行測試，對水輪機監控系統進行改造。當光伏電站的光信號送到水電站的監控系統。被監測到以後，監控系統會自動調節水輪機的調速器，調節水電站的發電出力。”謝小平說。
通過水光互補，龍羊峽水電站送出線路年利用小時預計可由原來運行的4621小時提高到5019小時。這樣，龍羊峽水光互補光伏電站一年可發電14.94億千瓦時，對應火力發電相當於一年節約標準煤18.36萬噸。
此外，由於光伏板的遮擋，光伏子陣區域的風速平均降低了50%，晴天天氣下土壤水分的蒸發量也降低了50%以上，有效緩解了該區域的水土流失，目前部分退化草場已經恢復。
為什麼“水”和“光”更配？
互補，最重要的是在能源利用上彼此可以相互補充，平衡電網的需求；並且在電站建設、輸變電設備上可以共用，提高設備使用效率。
間歇性是光伏發電的缺陷。間歇性意味著其發電量極不穩定，光照強的時候多，但在夜晚完全沒有。這是由於照在光伏面板上的陽光本身因天氣的不穩定而產生的“先天性缺陷”，無法通過光伏器件或發電系統自身去改變。
水電則是將河流、湖泊或海洋等水體所蘊藏的水能轉變為電能的發電方式，各水電機組利用小時主要由各地的降水量和流域來水量決定。目前，中國水電的年利用小時穩定在3000~3700小時的區間。遇到河流枯水期或者長時間降雨量較少的時候，水電則相對乏力。
但光伏發電和水電的“先天性缺陷”卻能彼此互補。陰雨時節，太陽能缺少的時候，正是水能充沛的時候；而赤日炎炎江河干枯，水能乏力的時候，正是太陽能發力之時。年日照時間和年陰雨時間是互相對應的，因此年光伏發電小時和年豐水發電小時在時段上基本也是互補的。
研究顯示，由於水電較為穩定，為了充分利用太陽能，首先讓光伏設備全額輸出，電網需求不足部分由水電設備提供。而水庫本身就是個天然儲能器，光伏發電節省的水資源，可以由水庫儲存。也可根據電網需要，共同頂峰運行。在無水庫的徑流式水電站中，光伏設備可以作為電站擴容，在枯水期時平衡電力，在豐水期時增加出力。
目前除了“水光互補”，還有“風光互補”的模式，但由於風能與太陽能都屬於能量密度很低的能源，且都隨著天氣和氣候變化的方式沒有顯著的“互補性”。這使得風電和光電系統都存在資源不確定性導致發電與用電負荷的不平衡問題，必須通過蓄電池儲能才能穩定供電。目前全世界比較公認的做法是，間歇式能源在常規電網的比重不能超過20%，除非電網中有大量的水電或者抽水蓄能電站。因此，黃河公司還佈局了“水光風”多能互補100萬千瓦集成優化示範工程，並於今年6月併網。
2016年7月，國家發改委、國家能源局聯合發佈《關於推進多能互補集成優化示範工程建設的實施意見》，旨在提高可再生能源系統利用效率，解決新能源長期存在的棄風、棄光、棄水等頑疾。
謝小平認為，未來隨著技術進步，光伏的投資越來越低，光伏實現平價上網的那一天並不遙遠。但如果無法攻克儲能技術，將會極大地制約光伏獨立發電的前景甚至替代常規能源的可能性。
相關研究顯示，由於資源的不確定性，光電的發電與用電負荷常不平衡，必須通過蓄電池儲能才能穩定供電。但光電每天的發電量受天氣影響很大，會導致系統的蓄電池組長期處於虧電狀態，影響蓄電池組的使用壽命。因此，光電的儲能問題，將成為光伏實現平價上網後的重要課題。
“只有當儲能發展到一定程度，光伏才可能實現獨立發電。”謝小平表示，“否則我個人理解，在20年內光伏替代常規能源發電的可能性幾乎沒有。”
閱讀更多 光伏資訊 的文章
