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國家電投集團(tuán)發(fā)布光儲實(shí)證藍(lán)皮書(2024)

中國電力網(wǎng)發(fā)布時間:2024-12-13 11:35:57

  12月4日至6日,由中國光伏行業(yè)協(xié)會、宜賓市人民政府共同主辦,以“跨越周期 創(chuàng)綠未來”為主題的2024光伏行業(yè)年度大會在四川宜賓舉行。國家電投集團(tuán)在會上發(fā)布了《國家電投集團(tuán)光儲實(shí)證藍(lán)皮書(2024)》,受到行業(yè)廣泛關(guān)注。本期微信刊登藍(lán)皮書實(shí)證數(shù)據(jù)成果,以饗讀者。

▲國家光伏、儲能實(shí)證實(shí)驗(yàn)平臺(大慶基地)布置氣象站,主要用于監(jiān)測當(dāng)?shù)剌椪?、溫度、光譜紫外、風(fēng)速風(fēng)向等氣象數(shù)據(jù)。

  氣象主要實(shí)測成果

  參照IEC61724標(biāo)準(zhǔn)在場站不同方位布置氣象站,開展基地輻照、溫度、光譜紫外、風(fēng)速風(fēng)向等氣象數(shù)據(jù)監(jiān)測,為各對比區(qū)的實(shí)證實(shí)驗(yàn)提供公共氣象數(shù)據(jù),為該區(qū)域光伏電站設(shè)計提供多年連續(xù)實(shí)測氣象數(shù)據(jù)。

  2023年水平累計總輻照量1389kWh/㎡,較2022年1450kWh/㎡下降4.39%,較多年歷史平均輻照1432kWh/㎡偏低,但瞬時輻照強(qiáng)度最高達(dá)到1402W/㎡,為歷史最高。

  2023年平均溫度5.48℃,較2022年的4.93℃高0.55℃,較多年歷史平均溫度5.2℃高0.28℃,全年最高溫度35.30℃,較2022年高3℃,最低溫度-33.20℃,較2022年低4℃。

  2023年降雨集中于7-8月份,2022年降雨量為734.2毫米,2023年降雨量為596.2毫米。

  2023年降雪從10月中下旬開始,持續(xù)至第二年3月初融化,積雪期長達(dá)140天左右,2022年降雪量為6.7毫米,2023年降雪量為16.2毫米,雪地背面輻照占比最大,在50%-60%之間。

  應(yīng)用場景較豐富,2023年應(yīng)用場景包括薄雪地、土地、矮草地、高草地、連續(xù)性水面、冰地、雪地等,較2022年相比,由于雨水充足,在8-9月和10月分別出現(xiàn)了連續(xù)性水面和冰地兩種應(yīng)用場景,其背面輻照占比分別為10%和13%,其余應(yīng)用場景背面輻照占比與2022年相比基本一致。

▲國家光伏、儲能實(shí)證實(shí)驗(yàn)平臺(大慶基地)布置雙面組件,主要驗(yàn)證不同技術(shù)路線、不同尺寸組件戶外實(shí)測功率、效率、衰減率、溫度特性、光譜特性、弱光特性、材料老化特性,并與實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)對比。

  組件主要實(shí)證成果

  組件實(shí)證對比區(qū)涵蓋大慶基地12個廠家,29種類型組件;甘孜基地11個廠家,20種類型組件。包括P-PERC、N-HJT、N-IBC、N-TOPCon、薄膜等不同技術(shù)類型組件,210mm、182mm、166mm、158mm等不同尺寸電池片組件,設(shè)計安裝144片、132片、120片、110片等不同版型組件,并布置不同背板、不同膠膜和不同邊框的輔材組件。

  不同技術(shù)類型組件單位兆瓦發(fā)電量與往年同期相比趨勢基本一致,均為N型高效組件發(fā)電較優(yōu),TOPCon組件發(fā)電量最高,較IBC、PERC多年平均分別高2.45%、3.02%。不同尺寸電池片組件多年來發(fā)電趨勢基本一致,大尺寸電池片組件發(fā)電量略高,且相同技術(shù)相同電池片尺寸不同廠家組件發(fā)電量存在差異,最大差異為1%。

  大部分廠家實(shí)測衰減率滿足廠家承諾值,部分廠家衰減率較大。其中TOPCon衰減率1.57%-2.51%,IBC衰減率0.89%-1.35%,PERC衰減率1.54%-3.80%。

  組件運(yùn)行溫度集中于5℃-35℃,占全年運(yùn)行時長的55.3%。

  組件運(yùn)行輻照集中于600W/㎡-1000W/㎡,占全年總輻照量的58.54%。

▲國家光伏、儲能實(shí)證實(shí)驗(yàn)平臺(大慶基地)布置集成式逆變升壓平臺,主要分析不同技術(shù)類型逆變器戶外實(shí)測效率、MPPT跟蹤效率、過載能力、IGBT運(yùn)行溫度、故障時長、故障損失電量、啟停時間、電能質(zhì)量等,并與實(shí)驗(yàn)室實(shí)測數(shù)據(jù)對比。

  逆變器主要實(shí)證成果

  逆變器實(shí)證對比區(qū)包含大慶基地6個廠家、10種逆變器;甘孜基地7個廠家、11種逆變器。包括組串式、集中式、集散式三種不同技術(shù)路線、不同廠家、不同功率器件逆變器。

  12022年和2023年,不同技術(shù)、不同廠家逆變器實(shí)驗(yàn)室測試效率基本在98.5%以上,達(dá)到廠家承諾值。經(jīng)兩年運(yùn)行后,2023年實(shí)測效率基本在98.45%左右,逆變器效率略有降低,幅度0.05%-0.08%。

  2國產(chǎn)IGBT逆變器經(jīng)過兩年運(yùn)行未發(fā)生故障,性能穩(wěn)定,逆變效率均為98.76%,達(dá)到廠家承諾值,且在各個功率負(fù)載下的逆變效率與進(jìn)口IGBT一致,相差在0.01%以內(nèi)。在環(huán)境溫度0-20℃之間時,兩者相比,運(yùn)行情況基本一致,但在0℃以下或20℃以上,國產(chǎn)IGBT的運(yùn)行溫度較進(jìn)口高4℃左右。

  不同廠家、不同技術(shù)逆變器實(shí)測頻率、諧波、閃變、三相不平衡度等均滿足電能質(zhì)量相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

▲國家光伏、儲能實(shí)證實(shí)驗(yàn)平臺(大慶基地)布置全維跟蹤支架,主要驗(yàn)證不同應(yīng)用場景、不同典型天氣下不同類型支架戶外實(shí)證發(fā)電特性、輻照特性、背面反射率、積雪損失、灰塵損失、度電成本等,并與理論計算結(jié)果對比。

  支架主要實(shí)證成果

  支架實(shí)證對比區(qū)包含大慶基地7個廠家,21種支架,共66種設(shè)計方案;甘孜基地7個廠家,6種支架。包括固定、平單軸、斜單軸、垂直雙軸、垂直單軸全維、柔性、固調(diào)、豎向等不同類型支架,涵蓋不同傾角、不同高度、不同間距等設(shè)計方案。

  大慶基地不同類型支架發(fā)電差異較大,跟蹤支架發(fā)電最優(yōu),其中大慶基地2023年與2022年全年發(fā)電趨勢基本一致,雙軸跟蹤、垂直單軸、斜單軸和平單軸(帶10°傾角)、全維支架、固定可調(diào)支架全年分別較固定支架發(fā)電量增益依次為26.52%、19.37%、19.36%、15.77%、12.26%和4.41%。甘孜基地雙軸支架上半年累計發(fā)電量最高,其次分別為斜單軸支架、全維支架、平單軸(±60°)、平單軸(±45°)及柔性支架,分別較最低固定支架高30.67%、26.62%、13.60%、5.25%、4.30%及3.11%。

  不同類型支架發(fā)電量受季節(jié)影響較大,特別是平單軸(帶10°傾角)、平單軸(帶5°傾角)、平單軸(0°傾角)支架,全年夏季發(fā)電量最大,較固定支架分別高31.15%、36.91%、34.74%;冬季發(fā)電量最低,較固定支架分別低13.75%、21.09%、24.69%。平單軸支架與固定支架相比,日發(fā)電曲線更扁平,在早、晚用電負(fù)荷高峰時輸出功率較大,與電網(wǎng)日用電負(fù)荷更匹配。

  2023年全年柔性支架發(fā)電量較固定支架低1.93%,與2022年相比實(shí)證結(jié)果一致。柔性支架運(yùn)行中兩側(cè)固定立柱長期受力向內(nèi)側(cè)逐漸傾斜,2023年傾斜角度已超過3°,且由于支架立柱傾斜導(dǎo)致鋼索彎曲度增大,組件的方位角發(fā)生變化,從東向西偏差最大達(dá)4°。可見柔性支架應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注柔性支架結(jié)構(gòu)、可靠性。

▲國家光伏、儲能實(shí)證實(shí)驗(yàn)平臺(大慶基地)布置磷酸鐵鋰儲能系統(tǒng),主要驗(yàn)證不同儲能技術(shù)的適用性,包括:電芯電壓一致性、溫度一致性、電池直流系統(tǒng)效率、電池系統(tǒng)(含PCS)效率、衰減率、循環(huán)次數(shù)、放電深度、廠用電量等。

  儲能產(chǎn)品主要實(shí)證成果

  大慶基地儲能產(chǎn)品實(shí)證對比區(qū)涵蓋電化學(xué)儲能、電磁儲能、機(jī)械儲能3大類技術(shù),磷酸鐵鋰、三元鋰鈦酸鋰、全釩液流、超級電容、混合電容、飛輪儲能6個廠家7種儲能類型。

  各類儲能系統(tǒng)損耗較大,對系統(tǒng)效率產(chǎn)生不利影響。磷酸鐵鋰儲能(1000kW/1680kWh,0.5C)系統(tǒng)損耗最大,全年損耗為5萬kWh,占儲能系統(tǒng)總充電量10%左右。溫度控制調(diào)節(jié)設(shè)備是主要損耗來源,占系統(tǒng)總損耗70%-85%,其中,磷酸鐵鋰儲能電池空調(diào)損耗最大,全年接近4萬kWh。

  儲能系統(tǒng)效率受溫度影響較大,環(huán)境溫度在5-20℃時儲能系統(tǒng)效率最高,達(dá)到82.66%,在-10℃以下或20℃以上儲能電池系統(tǒng)空調(diào)損耗增大,系統(tǒng)效率分別為77.73%、72.52%,下降了5%-10%,環(huán)境溫度較高時對儲能系統(tǒng)損耗影響更大。

  實(shí)測儲能電池簇SOC一致性較差,磷酸鐵鋰儲能電池簇出現(xiàn)過同時刻SOC分別為100%、95%、100%、58%的情況,不同簇之間最大差異達(dá)42%。造成單個電池簇SOC充電至100%或放電至5%(充放電限制條件),其他儲能電池簇即便未達(dá)到100%或5%也停止充放電,帶來部分儲能電池簇充不滿放不盡。

▲國家光伏、儲能實(shí)證實(shí)驗(yàn)平臺(大慶基地)布置平斜單+組串式逆變器+PERC210組件光伏發(fā)電系統(tǒng),主要驗(yàn)證系統(tǒng)集成下不同產(chǎn)品之間的匹配性,開展光伏子陣系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行工況與參數(shù)測試,驗(yàn)證各種設(shè)備在各種運(yùn)行工況下的性能指標(biāo)。

  光伏系統(tǒng)主要實(shí)驗(yàn)成果

  大慶基地光伏系統(tǒng)實(shí)證對比組件、逆變器支架的42種不同組合設(shè)計方案,監(jiān)測光伏子陣系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行工況參數(shù),驗(yàn)證各種電氣設(shè)備性能指標(biāo)和系統(tǒng)發(fā)電能力。

  三種發(fā)電量最高的典型設(shè)計方案依次為:平單軸(10°傾角)、組串式、PERC210組合方案,平單軸(10°傾角)、固定、I廠家組串式、A廠家PERC182組合方案,固定、H廠家組串式B、D廠家N-TOPCon166組合方案。

  不同匹配方案系統(tǒng)1-6月份上半年系統(tǒng)效率基本處于83%-90%之間,但各月系統(tǒng)效率差異較大,其中1-3月份系統(tǒng)效率最高,基本高于90%,4月份之后系統(tǒng)效率下降較多,系統(tǒng)效率基本低于85%。特別是跟蹤支架1-2月份系統(tǒng)效率最高,3月份之后系統(tǒng)效率下降較大。

  基地所在地區(qū)環(huán)境溫度較低,實(shí)測溫度損失較理論設(shè)計值低,不同技術(shù)類型的大尺寸組件溫度損失較大,210mm尺寸組件較158mm尺寸組件高0.1%。

▲國家光伏、儲能實(shí)證實(shí)驗(yàn)平臺(大慶基地)布置光儲系統(tǒng),主要實(shí)驗(yàn)光儲系統(tǒng)“平抑波動”“能量搬移”及“快速調(diào)頻”等特性。

  光儲系統(tǒng)主要實(shí)驗(yàn)成果

  大慶基地光儲系統(tǒng)實(shí)證對比區(qū)設(shè)計布置光儲系統(tǒng)和調(diào)頻儲能系統(tǒng),其中光儲系統(tǒng)包含5MW和10MW兩種儲能系統(tǒng),配置磷酸鐵鋰、三元鋰能量型儲能電池和飛輪、超級電容、鈦酸鋰等功率型儲能電池。

  不論是能量搬移場景或是快速調(diào)頻場景,儲能系統(tǒng)均能有效執(zhí)行控制策略進(jìn)行充放電或執(zhí)行調(diào)頻動作。

  5MW光儲系統(tǒng)多年平均設(shè)計利用小時數(shù)為3000小時,實(shí)際有效利用小時數(shù)為3189小時,超過多年平均設(shè)計利用小時數(shù),但略低于第二年設(shè)計利用小時數(shù)(3276小時)。10MW光儲系統(tǒng)多年平均設(shè)計利用小時數(shù)為2500小時,實(shí)際有效利用小時數(shù)為2791小時,超過多年平均設(shè)計及第二年利用小時數(shù)(2663小時)。

  儲能充放電閾值為單一固定值的控制策略下,晴天儲能電池基本可以實(shí)現(xiàn)一次滿充滿放,容量利用率(充電量與電池容量的比值,充電量達(dá)到儲能實(shí)際容量時,容量利用率為100%)達(dá)到86%左右;多云天氣下儲能可實(shí)現(xiàn)多次淺充淺放,容量利用率達(dá)到77%左右;陰天天氣下,儲能電池基本不充不放,容量利用率在3%左右,利用率較低。

  據(jù)悉,國家電投集團(tuán)已經(jīng)連續(xù)四年發(fā)布《國家電投集團(tuán)光伏儲能實(shí)證藍(lán)皮書》,向全行業(yè)共享實(shí)證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),為新技術(shù)、新產(chǎn)品、新方案推廣應(yīng)用與升級優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支撐,為不同典型氣候區(qū)域光伏電站設(shè)計、設(shè)備選型、現(xiàn)場檢測驗(yàn)收提供技術(shù)指導(dǎo),為行業(yè)關(guān)鍵領(lǐng)域理論研究和技術(shù)創(chuàng)新提供研究方向,為產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展注入強(qiáng)大動力,為國家制定產(chǎn)業(yè)政策、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等提供科學(xué)依據(jù),為加快建設(shè)新型能源體系貢獻(xiàn)力量。



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