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我们的光伏历程
作者:杨存龙 发布日期:2018-01-05

今天,我们推出《我们的光伏历程》,让想知道却还不了解光伏发电的人们,从中得到一些启发。

“公司有这么多的光伏,大家也都在说光伏,但光伏到底是怎么回事,发电的原理是什么?很多人可能不一定清楚。” 这是黄河公司副总经理杨存龙写《我们的光伏历程》的初衷。

作为全球最大的光伏电站运营商,黄河公司以科技创新驱动光伏产业发展,从“门外汉”到“领跑者”的一幕幕历程,许许多多的画面在杨存龙的脑海里挥之不去。于是,他就用最朴素、最通俗易懂的语言写下了《我们的光伏历程》,通过6条微信朋友圈,记录并传递了黄河公司在开发建设光伏电站的每一步进程以及他的所闻所想。

他在文中说:“有些比喻不一定恰当,也不一定准确,只是希望对大家有一些启发。”

简历:杨存龙,黄河公司副总经理,1983年毕业于陕西机械学院水利系,先后参加了黄河上游龙羊峡、李家峡、拉西瓦、积石峡、班多等大中型水电站的建设,2009年荣获全国五一劳动奖章。

2010年,杨存龙担任黄河公司副总经理,主管基本建设,也正是那一年黄河公司开启了光伏电站建设的序幕,他参与并见证了光伏产业在黄河公司的发展。


(一)

2010年8月30日是我第二次到西藏,参加公司举行的西藏桑日10MWP光伏电站开工仪式,这是一个历史的时刻,从此我们开始了一个伟大的历程。

回来后有领导问我“MWP”是什么意思,一下子把我问住了,通常装机容量都用“MW”表示,而光伏电站装机容量为什么用“MWP”表示。原来,这是由于太阳能板的输出功率随着光强变化而变化,MWP就是在标准光强1000W/平方,大气质量AM1.5,温度 25℃时,太阳能板的峰值输出功率,“P”在这里的意思是峰值。

2011年,公司开始了200MW光伏电站的建设,占地约6平方公里,这是一次伟大的决策,当时国家政策指向非常明确,光伏就是国家战略,企业怎么办?毕竟世界上还没有一家建成百兆瓦级的光伏电站,寿命有25年吗?每年的衰减是多少?每年能发多少电?效益如何?这些问题都在拷问着公司领导。赶巧的是,公司在此前,进行了青海共和和河南县特许权光伏电站的投标,对光伏有了深刻的理解,公司主要领导拍板“上”,也就成了必然。

光伏是怎么发电的?专业人员讲得非常认真,光电效应,PN结,空穴,自由电子等等一大堆,还是没有懂,因为给搞土木的人讲这些,无异于对牛弹琴。

我们都有过这样的体验,用一块薄木板,上面放上一把黄豆,用手使劲一拍,黄豆就会跳起来,如果再用一个倾斜的管状物接住,黄豆就会向下滚落,你猜的对,这有点像光伏发电的原理。

当光线照射到电池板时,光波就会激发电子跳跃,而电池板上的珊线就会把这些电子收集起来并在电势作用下流动,从而产生电流。频率越高,电子跳跃的越剧烈,这就像拍木板,拍得越重,黄豆跳得越高一样,如果拍得太轻了,黄豆就跳不起来了,同样如果光频率太低,电子跳跃不起来,也就不产生电流了,换句话说,就是有些光是不能转换成电。

还有一种情况,把黄豆放到不同材质、不同厚度的板子上,你用了相同的力去拍,黄豆跳跃的高度也是不一样的。如果你把黄豆放到石板上,你拍的力再大,黄豆也跳不起来,也就是说相同的光照,照射到不同材质的电池板上,发电效率也是不一样的。

第一座200MW光伏电站在2011年10月29日按期投产,发电量超过预期。随着光伏电站装机容量快速的增长,电池制造产业链产能得到释放,再加上新技术的应用,电池板价格快速下降,从而又激发了光伏电站投资者的热情。看看下面的红线,你就会感知到光伏这几年发展的势头了。

(二)

一些人总认为光伏电站简单,对方案,设备及配套都不太重视,往往把设计委托之后,就觉得OK了。的确,要让光伏电站发出电,很简单。能发更多的电,能把度电成本降下来,就需要优秀的设计,认真的策划。

电站设计对专业设计者来说,是驾轻就熟的,比我肯定要好很多,但一些建议,我认为还是很有必要说说。每一个电站都会有一些败笔,对运行经验的反馈,会使电站逐步趋于完美;而技术上广泛的交流,会让我们选择的设备更加可靠、更加实用;还有就是控制建设费用,但这个空间是有限的,而且还要兼顾到建设质量和好的设备,因此不可能无限压缩;关键是要利用好“光”,提升系统效率。

如果你手头有一个手电筒,你往墙上照射,如光线和墙成直角,光斑会是圆形,如果光线和墙面成斜角,光斑会是椭圆形并且光斑面积比圆形光斑面积大,亮度却不如圆形光斑,这就是说同一束光线,直射时,由于照射面积最小,该面上获得的照射强度(亮度)为最大。太阳的辐射也是如此,直射时单位面积所获得的太阳辐射最多,反之,斜射时,由于照射面积大,单位面积上获得的太阳辐射则少,斜射的角度越大,辐射越少。

刚开始,我们的光伏电站基本都采用固定式支架,好处是成本低、简单,缺点是对“光”的利用率不高,电池板一年内获得的辐照量小,太阳的利用率低,系统转换效率也低。

要获取大的辐照量,也很容易做到,做一个跟踪支架,随时让电池板和太阳保持直角或更大的角度,这样就可以更好的利用“光”,大大的提升太阳能的转换率,但这会带来另一个问题,就是造价的随之升高。

这时候,我们就要进行比对测算,性价比高的支架形式,会给我们带来可观的效益。

现在跟踪支架的使用已成为我们主要的设计方案。

光伏现在还需要国家的补贴,但一直要依赖于此,是“不可能,也不可持续”。平价上网,是唯一出路,虽然这还需要时间,但随着电站系统效率的不断提升及光伏行业技术的不断创新,这目标是可期的。

(三)

光伏发电随太阳照射强度而变,是不确定的、随机的,就像天气一样变化无常。

真让我们无奈,因为当我们要用电时,光伏可能发不了,在发电的时候,我们也可能不需要或者用不了那么多。

公司有着水力发电的优势,水力发电和光伏不同的是功率可以人为控制,实现这一切的设备叫调速器,它可以快速的开启导叶来调整通过发电机的过水量,用以控制发电输出功率。水电和光伏通过互补就可以解决光伏和电网用电不同步的问题。

如果你还没明白,我从另一个方面来说,水力发电是电网的一个蓄电的池子,光伏供应不上就用池子里的电,光伏富裕了,就把电再储到池子里,尽管这不是互补的唯一方法,但我们应该尝试。

2013年12月4日,850兆瓦龙羊峡水光互补项目一期建成,2015年6月全部投产。

 “这项成果填补了国内大规模水光互补关键技术的空白,应用成果达到国际领先水平,推动了国际大规模水光互补技术的发展,为后续联合开展大规模智能调度,风、水、光联合控制技术应用奠定了基础。”

其实意义不仅在于此,重要的是给决策者和公众一个强烈的信息,可再生能源的组合,从技术上来讲支撑整个电网是可行的。

2017年6月17日至23日,青海省用水电、光伏、风电这些清洁能源为全省供电持续168个小时 ,供电量为11.8亿千瓦时,其中,78.3%的电力供应来自水力,21.7%的电力供应来自新能源 ,这也创造了一项世界记录。在这期间公司贡献的总发电量占到了71%。

谁都离不开水,从古至今人类都是依水而居。由于水分配不均,很多地方都缺水,最严峻的是季节性的缺水。水电首先是解决了人们用水的问题,全国十几万个水电站,其实是十几万个蓄水池,有几万亿立方米的蓄水量。这些蓄水池在下游缺水的时候放水,下游水充足时蓄水,对水进行了季节性的再分配,缓解了季节性的缺水问题,并解决了防洪,防汛的问题。当然水还可以发电,并且是风力、光伏发电最好的调节电源,水电任何时候都不可缺少。

2017年5月9日,我在世界水电大会有一个主旨演讲,“风电和光伏的发电成本将在几年内降低至比化石能源更低的水平,新能源发电将会完全替代化石能源,但由于光伏、风电等新能源发电具有波动性、随机性,且其发电不能完全与电网同步,需要水电的灵活调节,因此我们有理由相信今后的电力供应,必定是新能源和水电的组合。”

(四)

光伏发电是新兴产业,和水电、火电相比较它现在处于成长期。

也就是说光伏发电技术还不成熟,长时间内会有很多条技术路线并行,经过实践的不断验证主流技术才会凸显出来,转换效率才会逐渐释放出来,也正因为如此,光伏发展的空间才就越大。

公司的光伏容量已经达2860兆瓦,单从这一个数字来看,无疑我们是世界最大,但要说我们是引领者,我们还有差距。“大”是不够的,主要是要“强”。尤其在技术上要强,这就要求我们要不断地去创新。

2013年前后,公司开始策划一个由各种技术进行组合的实证平台,并最终在2016年6月建成投产。这个平台总容量为100兆瓦,有123个技术组合。公司已经获得了大量数据,并开始对每一组合方案进行技术、经济可行性的分析,这将为光伏平价上网提供有力的技术支持。

所有晶硅电池,在相同的辐照下其输出功率和组件的工作温度成反比,这是影响光伏系统转换效率的重要原因。每一个厂家的电池温度系数都是不一样的,而且差距还不小。在以前,我们订购电池组件时,只关注功率数,并没有对温度系数提出要求或者说根本就不关注温度系数,这是一个错误,我们现在能意识到还不算晚,那就赶快修订技术标准吧。

在今后的几年内,固定式支架,各种跟踪支架还会继续使用,单、多晶电池也不会立即退出市场,但我还是认为平单轴加双面电池的组合会有一个快速的发展。

(五)

2025年前光伏会实现平价上网,也就是说将摆脱国家补贴。这是一个转折点,当然如果说光伏将迎来辉煌时刻,还需要解决好几个问题。

火电要多发,多添点煤就行;水电要多发,多放点水就行。阳光,人可指挥不了,它不可能按照人们的意志想变就变。

令人振奋的是,储能已经被大家所重视,各种新的储能方式不断被推出,储能的成本也在不断下降。可以预期的是在未来20年,锂离子电池的价格将下降70%左右,储能容量的快速增长以及水电的调节,将对未来以光伏、风电为主的电网负荷波动起到平衡的作用,可以保证电网的稳定运行。

日出,人虽然无法控制,但西方不亮东方亮是自然规律。世界能源互联网,通过电网把世界各地的光伏电站连接,就可以实现24小时光伏不间断供电,“2050年建成全球能源互联网”,也为光伏的快速发展助了一把力。

200年前,蒸汽机和煤炭开始使用,化石能源为人提供了无限的能量,人们从此逐渐告别了牛拉肩扛的日子,第一次工业革命也就此开始。

石化物质是太阳的能量转换形成的中间产物。它不仅仅是一种能源,还是一种多元素的化合物。在太阳能可以直接转换成电能以后,如果还把石化类物质作为能量使用,确实是有点可惜。而且又把封存了几千万年的大量的碳释放了出来,地球的温度一定会有一次大的调整,地球上的生物能适应吗?

“到2030年非化石能源发电量占全部发电量的比重,力争达到50%,”这是国家发改委确定的国家能源战略。

2040年世界电力格局将发生巨大的变化,非化石能源装机将超过85%,光伏和风电装机规模将接近50%,并将主宰电力领域,这是彭博社的预测。可再生能源如今还是一个配角,十几年后肯定会是电力供应的主力。光伏发电不仅能给我们提供廉价能源,还是人类能够在地球上继续生存下去的必然选择,这是一个伟大的事业。

(六)

公司从2010年涉足光伏发电产业,短短几年里公司上上下下做了很多工作、取得了很多成就。

每当回顾这段历程,有很多画面在我的脑海里挥之不去。世界上第一座百兆瓦级光伏电站、世界上最大的水光互补项目、世界上最大规模的实证基地、世界上光伏装机容量最大的公司,等等。

有这么多的世界第一在我们手中诞生,这过程中有许许多多难以忘怀的精彩片段。公司主要领导在项目决策时的坚定,规划人员在获取项目开发权时的执着,技术人员在方案讨论时的认真,建设者在项目投产后的兴奋和接下来的奋斗,生产运行人员在子阵区的精心维护等场景都历历在目。

“我们的光伏历程”,怎么写?如果是总结报告的格式,说的会面面俱到,但肯定是干巴巴的,大家也就没有看下去的兴趣和耐心。

公司有这么多的光伏,大家也都在说光伏,但光伏到底是怎么回事,发电的原理是什么?很多人可能不一定清楚。如果加入一些科普知识,一方面能增加可阅读性,另一方面也让大家对光伏有了一个深入的了解。有些比喻不一定恰当,也不一定准确,只是希望对大家有一些启发。

光伏实施前每一个大的方案都要通过公司光伏技术委员会讨论,在这里没有官僚,各个专业的技术干部可以任意表达自己的观点和想法。什么话都可以说,也可以说错话,讨论过程是包容的、开放的、科学的,最后的决策是谨慎和认真的。

公司和很多厂家建立了良好关系,是双方在技术交流时建立的,尽管大家有不同的心思,但通过这样的互动,共同促进了光伏技术的进步。

经常听到有人说“你们公司和其他公司不一样?”我问“怎么个不一样?”“很多公司只重视建设,至于投产后能不能达产,似乎不太关注。”我说“我们做的项目,是要长期拥有的,我们要的是电站全寿命周期内价值的最大化。还有我们做工程,不仅是项目的建设,重要的是我们还要进行‘良心’的建设”。


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