第一節(jié) 碳中和加速新能源快速發(fā)展一、碳中和加速新能源快速發(fā)展
2019年初,在世界范圍的金融危機(jī)逐漸消退，哥本哈根會議以及各國能源新政的不斷推出，在經(jīng)過了2009年下半年的休養(yǎng)生息之后，光伏產(chǎn)業(yè)基本恢復(fù)了元?dú)猓⒃谟右粋€更加健康和理性的未來。今年全球太陽能的安裝產(chǎn)值預(yù)期增長22%，預(yù)計(jì)全球太陽能安裝量將達(dá)到7107MW。在這樣的大背景下,中國光伏產(chǎn)業(yè)在生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)、貿(mào)易、統(tǒng)集成環(huán)節(jié)都出現(xiàn)了更加積極、健康的局面.有關(guān)數(shù)據(jù)現(xiàn)實(shí)，2010年中國光伏電站的裝機(jī)容量有望實(shí)現(xiàn)2～3倍的增長，但是于此同時依然面對瓶頸。
1.中國碳中和定義見圖8-1。今年的政府工作報(bào)告將“扎實(shí)做好碳達(dá)峰、碳中和各項(xiàng)工作”列為重點(diǎn)工作之一。報(bào)告指出，制定2030年前碳排放達(dá)峰行動方案，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和能源結(jié)構(gòu)，大力發(fā)展新能源。
圖1 碳中和定義
2.國外芬蘭確認(rèn)在2035年，瑞典、奧地利、冰島等國家在2045年實(shí)現(xiàn)凈零排放；英國、挪威、加拿大、日本等將碳中和的時間節(jié)點(diǎn)定在2050年。一些發(fā)展中國家如智利，也計(jì)劃2050年實(shí)現(xiàn)碳中和。
3.碳中和與新能源的結(jié)合在關(guān)鍵技術(shù)、市場機(jī)制、政策保障等方面都將呈現(xiàn)多樣化發(fā)展。
技術(shù)方面。既包括儲能、氫能、CCUS（碳捕集、利用與封存）等關(guān)鍵環(huán)節(jié)技術(shù)，也包括高比例新能源下電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行、綜合能源耦合互補(bǔ)等系統(tǒng)性技術(shù)。
市場方面。既包括能夠支撐新能源高效消納的輔助服務(wù)市場、現(xiàn)貨市場、容量市場、多能協(xié)同交易市場等能源電力市場機(jī)制，也包括能夠有效將碳排放外部成本內(nèi)部化的碳交易市場機(jī)制。
政策方面。既包括科學(xué)有效地將國家的碳達(dá)峰與碳中和下沉至各省市、各行業(yè)的縱向目標(biāo)分解政策，也包括統(tǒng)籌規(guī)劃新能源、P2X（電轉(zhuǎn)其他能源或化工產(chǎn)品）、碳循環(huán)利用等清潔低碳產(chǎn)業(yè)鏈的橫向產(chǎn)業(yè)培育政策。
二、碳中和全景圖碳中和全景圖見圖8-2，實(shí)現(xiàn)碳中和的關(guān)鍵在于使占85%碳排放的化石能源實(shí)現(xiàn)向清潔能源的轉(zhuǎn)化。
（1）非化石能源的占比將從2020年的16.4%提升至2030年的26%，甚至2060的100%。
（2）預(yù)計(jì)2020至2030年十年間，我國能源消費(fèi)將增長20%，非化石能源將是增量的主要貢獻(xiàn)。
（3）非化石能源中光伏風(fēng)電潛力最大。
（4）煤炭石油天然氣消耗總量將于25年、30年、40年達(dá)峰。
圖2 碳中和全景圖
三、碳中和實(shí)現(xiàn)路徑碳中和實(shí)現(xiàn)路徑見圖8-3，碳中和的實(shí)現(xiàn)路徑主要包括：電力生產(chǎn)清潔化、發(fā)展氫能源、交通和工業(yè)的電動化、氫能化和碳捕捉四個方面。我們預(yù)測2060年中國將有以下變革：
1）借助光伏風(fēng)電裝機(jī)，電力完全脫碳。
2）氫能源實(shí)現(xiàn)完全商業(yè)化。
3）鋼鐵建材交通等行業(yè)將大規(guī)模電力化和氫能化改造。
4）碳捕捉是實(shí)現(xiàn)雄為目標(biāo)的關(guān)鍵。
圖3 碳中和實(shí)現(xiàn)路徑
四、碳中和加速新能源快速發(fā)展，對儲能提出更高的要求1．“可再生能源+儲能”為推動能源革命和清潔低碳發(fā)展，“十四五”可再生能源裝機(jī)規(guī)模將實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展，已成為能源行業(yè)的共識，成為支撐可再生能源穩(wěn)定規(guī)模化發(fā)展的關(guān)鍵。
2．新能源汽車促進(jìn)儲能產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展得益于良好的政策扶持，我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，也帶動了儲能用電池技術(shù)的進(jìn)步，我國儲能產(chǎn)業(yè)化發(fā)展基礎(chǔ)也已形成。當(dāng)前，儲能作為支撐新能源跨越式發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)被首次提出，產(chǎn)業(yè)配套協(xié)同發(fā)展的趨勢顯著，新經(jīng)濟(jì)形勢下需要以儲能為支撐構(gòu)建新經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)，為我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展提供支持
3．電力市場化釋放儲能應(yīng)用空間隨著電力市場化改革深入，市場規(guī)則開放了儲能參與市場的身份，相應(yīng)規(guī)則面向儲能予以調(diào)整，輔助服務(wù)市場內(nèi)各類服務(wù)和需求響應(yīng)機(jī)制成為儲能獲取額外收益的重要平臺
五、碳中和加速新能源快速發(fā)展，氫能可能是碳中和的最終解決方案碳中和最終解決方案見圖8-4，實(shí)現(xiàn)能源最終的能源碳中和必須在非電領(lǐng)域推動新的技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用，目前來看主要有三個解決方案，分別是氫能源、碳捕捉和生物質(zhì)。
1）氫能與新能源結(jié)合位于蘭州新區(qū)的全球首個“液態(tài)太陽燃料合成示范項(xiàng)目”
2）所謂“液態(tài)陽光”就是把太陽能和風(fēng)能發(fā)出來的電，通過制氫變成氫，然后氫再跟二氧化碳合成甲醇。
3）尤其是對西部地區(qū)可再生能源高效利用、儲存消納可再生能源具有重要的現(xiàn)實(shí)意義”。
圖4 碳中和最終解決方案
第二節(jié) 光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀中國作為目前世界上經(jīng)濟(jì)發(fā)展最迅速的經(jīng)濟(jì)體，在光伏發(fā)電領(lǐng)域的技術(shù)和應(yīng)用只是處于世界的下游水平。其中的主要原因是國內(nèi)還沒有掌握電池所需要的多晶硅提純技術(shù)，該技術(shù)被國外的大企業(yè)所壟斷，因而國內(nèi)生產(chǎn)太陽能光伏電池的成本很高。光伏發(fā)電的成本是一般發(fā)電成本的數(shù)倍，也因此造成無法廣泛普及。
我國光伏產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，已形成較為完整的光伏制造產(chǎn)業(yè)體系。當(dāng)前的主要問題是：產(chǎn)能嚴(yán)重過剩，市場過度依賴外需，企業(yè)普遍經(jīng)營困難。
光伏產(chǎn)業(yè)是戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。發(fā)展光伏產(chǎn)業(yè)對調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、推進(jìn)能源生產(chǎn)和消費(fèi)方式變革、促進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)具有重要意義。我國光伏產(chǎn)業(yè)當(dāng)前遇到的困難，既是產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，也是促進(jìn)產(chǎn)業(yè)調(diào)整升級的契機(jī)，特別是光伏發(fā)電成本大幅下降，為擴(kuò)大國內(nèi)市場提供了有利條件。要按照創(chuàng)新體制機(jī)制、完善政策措施、擴(kuò)大消費(fèi)市場、規(guī)范市場秩序、推進(jìn)產(chǎn)業(yè)重組、降低發(fā)電成本的思路，統(tǒng)籌兼顧、綜合施策，著力提升產(chǎn)業(yè)競爭力。
第三節(jié) 光伏建筑一體化(BIPV)創(chuàng)新方向一、特點(diǎn)1．優(yōu)點(diǎn)1）綠色能源
太陽能光伏建筑一體化產(chǎn)生的是綠色能源，是應(yīng)用太陽能發(fā)電，不會污染環(huán)境。太陽能是最清潔并且是免費(fèi)的，開發(fā)利用過程中不會產(chǎn)生任何生態(tài)方面的副作用。它又是一種再生能源，取之不盡，用之不竭。
2）不占用土地
光伏陣列一般安裝在閑置的屋頂或外墻上，無需額外占用土地，這對于土地昂貴的城市建筑尤其重要；夏天是用電高峰的季節(jié)，也正好是日照量最大、光伏系統(tǒng)發(fā)電量最多的時期，對電網(wǎng)可以起到調(diào)峰作用。
3）太陽能光伏建筑一體技術(shù)采用并網(wǎng)光伏系統(tǒng)
不需要配備蓄電池，既節(jié)省投資，又不受蓄電池荷電狀態(tài)的限制，可以充分利用光伏系統(tǒng)所發(fā)出的電力。
4）起到建筑節(jié)能作用
光伏陣列吸收太陽能轉(zhuǎn)化為電能，大大降低了室外綜合溫度，減少了墻體得熱和室內(nèi)空調(diào)冷負(fù)荷，所以也可以起到建筑節(jié)能作用。因此，發(fā)展太陽能光伏建筑一體化，可以“節(jié)能減排”。
2．缺點(diǎn)雖然太陽能光伏建筑一體化有高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等諸多優(yōu)點(diǎn)，并已在世博場館和示范工程上得以運(yùn)用，但光伏建筑還未進(jìn)入尋常百姓家，成片使用該技術(shù)的民宅社區(qū)并未出現(xiàn)。這是由于太陽能光伏建筑一體化存有幾大問題
1）造價較高
太陽能光伏建筑一體化建筑物造價較高。一體化設(shè)計(jì)建造的帶有光伏發(fā)電系統(tǒng)的建筑物造價較高，在科研技術(shù)方面還有待提升。
2）成本高
太陽能發(fā)電的成本高。太陽能發(fā)電的成本是每度2.5元，比常規(guī)發(fā)電成本每度1元翻倍。
3）不穩(wěn)定
太陽能光伏發(fā)電不穩(wěn)定，受天氣影響大，有波動性。這是由于太陽并不是一天24小時都有，因此如何解決太陽能光伏發(fā)電的波動性，如何儲電也是亟待解決的問題。
二、建筑設(shè)計(jì)1．光伏組件性能作為普通光伏組件，只要通過IEC61215的檢測，滿足抗130km/h(2，400Pa)風(fēng)壓和抗25mm直徑冰雹23m/s的沖擊的要求。用做幕墻面板和采光頂面板的光伏組件，不僅需要滿足光伏組件的性能要求，同時要滿足幕墻的三性實(shí)驗(yàn)要求和建筑物安全性能要求，因此需要有更高的力學(xué)性能和采用不同的結(jié)構(gòu)方式。例如尺寸為1200mm×530mm的普通光伏組件一般采用3.2mm厚的鋼化超白玻璃加鋁合金邊框就能達(dá)到使用要求。但同樣尺寸的組件用在BIPV建筑中，在不同的地點(diǎn)，不同的樓層高度，以及不同的安裝方式，對它的玻璃力學(xué)性能要求就可能是完全不同的。南玻大廈外循環(huán)式雙層幕墻采用的組件就是兩塊6mm厚的鋼化超白玻璃夾膠而成的光伏組件，這是通過嚴(yán)格的力學(xué)計(jì)算得到的結(jié)果。
2．美學(xué)要求BIPV建筑首先是一個建筑，它是建筑師的藝術(shù)品，就相當(dāng)于音樂家的音樂，畫家的一幅名畫，而對于建筑物來說光線就是他的靈魂，因此建筑物對光影要求甚高。但普通光伏組件所用的玻璃大多為布紋超白鋼化玻璃，其布紋具有磨砂玻璃阻擋視線的作用。如果BIPV組件安裝在大樓的觀光處，這個位置需要光線通透，這時就要采用光面超白鋼化玻璃制作雙面玻璃組件，用來滿足建筑物的功能。同時為了節(jié)約成本，電池板背面的玻璃可以采用普通光面鋼化玻璃。
一個建筑物的成功與否，關(guān)鍵一點(diǎn)就是建筑物的外觀效果，有時候細(xì)微的不協(xié)調(diào)都是不能容忍。但普通光伏組件的接線盒一般粘在電池板背面，接線盒較大，很容易破壞建筑物的整體協(xié)調(diào)感，通常不為建筑師所接受，因此BIPV建筑中要求將接線盒省去或隱藏起來，這時的旁路二極管沒有了接線盒的保護(hù)，要考慮采用其他方法來保護(hù)它，需要將旁路二極管和連接線隱藏在幕墻結(jié)構(gòu)中。比如將旁路二極管放在幕墻骨架結(jié)構(gòu)中，以防陽光直射和雨水侵蝕。
普通光伏組件的連接線一般外露在組件下方，BIPV建筑中光伏組件的連接線要求全部隱藏在幕墻結(jié)構(gòu)中。
3．結(jié)構(gòu)性能配合在設(shè)計(jì)BIPV建筑時要考慮電池板本身的電壓、電流是否方便光伏系統(tǒng)設(shè)備選型，但是建筑物的外立面有可能是一些大小、形式不一的幾何圖形組成，這會造成組件間的電壓、電流不同，這個時候可以考慮對建筑立面進(jìn)行分區(qū)及調(diào)整分格，使BIPV組件接近標(biāo)準(zhǔn)組件電學(xué)性能，也可以采用不同尺寸的電池片來滿足分格的要求，以最大限度地滿足建筑物外立面效果。另外，還可以將少數(shù)邊角上的電池片不連接入電路，以滿足電學(xué)要求。
4．利用太陽能太陽能為保護(hù)環(huán)境創(chuàng)造了有利條件，于是許多建筑學(xué)家巧妙利用太陽能建造太陽能建筑。
1）太陽能墻
美國建筑專家發(fā)明太陽能墻，是在建筑物的墻體外側(cè)裝一層薄薄的黑色打孔鋁板，能吸收照射到墻體上的80%的太陽能量。被吸入鋁板的空氣經(jīng)預(yù)熱后，通過墻體內(nèi)的泵抽到建筑物內(nèi)，從而就能節(jié)約中央空調(diào)的能耗。
2）太陽能窗
德國科學(xué)家發(fā)明了兩種采用光熱調(diào)節(jié)的玻璃窗。一種是太陽能溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，白天采集建筑物窗玻璃表面的暖氣，然后把這種太陽能傳遞到墻和地板的空間存儲，到了晚上再放出來；另一種是自動調(diào)整進(jìn)入房間的陽光量，如同變色太陽鏡一樣，根據(jù)房間設(shè)定的溫度，窗玻璃或是變成透明或是變成不透明。
3）太陽能房屋.
德國建筑師塞多。特霍爾斯建造了一座能在基座上轉(zhuǎn)動跟蹤陽光的太陽能房屋。該房屋安裝在一個圓盤底座上，由一個小型太陽能電動機(jī)帶動一組齒輪，使房屋底座在環(huán)形軌道上以每分鐘轉(zhuǎn)動3厘米的速度隨太陽旋轉(zhuǎn)。這個跟蹤太陽的系統(tǒng)所消耗的電力僅為該房太陽能發(fā)電功率的1%，而該房太陽能發(fā)電量相當(dāng)于一般不能轉(zhuǎn)動的太陽能房屋的兩倍。
三、分類根據(jù)光伏方陣與建筑結(jié)合的方式不同，太陽能光伏建筑一體化可分為兩大類：
第一類是光伏方陣與建筑的結(jié)合。這種方式是將光伏方陣依附于建筑物上，建筑物作為光伏方陣載體，起支承作用。
第二類是光伏方陣與建筑的集成。這種方式是光伏組件以一種建筑材料的形式出現(xiàn)，光伏方陣成為建筑不可分割的一部分。
光伏方陣與建筑的結(jié)合（即第一類）是一種常用的形式。2008年奧運(yùn)會體育賽事的國家游泳中心和國家體育館等奧運(yùn)場館中，采用的就是光伏方陣與建筑結(jié)合的太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，這些系統(tǒng)年發(fā)電量可達(dá)70萬千瓦時，相當(dāng)于節(jié)約標(biāo)煤170噸，減少二氧化碳排放570噸。
四、結(jié)合方式根據(jù)光伏方陣與建筑結(jié)合的方式不同，太陽能光伏建筑一體化可分為兩大類：建筑與光伏器件相結(jié)合和建筑與光伏系統(tǒng)相結(jié)合。
1.與建筑結(jié)合建筑與光伏的進(jìn)一步結(jié)合是將光伏器件與建筑材料集成化。一般的建筑物外圍護(hù)表面采用涂料、裝飾瓷磚或幕墻玻璃，目的是為了保護(hù)和裝飾建筑物。如果用光伏器件代替部分建材，即用光伏組件來做建筑物的屋頂、外墻和窗戶，這樣既可用做建材也可用以發(fā)電，可謂物盡其美。對于框架結(jié)構(gòu)的建筑物，可把其整個圍護(hù)結(jié)構(gòu)做成光伏陣列，選擇適當(dāng)光伏組件，既可吸收太陽直射光，也可吸收太陽反射光。目前已經(jīng)研制出大尺度的彩色光伏模塊，可以實(shí)現(xiàn)以上目的，使建筑外觀更具魅力.
2.與光伏系統(tǒng)與建筑相結(jié)合的光伏系統(tǒng)，可以作為獨(dú)立電源或者以并網(wǎng)的方式供電當(dāng)系統(tǒng)參與并網(wǎng)時，可以不需要蓄電池。但需要與電網(wǎng)的裝置，而與并網(wǎng)發(fā)電是當(dāng)今光伏應(yīng)用的新趨勢。將光伏組件安裝在建筑物的屋頂或外墻，引出端經(jīng)過控制器與公共電網(wǎng)相連接需要向光伏陣列及電網(wǎng)并聯(lián)向用戶供電，這就組成了并網(wǎng)光伏系統(tǒng)。
第四節(jié) 光伏直流微網(wǎng)一、直流微電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖8-5示意了一種適用于未來智能家庭、商業(yè)樓宇，以及工業(yè)園區(qū)的典型直流微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)內(nèi)可包含光伏、風(fēng)電等間歇性分布式電源，微型燃?xì)廨啓C(jī)和燃料電池等可控型分布式電源，電池儲能、飛輪或超級電容等儲能單元以及本地交/直流負(fù)荷。若直流微電網(wǎng)可與外部交流電網(wǎng)互聯(lián)，則可通過雙向DC-AC變流器接入交流系統(tǒng)。
在未來直流微電網(wǎng)中，為進(jìn)一步提高直流系統(tǒng)供電靈活性和可靠性，以適應(yīng)不同電壓等級分布式電源、儲能系統(tǒng)及負(fù)荷接入，可采用雙極性三線制結(jié)構(gòu)。根據(jù)中線的出線形式不同，雙極性三線制供電系統(tǒng)主要如圖8-6所示，其中直流系統(tǒng)與交流系統(tǒng)互聯(lián)端口采用兩個相同容量的雙向DC-AC變流器（如圖8-6a所示），或者直流系統(tǒng)中兩個儲能單元通過DC-DC變流器(如圖8-6b所示)，兩者共用一極直流母線，實(shí)際上直流系統(tǒng)內(nèi)部為兩個獨(dú)立供電回路，可靠性較高，但需要兩套全功率電力電子變流裝置，成本更高。圖8-6c中，通過在直流母線電容中點(diǎn)引出中線，在正負(fù)極間分布式電源或負(fù)荷不平衡的情況下，如果采用具有中點(diǎn)電位平衡功能的三電平中點(diǎn)箱位式DC-AC變流器(neutral point clamped converterNPC尸)]，則可以保證直流正負(fù)母線電壓平衡，但對于常規(guī)兩電平DC-AC或獨(dú)立直流微電網(wǎng)來說，則無法實(shí)現(xiàn)直流正負(fù)極母線電壓對稱。為解決上述問題，直流微電網(wǎng)可通過如圖圖8-6d所示電壓平衡器構(gòu)成雙極三線制系統(tǒng)。電壓平衡器的應(yīng)用不受直流微電網(wǎng)運(yùn)行模式(并網(wǎng)運(yùn)行或獨(dú)立運(yùn)行)的限制，可以靈活地并入DC-AC或DC-DC變流器的輸出端口;同時直流微電網(wǎng)的直流母線電壓控制(如并網(wǎng)時由DC-AC來控制，獨(dú)立運(yùn)行時由儲能DC-DC來控制)和正/負(fù)極電壓平衡控制(由電壓平衡器來控制)兩者完全解藕，相比圖8-6c所示采用NPC拓?fù)涞闹绷魑㈦娋W(wǎng)，控制更加靈活，可靠性更高。
圖5 典型直流微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖
圖6 直流系統(tǒng)雙極性三線制供電結(jié)構(gòu)
二、直流微電網(wǎng)應(yīng)用場景微網(wǎng)應(yīng)用主要適用海島、偏遠(yuǎn)鄉(xiāng)村、經(jīng)常停電的場景，光儲系統(tǒng)獨(dú)立或者光儲系統(tǒng)與柴發(fā)共同組成供電系統(tǒng)給負(fù)載供電。
1.光儲給負(fù)載供電光儲給負(fù)載供電如圖8-7所示，適用于無電網(wǎng)的場景，PV和電池及負(fù)載組成離網(wǎng)微電系統(tǒng)，PV電池發(fā)出的能量供給負(fù)載使用，余能存儲于電池中，待PV能量不足或夜間時，由儲能給負(fù)載供電。
圖7 光儲給負(fù)載供電
表1
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2.光儲與柴發(fā)結(jié)合給負(fù)載供電光儲與柴發(fā)結(jié)合給負(fù)載供電如圖8-8所示，適用于無電網(wǎng)場景，PV和電池及柴發(fā)和負(fù)載組成離網(wǎng)微網(wǎng)電網(wǎng)系統(tǒng)，PV發(fā)電能量供給負(fù)載使用，余能存儲于電池中，待PV能量不足或夜間是，先由電池給負(fù)載供電，電池存儲的能量全部放出后，由柴發(fā)給負(fù)載供電。
圖8 光儲與柴發(fā)結(jié)合給負(fù)載供電
三、直流微電網(wǎng)保護(hù)設(shè)備熔斷器和直流斷路器是直流微電網(wǎng)中常見的兩種保護(hù)設(shè)備。其中熔斷器是過電流繼電保護(hù)裝置與開斷裝置合為一體的開關(guān)設(shè)備，根據(jù)電流超過規(guī)定值一段時間后，以其自身產(chǎn)生的熱量使熔體熔化，從而斷開電路。熔斷器的選擇主要依據(jù)負(fù)載的保護(hù)特性和短路電流的大小選擇熔斷器的類型。熔斷器具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、價格低廉等優(yōu)點(diǎn)，在低壓系統(tǒng)中廣泛被應(yīng)用。
直流斷路器根據(jù)電流開斷方式不同，主要有機(jī)械式直流斷路器、固態(tài)直流斷路器和基于二者結(jié)合的混合式直流斷路器。機(jī)械式直流斷路器主要由交流斷路器和RLC元件構(gòu)成的輔助振蕩回路組成，借助輔助振蕩回路人為產(chǎn)生過零點(diǎn)。機(jī)械式直流斷路器通態(tài)損耗低，但快速切斷故障電流能力不強(qiáng)(目前最快仍需要數(shù)十毫秒)。近年來，完全由可控型半導(dǎo)體器件構(gòu)成的直流固態(tài)斷路器，以數(shù)毫秒級分?jǐn)嗄芰Αo觸點(diǎn)、分?jǐn)嗖划a(chǎn)生電弧等優(yōu)點(diǎn)受到廣泛關(guān)注。與機(jī)械式直流斷路器相比，固態(tài)直流斷路器切除故障電流速度更快，但通態(tài)損耗相對較大、成本較高。混合式直流斷路器用快速機(jī)械開關(guān)導(dǎo)通正常運(yùn)行電流，固態(tài)電力電子裝置開斷短路電流，有效地結(jié)合機(jī)械式斷路器通態(tài)損耗小、固態(tài)斷路器開斷速度快等優(yōu)點(diǎn)。未來，隨著半導(dǎo)體器件的快速發(fā)展和成本的降低，固態(tài)直流斷路器和混合式直流斷路器將會在直流微電網(wǎng)和直流配用電系統(tǒng)中得到應(yīng)用。
對于直流微電網(wǎng)，多分段或多端復(fù)雜直流微電網(wǎng)來說，具有快速開斷直流故障電流和隔離故障功能的直流斷路器對保證系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行是至關(guān)重要的。因此如何提高直流斷路器的開斷速度和開斷容量是研發(fā)直流斷路器所面臨的主要挑戰(zhàn)。
直流微電網(wǎng)中直流母線處通常含有較大容量的母線電容。極間故障時，母線電容的瞬時放電造成的瞬態(tài)短路沖擊電流可能會導(dǎo)致系統(tǒng)中直流斷路器的誤動作，從而導(dǎo)致保護(hù)系統(tǒng)的選擇性喪失、過多分布式電源或負(fù)荷等設(shè)備的斷電和保護(hù)設(shè)備相互協(xié)調(diào)能力的降低等后果。為避免出現(xiàn)過大的瞬時短路電流和減少直流斷路器的誤動作，可采用故障限流裝置與直流斷路器進(jìn)行配合。
四、直流微電網(wǎng)展望未來直流微電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展方向展望如下：
1）目前分布式電源、儲能單元及交直流負(fù)荷等均通過常規(guī)電力電子裝置接入直流微電網(wǎng)，普遍存在功能單一和不具備即插即用等問題，研發(fā)更加高效可靠，以及模塊化、智能化的即插即用型多功能變流器接口或電能交換器[}9}-9a]將是值得工業(yè)界和學(xué)術(shù)界深入探索的研究方法。
2）為應(yīng)對高密度分布式能源和多元負(fù)荷接入交直流混合微電網(wǎng)，如何綜合考慮系統(tǒng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、源一網(wǎng)一荷一儲優(yōu)化配置及運(yùn)行與規(guī)劃緊密藕合等因素，是未來交直流混合微電網(wǎng)優(yōu)化規(guī)劃方向的重要課題。
（3）在運(yùn)行控制方面，如何提高設(shè)備級控制系統(tǒng)的魯棒自治性能以及系統(tǒng)級控制系統(tǒng)的可靠性、靈活性和可擴(kuò)展性，且能綜合協(xié)調(diào)運(yùn)行控制技術(shù)和智能保護(hù)技術(shù)，是未來直流微電網(wǎng)能量管理和運(yùn)行控制系統(tǒng)重要的理論研究和技術(shù)發(fā)展方向。
（4）在直流微電網(wǎng)保護(hù)技術(shù)方面，研發(fā)具備更J決開斷速度、更高開斷容量以及更高效可靠的直流斷路器;基于故障限流的新型直流配用電保護(hù)技術(shù)等，均是值得探索的前沿課題。
第五節(jié) 光伏電站投資建設(shè)瓶頸規(guī)劃中的光伏電站比較多的集中在陽光充沛的西部邊遠(yuǎn)地帶,比較容易實(shí)現(xiàn)高壓并網(wǎng)之后的跨區(qū)電力交易和輸送,也比較容易獲得地方政府支持.但是結(jié)合當(dāng)前大量風(fēng)電電站因無法并網(wǎng)而限制的現(xiàn)實(shí),今后光伏電站降面臨同樣并網(wǎng)的問題,主要原因有以下幾個方面:
各個投資主體計(jì)劃中的光伏電站布局規(guī)劃不協(xié)調(diào),增加并網(wǎng)成本,甚至短期之內(nèi)無法并網(wǎng)；電網(wǎng)安全問題有待解決,例如電網(wǎng)的調(diào)峰\調(diào)頻能力；電網(wǎng)企業(yè)未能按照第五條要求,建設(shè)可再生能源發(fā)電項(xiàng)目的接入系統(tǒng)工程,加大了發(fā)電企業(yè)的建設(shè)成本；電網(wǎng)企業(yè)在收購電量時,存在減少發(fā)電企業(yè)的上網(wǎng)電量,壓低上網(wǎng)價格,強(qiáng)行分?jǐn)倱p耗,不按期或者不足額支付電費(fèi)等問題,嚴(yán)重影響電站的運(yùn)營收益。
第六節(jié) 光儲技術(shù)應(yīng)用我國光儲項(xiàng)目以技術(shù)示范和模式驗(yàn)證為主。項(xiàng)目應(yīng)用主要分為：集中式光儲和分布式光儲。
一、集中式光儲主要是儲能與”三北”地區(qū)的大型光伏電站相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)削峰填谷，跟蹤計(jì)劃出力，提供電網(wǎng)支撐和平抑波動等功能，項(xiàng)目主要分布于青海、河北、甘肅、新疆等地區(qū)。
二、分布式儲能應(yīng)用場景多樣，儲能主要用于節(jié)省用戶電費(fèi)支出、參與需求響應(yīng)、提高光伏自發(fā)自用水平、替代電纜鋪設(shè)/減少柴油發(fā)電等。項(xiàng)目主要分布在青海、西藏、甘肅、江蘇、浙江等地區(qū)，主要是解決當(dāng)?shù)赜秒娎щy問題。
華能集團(tuán)2017年12月投運(yùn)的青海格爾木光伏+儲能電站，是中國首座規(guī)模最大的商業(yè)化光儲電站，采用鉛炭電池、磷酸鐵鋰電池，探索和應(yīng)用了一種分布式直流側(cè)光伏儲能技術(shù)。
國電投黃河水電公司于2018年6月投資運(yùn)營的青海共和多能互補(bǔ)驗(yàn)證項(xiàng)目，采用四種不同電池對儲能系統(tǒng)的電池特性、容量配比、系統(tǒng)匹配以及控制進(jìn)行研究，并對水光儲互補(bǔ)協(xié)調(diào)運(yùn)行模式進(jìn)行了驗(yàn)證。國網(wǎng)浙江省電力公司2018年6月投運(yùn)的南麂島微網(wǎng)示范工程項(xiàng)目，采用磷酸鐵鋰電池和超級電容，該項(xiàng)目是全國建成的首個離網(wǎng)型兆瓦級智能電網(wǎng)項(xiàng)目，為離網(wǎng)型海島供電范本。
協(xié)合新能源西藏乃東20MW光伏電站+5MWh儲能電站項(xiàng)目順利并網(wǎng)。采用鋰電池技術(shù)，海拔最高的容量最大的儲能電站，也是到目前為止海拔最高的梯次利用的儲能電站。
湖北棗陽平凡瑞豐10MW光伏+10MW/40MWh全釩液流電池儲能項(xiàng)目首期3MW光伏+3MW/12MWh儲能項(xiàng)目竣工投運(yùn)，該項(xiàng)目是目前國內(nèi)最大規(guī)模的全釩液流電池光儲用一體化項(xiàng)目。
第七節(jié) 光儲能未來發(fā)展一、光伏+儲能是未來發(fā)展趨勢太陽能發(fā)電可實(shí)現(xiàn)零碳排且沒有附加成本。儲能技術(shù)可提供備用電源、調(diào)頻和其他電網(wǎng)服務(wù)將二者結(jié)合可實(shí)現(xiàn)夜間的持續(xù)供電，增加可用發(fā)電時間內(nèi)的產(chǎn)出，提高電網(wǎng)靈活性。在分布式社區(qū)和屋頂系統(tǒng)中，太陽能和儲能技術(shù)的結(jié)合可減少配電網(wǎng)壓力，推遲或減少基礎(chǔ)設(shè)施投資。在宏觀層面上，儲能和太陽能發(fā)電可在無需做出重大改變的情況下提高太陽能設(shè)施普及率，從而減少碳排放。光伏和儲能構(gòu)建智能微電網(wǎng)，可以提升新能源滲透率和消納能力，更好的滿足用戶多樣性需求，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)供能，還可以減少用電偏差，提高考核收益。而在戶用電站加入儲能，可以減少用戶對電網(wǎng)的依賴，用電更加自由化。
二、光儲未來發(fā)展光伏+儲能發(fā)展將相輔相成，儲能在能源市場的“剛需”身份在逐步的確定，展望光儲未來發(fā)展，業(yè)界人士認(rèn)為光儲應(yīng)用未來可期，預(yù)計(jì)在光伏+儲能系統(tǒng)應(yīng)用將大放異彩。大電網(wǎng)中的滲透率將逐漸擴(kuò)大;多參與電力交易、電網(wǎng)調(diào)度、調(diào)頻調(diào)峰;基于光儲充的家庭智能用電、智慧能源社區(qū)將日趨。光伏+儲能應(yīng)用將在未來能源領(lǐng)域扮演重要的角色，預(yù)計(jì)未來將有更多的企業(yè)布局這一領(lǐng)域。
