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全球超8億人口尚未通電,小型電網未來展望

作者:中國儲能網新聞中心 來源:PV-Tech 發布時間:2020-05-06 瀏覽:
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近年來,全球供電發展勢頭迅猛。自2010年以來,全球有8億人口用上了電。然而,截至2018年年底,未通電人口仍有8.6億,其中有98%生活在非洲和亞洲。

可為這些人群持續供電的主要解決方案有三種:延伸電網、太陽能戶用系統和小型電網。選擇這些解決方案的經濟考量主要取決于與電網的距離、人口密度和服務水平。

延伸電網是最典型的回答,但這種方法存在數個問題。對于偏遠社區來說,延伸電網可能非常昂貴,而且供電質量并不一定高(也就是所謂的“差電網”)。

個人發電系統是一種為低人口密度地區提供基礎質量服務的極為有效的方法,例如太陽能燈或太陽能戶用系統(SHS)。過去數年,SHS制造商和經銷商取得了重大進展,如BBOXX、Mobisol、Fenix International、道達爾和施耐德電氣等。然而,這些解決方案通常用于為低功率電器供電,屬于過渡性方案。

過去五至十年,小型電網、本地電網和獨立電網蓄勢待發。與太陽能戶用系統相比,在人群足夠密集的情況下,這類電網的成本更低,可提供的供電服務質量也與延伸電網相類似。

我們重點關注了31個亞非國家。在這些國家中,出于監管、歷史或經濟原因,小型電網意義重大。我們還分析了小型電網的上游產業(組件制造商和集成商),這些國家的監管框架以及相關項目。

上游行業的主要趨勢:技術創新與集裝箱式

小型電網/微電網/納米電網?

這些術語聽起來挺復雜,人們很難找到兩種對小型電網的類似定義?;赗EN21、UNFCCC和ARE的定義,我們將小型電網定義為:綜合峰值功率介于10kW-10MW,通過本地電網連接多名用戶的一個或多個分布式發電系統。

這些系統與主電網完全隔離。而沒有完全與主電網隔離的系統就被稱為微電網。峰值功率更?。?lt;10kW)的電網被稱為納米電網。

其中大部分項目是在社區層面(通常為村鎮)發電和配電,這些項目也可用于商業、工業、軍事或農業領域。

最初,小型電網完全是以柴油發電或水力發電為基礎的。過去10年,光伏價格的下跌有利于開發基于光伏的小型電網。當前的典型項目包括光伏組件、電池、備用柴油發電機、能源管理系統(EMS)。此外,當然還包括逆變器、電表和當地電網,

如圖所示。

小型電網的主要組成部分

電池:小型電網總成本的一個關鍵組成部分

在一個典型的小型光伏電網中,電池是資本性支出(CAPEX)和運營支出(OPEX)的關鍵組成部分。就村鎮電氣化而言,可靠性是首要要求。由于技術人員到場較為困難,大多數EPC公司都會選擇成熟的低成本技術。

因此,對于中小型系統來說(如小于一兆瓦),鉛酸電池仍然是目前最常用的技術。它們的每千瓦時名義成本較低,是市場上眾所周知的主流技術,因此也更易于維護或尋找備件。然而,鉛酸電池對溫度的敏感性高、放電深度低,此外,壽命也短,這往往讓它們成為系統中的薄弱環節。

大多數離網系統所處的惡劣環境為創新提供了機遇。鋰電池越來越多的被用于小型電網。過去幾年,新的儲能技術亦得以試用(如液流電池、鋅-空氣電池、鈉鎳電池、鈉離子電池等),成功率不一。

幾家接受采訪的小型電網開發商和EPC公司表示,即使有少數幾家開發商愿意承擔風險,仍然需要一種可以降低系統總持有成本的、更可靠的技術。

能源管理系統:系統的大腦

混合電力(柴油發電機組、光伏、電池、水電等)令系統更加復雜,必須由本地智能系統管理。這種本地EMS智能系統由軟件和硬件控制方案組成。從控制器到具備預測和先進優化算法功能的本地計算機,這些系統的種類繁多。

但是,智能程度并非越高越好。小型電網設計方必須在高效電源管理、低成本和高靈活度之間找到一個折中點。對于大多數項目來說,確定最適合特定項目的EMS系統的關鍵在于經驗。

集成:標準化之路

目前,大多數小型電網都是定制的。項目融資需求和社區需求確定之后,就會選出一家EPC公司設計相關系統,然后會建造一個特定的房間用于安裝逆變器和電池,每一個部件都由當地工人在現場組裝。

雖然CAPEX非常低,但這一類解決方案往往存在很高的故障率。例如,在塞內加爾1996年-2011年間安裝的小型電網中,僅有25%-35%的電網至今仍在運行。

近年來,出現了一些解決這一問題的新方案,例如集裝箱式標準系統,這一系統中的每個組件都是在工廠里預先組裝完備的(甚至連太陽能組件都是使用折疊/展開系統捆綁在一起的),只需要把集裝箱運到現場后再打開即可。使用這類系統可以避免大多數在定制項目中經常出現的隱性成本(例如部件丟失、被盜、多種部件供應、安裝質量低下等)。

另一方面,為了降低CAPEX,這些系統需要實現生產規模效應。通過分析主要集成商的項目(如Redavia、施耐德電氣、溫氏能源、Africa Greentec等),我們發現,至2019年年底,全球已開發的此類項目有30個(不僅限于農村電氣化項目),計119個集裝箱式系統。

鞏固小型電網監管框架

我們制定了一個用于比較30多個國家小型電網市場發展階段的指標。通過對監管框架、已公布項目和現有項目、各國經濟狀況以及當地小型電網參與方的分析,我們可以逐年比較這些國家的發展情況。

2019年小型電網在非洲地區的發展情況

8個非洲國家(包括埃塞俄比亞、肯尼亞和尼日利亞)已發展到較成熟階段。過去兩年,這些國家發布了逾75個小型電網項目招標公告,制定了小型電網開發新規定(例如上網電價、補貼、私人經營許可證、小型電網并入主電網可能性)。

這些國家已經確定了農村電氣化國家目標,其中包括開發小型電網(例如埃塞俄比亞和尼日利亞)。推動開發離網解決方案的國際資金也出現增長(如FEI OGEF、國際太陽能聯盟、世界銀行等)。

亞洲的監管變化不甚明顯

全球范圍內,印度仍然是小型電網發展潛力最大的國家,但印度卻缺乏更有效的推進框架。例如,2016年,印度起草了一份小型電網政策草案,但自此之后,草案再無變化。作為亞洲電氣化率最低的國家,緬甸被許多人認為是短期內最具潛力的亞洲國家,但為了充分發掘潛力,緬甸仍需要一個更成熟的框架。

Solar Media作者Tom Kenning于2018訪問Husk Energy公司位于印度北方邦的小型電網

項目:雖然市場潛力巨大,但不確定程度很高

我們研究了400多份全球通告、招標公告、國家或私人目標中提出的,有望于2026年建成的約63000個小型電網。為了描述這些項目的確定性程度,我們決定將其分為三大類。

已安裝項目是指已建成的、未來數年也會保持現狀的項目。需要指出的是,在這些項目中,根據國家和開發商的不同,未量化的一部分可能會遇到技術障礙。

規劃或在建項目是指已獲融資、已招標并在大多數情況下,已由EPC公司中標的項目。這些項目最終完工的可能性極高(雖然與公布的投產日期相比可能會出現延誤)。

國家或公司目標是指國家或公司為開發一定數量的小型電網所做的承諾(通常未獲得完全融資),一般來說沒有確定準確地點。雖然這些目標展示了雄心壯志,但應該謹慎考量。

考慮到上述類別,我們可以確定兩種情況:一種是現實的情況(甚至略為悲觀),即全球將安裝逾9000個小型電網(而目前只有3200個);另一種樂觀的情況是至2026年,全球可建成6萬個新的小型電網。

需要指出是,三個國家(印度、尼日利亞和緬甸)在國家或公司目標中的占比達到了95%。這些國家將公告轉化為實際項目的能力將是市場發展的關鍵所在。

廣闊前景與短期不確定因素

即使只考慮現實的情況,我們也可以估算出,未來六年,小型電網市場年均增長率至少會達到20%。這一市場的增長既不受發展潛力所限,也不被公司和國家開發系統的意愿所左右,而是受制于技術和財務問題。

私人經營小型電網的商業模式的可行性還未獲證實,大多數這類項目依賴國家或國際補貼。因此,政治不穩定性和國際計劃對這些電網的影響很大。以2019年為例,確定投產的新項目有236個,而計劃投產的新項目則有1260個。

此外,大多數小型電網所處的惡劣環境需要更可靠的解決方案,這些解決方案可以在不增加CAPEX的前提下降低項目維護成本。新的組件技術(如電池、EMS等)和新的集成模式(如集裝箱式標準化小型電網)是當下解決這些問題的主要推動力量。

關鍵字:微電網 儲能

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