訪美技術(shù)考察團(tuán)亮點(diǎn)回顧(全是干貨!)
訪美技術(shù)考察團(tuán)亮點(diǎn)回顧(全是干貨?。?/h2>
2016-09-28
導(dǎo)讀
2016年8月25日-9月2日,我們成功組織美國光伏技術(shù)考察團(tuán)赴美考察,此次考察由中國可再生能源學(xué)會秘書長李寶山任團(tuán)長,由中國科學(xué)院電工研究所王一波研究員和劉向鑫研究員擔(dān)任技術(shù)指導(dǎo),來自北京、天津、江蘇、新疆的行業(yè)和企業(yè)人士共同參與。此次技術(shù)考察團(tuán)活動(dòng)極為豐富,訪問了美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室NREL、勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室LBNL、斯坦福大學(xué),考察了加州獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營商CAISO和薩克拉門托市電力公司SMUD,參觀了First Solar、Alta Devices和Miasole等知名薄膜電池生產(chǎn)企業(yè),實(shí)地感受了加州Stone Edge Farm Micro-Grid Project先進(jìn)示范項(xiàng)目。一起來看小編為大家整理的現(xiàn)場集錦吧。
1st
考察團(tuán)的第一站來到了被稱為美國可再生能源研究“圣地”的國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)。NREL位于美國科羅拉多州丹佛市,是美國可再生能源和能源效率的研究和開發(fā)的主要實(shí)驗(yàn)室,隸屬于美國能源部??偛课挥贑olorado的Golden,占地面積327英畝,并且在Golden北12英里的地方還有國家風(fēng)能技術(shù)中心,占地305英畝。NREL研究人員1763人。
考察團(tuán)上午聽取了Sarah Kurtz研究員關(guān)于Framing the PV Terawatt Challenge的報(bào)告。Sarah女士是世界知名的光伏組件質(zhì)量和可靠性領(lǐng)域的專家,她首先分析了發(fā)展TW級光伏所需的政策、市場和技術(shù)環(huán)境,Sarah給出了NREL對于未來世界光伏的三種發(fā)展情景研究:低基線情景主要體現(xiàn)了光伏削峰作用,制造業(yè)產(chǎn)能以1倍增速,光伏滲透率5%左右,全球裝機(jī)約1TW;中等加速情景基于靈活電網(wǎng)、需求側(cè)管理以及抽水蓄能等,制造業(yè)產(chǎn)能以2-3倍增速,光伏滲透率10-20%左右,全球裝機(jī)約3TW;高速情景得力于儲能革命,制造業(yè)產(chǎn)能以20倍增速,光伏全面應(yīng)用于電力、交通和供熱,全球裝機(jī)約20TW。

2016年2月最新研究表明,在持續(xù)的成本降低、可靠性提高和效率性能增加情況下,從目前2015年LCOE10美分/度,在五年之內(nèi),通過組件價(jià)格從0.65美元/瓦降至0.30美元/瓦;組件效率從16%提高至25%;2015年10美分/度降至2020年3美分/度;從30年提高系統(tǒng)壽命至50年;將年失效故障率從0.75%降至0.2%;將年運(yùn)維成本從15美元/千瓦降至7美元/千瓦;將人力成本從0.7美元/瓦降至0.35美元/瓦;從7%利率獲得更加低息貸款至5%,有望在2020年LCOE降至3美分/度。然而Sarah在發(fā)言的最后給出PV的big picture同時(shí)指出“
As PV reaches higher penetrations, we will need to further reduce the cost of PV in order to make room for the cost of delivering the electricity in time and place”作為結(jié)束語。小編戲說“光伏革命尚未成功,繼續(xù)降本仍需努力,為今后的清潔電力時(shí)空靈活傳輸留足成本空間”

戰(zhàn)略能源分析中心的MichaelWoodhouse分享了如何實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電平價(jià)上網(wǎng)方面的研究成果。他首先分析了多能能源類型的歸一化度電成本(LCOE,Levelized Cost of Energy),給出了光伏系統(tǒng)LCOE的計(jì)算方法以及在2010/2015/2020年美國各地光伏的LCOE水平。

2016年1月NREL相關(guān)研究報(bào)告指出,2015年居民屋頂、工商業(yè)和大型集中光伏系統(tǒng)造價(jià)3.1、2.2、1.8美元/瓦,美國SUNSHOT“射日計(jì)劃”2020年目標(biāo)降至1.6、1.3、1.1美元/瓦。
NREL能源系統(tǒng)集成設(shè)備(ESIF)實(shí)驗(yàn)平臺,可以做到在實(shí)時(shí)仿真條件下,以全功率與實(shí)際負(fù)荷水平,使用ESIF對能源系統(tǒng)進(jìn)行集成測試??疾靾F(tuán)參觀并體驗(yàn)了風(fēng)電場微觀選址VR模擬、分布式遠(yuǎn)程監(jiān)控實(shí)時(shí)平臺、微網(wǎng)仿真實(shí)驗(yàn)平臺等重要部門。


NREL光伏戶外檢測實(shí)證場,建于二十多年前。在測試場內(nèi)安裝著多個(gè)年代的多種光伏組件,安裝時(shí)間從1980年到2013年不等,安裝的電池種類包括單晶硅、多晶硅、銅銦鎵硒CIGS、碲化鎘CdTe、晶硅薄膜電池等。在場內(nèi),考察團(tuán)注意有一組面世僅存的最古老的碲化鎘光伏組件產(chǎn)品,于1995年制造,從測試樣品上看,結(jié)構(gòu)沒有本質(zhì)區(qū)別,去邊工藝顯粗糙。據(jù)測試中心研究人員介紹,由于科羅拉多州氣候干燥,樣品至今還在發(fā)電,而同期送往佛羅里達(dá)州的同批次樣品,已經(jīng)完全失效,因此看出濕氣環(huán)境和封裝技術(shù)對薄膜組件耐候和穩(wěn)定的極大考驗(yàn),這個(gè)實(shí)證結(jié)論和2015年由中國可再生能源學(xué)會光伏專委會發(fā)起的科研公益項(xiàng)目“尋找中國最美組件”的發(fā)現(xiàn)不謀而合。中美兩國都在國家級光伏實(shí)證測試平臺和基礎(chǔ)研究方面給予高度重視,開展了細(xì)致、深入的工作,并有巨大潛力開展合作比對和聯(lián)合研究。PS.據(jù)悉,開路電壓一直多年以來碲化鎘薄膜組件的短板,為了探明限制碲化鎘薄膜太陽電池開路電壓提升的機(jī)理并提出有效對策,NREL于2015-2016年取得重要的突破性進(jìn)展,基于體電池CDTe的器件開路電壓歷史性的突破1.0V,研究成果發(fā)表于Nature Energhy[88],無疑對碲化鎘太陽電池的發(fā)展起到重大的指導(dǎo)意義。



2nd
First Solar公司是世界領(lǐng)先的太陽能光伏模塊制造商之一,在近20年里,First Solar已經(jīng)成長為世界上最大的太陽能薄膜面板生產(chǎn)商,也是全球最重要的碲化鎘(CdTe)薄膜光伏模塊制造商,總部位于亞利桑那州。Fisrst Solar不但生產(chǎn)光伏組件、建設(shè)光伏電站,還提供光伏系統(tǒng)的運(yùn)營和監(jiān)控服務(wù)(O&M,Operations & Maintenance)。O&M中心目前管理的光伏電站總?cè)萘窟_(dá)到4GW,電站數(shù)量64個(gè)。O&M以優(yōu)化出力、減小風(fēng)險(xiǎn)和提高回報(bào)率為目標(biāo),向業(yè)主和電網(wǎng)提供24小時(shí)的服務(wù),包括監(jiān)測平臺、控制中心、維護(hù)。其中,監(jiān)測平臺負(fù)責(zé)采集電站數(shù)據(jù)(監(jiān)測范圍從開高壓變壓器到組串)、功率預(yù)測(小時(shí)級預(yù)測精度達(dá)到93%,日前預(yù)測精度達(dá)到85%);控制中心負(fù)責(zé)突發(fā)事件的處理和確認(rèn)、操作管理、與電網(wǎng)調(diào)度的協(xié)調(diào)運(yùn)行;維護(hù)通過施加一些預(yù)防性措施使電站高壽命和高性能運(yùn)行。通過O&M的服務(wù),2012年光伏電站可利用率為99.7%,2013年為99.4%,2014年為99.5%。此外,F(xiàn)irst Solar正在開展性能工程(Perform Engineering)的研究,為電站提供預(yù)診并安排更為合理的檢修計(jì)劃,目標(biāo)是降低成果優(yōu)化性能。



3th
2016年8月26日,美國考察團(tuán)參觀此行第三站——加利福尼亞大學(xué)伯克利分校的勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室LBNL,這是一個(gè)基礎(chǔ)科學(xué)研究積淀厚重,隸屬美國能源部的國家實(shí)驗(yàn)室,曾有13個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)得主。考察團(tuán)上午聽取了來自中國能源研究室和電網(wǎng)政策與市場研究室的多個(gè)學(xué)者的報(bào)告并進(jìn)行了技術(shù)交流。
中國能源研究室副主任周南就剛剛完成的“重塑能源-中國”報(bào)告進(jìn)行了介紹。目前,全球能源技術(shù)醞釀重大突破,市場變革和科技創(chuàng)新不斷加快,許多發(fā)達(dá)國家提出了宏偉的能源重塑目標(biāo)。歐盟在“3個(gè)20%”目標(biāo)基礎(chǔ)上,進(jìn)一步提出到2050年,溫室氣體排放相比1990年水平減少80-95%,可再生能源占終端能源消費(fèi)比重達(dá)75%。美國在《中美氣候變化聲明》中提出,到2025年實(shí)現(xiàn)在2005年基礎(chǔ)上減排26%-28%。美國落基山研究所進(jìn)一步提出重塑美國能源體系,到2050年,在美國GDP增長2.6倍前提下,不再使用石油、煤炭、核能、并大大減少天然氣用量。其重塑能源的主要路徑應(yīng)包括:工業(yè)領(lǐng)域以產(chǎn)業(yè)革命為契機(jī)推動(dòng)用能率先達(dá)峰,利用新產(chǎn)業(yè)革命所釋放的技術(shù)紅利,通過結(jié)構(gòu)調(diào)整、需求減量、能效提升和脫碳化這四大途徑,最大可能利用成本有效的高能效技術(shù)和可再生能源;建筑領(lǐng)域以超低能耗建筑為核心破解建筑用能高增長鎖定效應(yīng),通過實(shí)施引導(dǎo)建筑面積規(guī)模合理增長及推行建筑工業(yè)化、普及一體化和被動(dòng)式設(shè)計(jì)、提高建筑用能系統(tǒng)和設(shè)備效率、發(fā)展智能系統(tǒng)、建筑終端用能清潔化;交通運(yùn)輸領(lǐng)域以模式和技術(shù)創(chuàng)新推動(dòng)交通運(yùn)輸去油化、電氣化;電力領(lǐng)域以可再生電力加快發(fā)展為突破口實(shí)現(xiàn)能源供應(yīng)轉(zhuǎn)型升級,電力部門可通過變革理念、技術(shù)革命、制度創(chuàng)新,在發(fā)電側(cè)、用戶側(cè)和電網(wǎng)側(cè)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)變革。
報(bào)告中指出到2050年中國經(jīng)濟(jì)將增長6倍,電氣化比例超40%,超過歐盟電氣化水平,可再生(含水電)比重由22%(2010)到69%(2050),研究團(tuán)隊(duì)測算結(jié)果顯示,重塑能源除了具有效益巨大的環(huán)境和社會效益,還蘊(yùn)含大量既有益實(shí)體經(jīng)濟(jì)、又增進(jìn)民生福祉的經(jīng)濟(jì)效益。2010-2050年,按照凈現(xiàn)值計(jì)算,重塑情景下僅節(jié)約的能源總成本達(dá)56萬億元(2010年價(jià)),需要新增的總投資為35萬億元(2010年價(jià)),實(shí)現(xiàn)的凈收益為21萬億元(2010年價(jià))。如果考慮間接帶來的經(jīng)濟(jì)效益、能源安全改善紅利,以及污染物大幅減排帶來的健康效益和環(huán)境效益等,其產(chǎn)生的綜合經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、社會效益更加巨大。
中國能源組首席科學(xué)家馮威博士關(guān)于“微電網(wǎng)和區(qū)域(園區(qū))可再生能源系統(tǒng)”報(bào)告,他首先介紹了從MGRID-UGRID-NGRID的變化,從微電網(wǎng)到微能源網(wǎng)的變化,從能源和信息單向傳輸?shù)诫p向流動(dòng)的變化。他特別強(qiáng)調(diào)了這兩年來全球?qū)τ谖⒕W(wǎng)系統(tǒng)Resillency(災(zāi)備自愈)功能的重視,并分析了日本仙臺微電網(wǎng)作為災(zāi)備系統(tǒng)在日本311地震后發(fā)揮的應(yīng)急作用,然后重點(diǎn)介紹了他們在電力需求側(cè)響應(yīng)的研究進(jìn)展,由LBNL負(fù)責(zé)開發(fā)的OpenADR協(xié)議在加州需求側(cè)響應(yīng)市場上開始應(yīng)用。
需求側(cè)響應(yīng)指當(dāng)電力批發(fā)市場價(jià)格升高或系統(tǒng)可靠性受威脅時(shí),電力用戶接收到供電方發(fā)出的誘導(dǎo)性減少負(fù)荷的直接補(bǔ)償通知,或者電力價(jià)格上升信號后,改變其固有的習(xí)慣用電模式,達(dá)到減少或者推移某時(shí)段的用電負(fù)荷而響應(yīng)電力供應(yīng),從而保障電網(wǎng)穩(wěn)定,并抑制電價(jià)上升的行為。而由LBNL開發(fā)的“Open Automated DR”開放的自動(dòng)需求相應(yīng)協(xié)議已經(jīng)免費(fèi)試用成功,它匯集培養(yǎng)了智能電網(wǎng)公司、第三方云服務(wù)系統(tǒng)、智能家居電器制造商、末端用戶成為“需求相應(yīng)鏈”。可根據(jù)動(dòng)態(tài)電價(jià)、調(diào)峰需求、智能通訊、用戶協(xié)議、交互可視調(diào)控用戶端電器參與電力市場交易。
下午考察團(tuán)參觀了LBNL最出名的科學(xué)裝置“先進(jìn)光源”ALS、全球第一個(gè)先進(jìn)的建筑能效測試平臺FLEXLAB、儲能電池材料和薄膜電池材料實(shí)驗(yàn)室。LBNL的先進(jìn)光源ALS(Advanced Light Source)是世界上紫外線和軟X射線束流最亮的光源和在其能區(qū)內(nèi)世界上第一臺第三代同步輻射光源,ALS使得若干探索性研究成為可,該裝置歡迎來自世界上的各大學(xué)、工業(yè)部門和政府實(shí)驗(yàn)室的研究人員預(yù)約、實(shí)驗(yàn),這就是大科學(xué),這就是國家實(shí)驗(yàn)室公共平臺的基礎(chǔ)、前瞻、開放屬性。


FLEXLAB建筑一體化能效實(shí)證測試平臺,瞄準(zhǔn)了未來終端零能綠色建筑的多種集成研示范和測試實(shí)證。系統(tǒng)于2014年投入使用,投資1600萬美元。系統(tǒng)共包含4個(gè)大的測試平臺,其中1個(gè)可以實(shí)現(xiàn)270度的水平旋轉(zhuǎn),可以模擬不同建筑場景。FLEXLAB作為一個(gè)綜合的系統(tǒng),是全球第一個(gè)可以評估建筑系統(tǒng)能源效率的的實(shí)物試驗(yàn)平臺。業(yè)主可以在新建建筑或改造建筑前評估建筑節(jié)能技術(shù)的能效。測試平臺允許測試者替換建筑的窗戶、墻體、天窗、地板、照明系統(tǒng)等建筑構(gòu)件。

4th
一片曾經(jīng)的苗圃竟變身為世界高科技中心,一所高校竟誕生了上千位科技精英富豪……這就是美國硅谷,一個(gè)聚焦全世界眼球的不可復(fù)制的神奇之地。受漢能公司邀請和安排,光伏專委會考察團(tuán)深入硅谷,走訪了斯坦福大學(xué)工程系,參觀了銅銦鎵硒薄膜電池的生產(chǎn)企業(yè)MiaSolé和砷化鎵薄膜電池的生產(chǎn)企業(yè)Alta Devices。
斯坦福大學(xué)是位于美國硅谷附近的一所名校,由7個(gè)學(xué)院組成,教職工2118名,學(xué)生16230人。斯坦福大學(xué)中各個(gè)學(xué)院的水平都很強(qiáng),但是“心臟”是工程學(xué),硅谷中很多著名的企業(yè)都與斯坦福大學(xué)有關(guān)。考察團(tuán)到斯坦福大學(xué)與崔屹副教授進(jìn)行了技術(shù)交流。崔屹是納米快報(bào)的副主編,同時(shí)也是灣區(qū)光伏聯(lián)盟(BAPVC)的聯(lián)合主任。他向考察團(tuán)介紹光伏聯(lián)盟在過去的5年中的收到能源部2500萬美元的資助,共完成65個(gè)項(xiàng)目,目前正在積極爭取BAPVC2.0的資助,目標(biāo)是到2030年使光伏度電成本降到$0.03/kWh。崔屹也介紹了美國重大電池項(xiàng)目BATTERY500的情況,通過采用金屬鋰做負(fù)極代替石墨,使電池的能量密度達(dá)到500kWh/kg,循環(huán)壽命超過1000次。這種電池可以使Tesla的續(xù)航里程超過1000公里。


Alta Devices和MiaSolé是位于硅谷的兩家生產(chǎn)薄膜電池的公司,現(xiàn)在都是漢能的全資子公司。Alta Devices擁有的砷化鎵(GaAs)柔性薄膜電池技術(shù)是目前世界上最薄、最輕、轉(zhuǎn)化效率最高的太陽能柔性薄膜技術(shù),單結(jié)效率28.8%雙結(jié)效率31.6%,為非聚光光伏效率世界紀(jì)錄保持者。Alta Devices擁有全球唯一的砷化鎵薄膜量產(chǎn)生產(chǎn)線,采用了外延剝離技術(shù)和高產(chǎn)能的MOCVD技術(shù),使得砷化鎵電池的生產(chǎn)取得革命性突破,目前量產(chǎn)效率達(dá)到26%。砷化鎵目前僅在航空、航天和高端移動(dòng)電源方面有應(yīng)用,隨著關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備的突破,價(jià)格有巨大的下降空間,期待成為民用光伏市場的一匹黑馬。


MiaSolé是美國硅谷光伏企業(yè)的典型代表,美國18家風(fēng)投聯(lián)合投資超過5億美元,2012年被漢能收購。公司具有13年的研發(fā)到量產(chǎn)經(jīng)歷,濺射柔性銅銦鎵硒工藝、靶材,產(chǎn)品研發(fā)技術(shù)水平全球第一,擁有世界最高量產(chǎn)轉(zhuǎn)換率CIGS柔性電池芯片和組件產(chǎn)品(UL測試效率16.98%,到2020年的目標(biāo)是20%)。目前,漢能正在加快銅銦鎵硒(CIGS)和砷化鎵(GaAs)技術(shù)的國產(chǎn)化和大范圍產(chǎn)業(yè)化,為讓國內(nèi)人員掌握生產(chǎn)線操作,漢能已并派110人次技術(shù)骨干赴美國接受長達(dá)9個(gè)月培訓(xùn)。



5th
8月31日上午,在原NREL微網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室主任Chris Marnay教授的陪同和引薦下,考察團(tuán)到薩克拉門托市市政事業(yè)部(Sacramento Municipal Utility District,SMUD)進(jìn)行訪問,聽取了SMUD的智能電表推廣以及在需求側(cè)響應(yīng)方面的經(jīng)驗(yàn)。SMUD是一個(gè)公共非盈利的電力服務(wù)機(jī)構(gòu),業(yè)務(wù)形式是從電網(wǎng)買電然后售電,其中購買的可再生能源電量占25%,光伏占8%。SMUD目前進(jìn)行的一個(gè)“智能電表”項(xiàng)目,項(xiàng)目來源為2009年美國的經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇與再投資法案,現(xiàn)在加州已經(jīng)安裝62萬個(gè)智能電表。通過這些電表SMUD可以了解用戶需求,收集的數(shù)據(jù)可以為加州政府制定能源政策提供依據(jù)。SMUD推廣智能電表采用發(fā)放宣傳冊和售前指導(dǎo)/售后反饋等形式推進(jìn)用戶使用智能電表,利用分時(shí)電價(jià)和實(shí)施調(diào)控電價(jià)等手段為用戶帶來服務(wù)和效益。目前85%的用戶對實(shí)時(shí)/分時(shí)電價(jià)是有響應(yīng)的,而且認(rèn)為這個(gè)方案很好。SMUD正在智能電表的平臺上推廣需求側(cè)響應(yīng)措施(Demand Response,DR)。因?yàn)榧又莸碾娏?yīng)存在不平衡問題,雖然目前的電價(jià)是$37.5/MWh,但電力供應(yīng)緊張時(shí)會達(dá)到$500/MWh,需求側(cè)響應(yīng)目的是利用動(dòng)態(tài)電價(jià)對電網(wǎng)進(jìn)行削峰。目前,對需求側(cè)響應(yīng)還有爭議,應(yīng)用還存在局限性,例如SMUD一年僅有12次機(jī)會去做需求側(cè)響應(yīng)的試驗(yàn)。

6th
Stone Edge Farm Microgrid Project是考察團(tuán)赴美考察的最后一站,感謝Chris Marnay教授為我們推薦了最多樣化的微網(wǎng)示范工程。
Stone Edge Farm是一個(gè)占地16英畝的有機(jī)農(nóng)場和葡萄園,位于加州的索諾瑪,該區(qū)域是加州最好的釀制好酒的葡萄產(chǎn)區(qū),日照充裕,風(fēng)景優(yōu)美。“just make fun”,莊主利用三年時(shí)間親手打造了迄今見過的最好玩的微網(wǎng)王國。
Stone Edge Farm Microgrid微網(wǎng)系統(tǒng)包括小型CHP熱電聯(lián)產(chǎn)、光伏、溴化鋰吸收式制冷,各種液流和鋰電儲能滿足能量型和功率型儲電、制氫儲氫、燃料電池汽車和加氫站、EMS和分層控制和保護(hù)等。微網(wǎng)工程總功率0.7115MW,其中發(fā)電部分包括光伏0.568MW、微燃機(jī)0.065MW、氫電解槽0.4MW、蜂巢型燃料電池0.03MW;儲能部分包括ESS鐵流電池0.055MWh、水系鈉離子電池0.165MWh、索尼磷酸鐵鋰電池0.01MWh、特斯拉鋰電池0.475MWh;負(fù)荷包括4個(gè)建筑、2個(gè)泳池。微網(wǎng)共分有4個(gè)重要節(jié)點(diǎn)(Node1~4),分為2套系統(tǒng)(重要系統(tǒng)和非重要系統(tǒng)),這兩套系統(tǒng)安全級別不一樣,可并列運(yùn)行也可解列運(yùn)行,重要系統(tǒng)保障門禁、計(jì)算機(jī)等關(guān)鍵負(fù)荷能連續(xù)供電。


在微網(wǎng)光伏系統(tǒng)安裝的時(shí)候有一個(gè)有意思的發(fā)現(xiàn),光伏陣列按照角度朝西反而能帶來更大的收益,原因是當(dāng)?shù)貓?zhí)行分時(shí)電價(jià),下午電價(jià)更高。微網(wǎng)多余電力可用來進(jìn)行制氫,用于驅(qū)動(dòng)燃料電池汽車,制氫成本比市場價(jià)格低$8元/公斤,每天可以產(chǎn)生12公斤氫氣,市場化收購氫氣。

中國綠色供應(yīng)鏈聯(lián)盟光伏專業(yè)委員會網(wǎng)站聲明:此資訊轉(zhuǎn)載自中國光伏專委會微信公眾平臺,中國綠色供應(yīng)鏈聯(lián)盟光伏專業(yè)委員會網(wǎng)站登載此文出于傳遞更多信息之目的,并不意味著贊同其觀點(diǎn)或證實(shí)其描述。文章內(nèi)容僅供參考。

