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光伏发电可不可能代替30、40%的火力发电？如果可以这样，是不是需要大量储电设备？

我感觉题目不够精炼，所以改了一下。

首先我按照专业词汇将问题规范下。在做研究时，我们不会将光伏发电替代火力发电的比例作为假设条件，因为这取决于系统的运行状态和机组组成等多个因素。我们一般会使用渗透率（penetration level）来作为光伏对系统影响的参考，计算方式如下：

:系统内光伏的发电功率

所以渗透率的定义就是系统内光伏年总发电量对比系统内年电力需求。当然，这并不直接决定光伏对系统的发电贡献，因为可能会出现以下几个场景：

• 由于网架限制或是备用限制，导致光伏无法输出
• 由于系统不够灵活，无法容纳光伏所发电量，需通过国家间的interconnector对外输出，所以并不能算作对本系统发电贡献

虽然存在以上这些不确定性，但是相较于容量，渗透率依旧能够更好的反应光伏装机对系统的影响。举个几个例子：

1. 英国国网给出的Gone Green Scenario里面假设光伏的装机容量到2035年为35GW。那么相较于系统总的178GW发电容量，其比例为19%。但是其对应的年发电量，只占到英国年总发电量的8%。这个差距不可谓不大，毕竟每个机组有自己的发电特性。
2. 不同的装机容量在不同地区贡献的发电量不同。由于光照强度会随纬度变化，所以高纬度地区的光伏发电量会低很多。根据历史数据分析，英国光伏的load factor大约9%（对应大约800小时），而西班牙则可以达到19%。所以把同样容量的光伏机组从英国挪到西班牙理论上能多发一倍电。

那么回到原题，光伏能不能替代30%，40%的火电呢？是不是只因为光伏的发电时间限制导致了光伏的瓶颈呢？

一句话总结：根据当前系统运行的规则，如此高比例的光伏发电无论从经济性还是技术性上都不可行。

手上只有英国的数据，那么我借此做一些关键比较：

1. 开个脑洞，如果光伏达到40%的渗透率，那么电站占地面积有多大？

我选取Energy Trust Saving给出的数据，1.6 的光伏板其发电功率为220W。（技术不同，这个数据不同，有兴趣的同学可自行调整。）英国15年的全年电量需求是333.5TWh。

那么算一下40%渗透率需要多大功率（x）的光伏电厂：

那么其对应的光伏板铺设面积为：

1236平方公里是什么概念？伦敦城市整体面积为1572平方公里。而且这个数字还没有算上光伏电站相应的配套变电设备等，所以这个电站把伦敦变成地下城市是没有问题的......

2. 光伏发电的超量输出

我们再来看一下40%渗透率条件下，英国夏天光伏的发电曲线和系统电力需求的对比。我们可以发现，此光伏的日发电量比系统的总电力需求量还要高，峰值则高出了四倍。而且，想要把如此多的光伏吸纳利用，相应的储能设备的投资代价实在是太高。

注：图中用电数据来自于National Grid。光伏发电数据由本研究组内的光伏模型模拟得出，参考了英国历史气象数据和现有电站分布经纬度。

3. 系统惯量过小，无法有效限制频率摆动

那么抛开上面超量发电的那部分不谈，在06:00 —16:00这段时间内，系统电力需求能否全部由光伏提供呢？

因为没有常规机组在线维持系统惯量的前提下，任何发电和用电的数值不匹配都有可能造成严重的频率变化，从而损坏系统设备。实现电力电子时代的电力系统？只能说来日方长，任重道远。

4. 系统备用容量过少，无法应对光伏的发电量变化

光伏发电量越多，留给在线常规机组的空间就越少，此外还得考虑核电机组无法较快调节输出等问题，所以系统的旋转备用会变得非常少，以致于无法及时补上光伏发电的预测误差，所以系统很有可能无法实现发电用电的实时平衡，造成安全问题。

5. 严重影响火电机组的盈利前景，导致火电停建。

火电机组的盈利很大程度是由发电量决定的。那么光伏电厂大程度的挤压火电的原有发电空间，必将使得火电机组无法生存导致停厂。虽然在国内看起来这个问题貌似很遥远，但是欧洲国家已经普遍开始重视这一问题，并设立了capacity market。就是对火电除发电利润以外进行补贴。

那么有人会说，我们为什么需要火电呢？全用光伏来发不就好了么？

答案还是不行。除了上文提到的辅助服务和调频问题，光伏无法在系统峰值（夜晚时段）贡献有效的发电量也是一大问题。另外光伏在冬季发电量也会出现减少，无法有效缓解用电紧张情况。比如学术界就有用capacity credit去评估光伏和风能对系统峰值的贡献，而光伏在这一方面表现极差。

下图是170GW光伏在冬季的发电与系统需求对比，可以注意到在夏天，超量发电的光伏机组，在冬天的贡献却非常有限。更“可怕”的是，在系统峰值18:00左右时，它完全不贡献任何发电容量。

所以，“又想要火电跑，又想要火电不吃草”，实在是有点说不过去。

所以总结一下，光伏发电的大比例接入的限制，来自于以下几方面：

所以40%的光伏渗透率目前看起来着实没戏，而20%或许是个更为合理的目标。

那么如何能合理推进大比例光伏的建设呢？

1. 建设interconnector，输出光伏发电。“我自己用不了，我卖给人家还不行么？”可以是可以，但是要说服其他国家常规的接纳如此大的发电量，绝对会让邻国产生对我们发电量的依赖。但是电力是国之命脉，我料想对方很难同意。
2. 利用需求侧响应调整用电时间。需求侧响应说了很久，但是商业化的项目并不多，如何改变大家的用电习惯，同时对生活却不造成影响，恐怕是一项任重而道远的工作。
3. 建设综合能源系统，利用多种储能方式。这其实是我们研究multi-energy system的意义所在。储能只有锂电池，或者说电力一种形式么？太阳能热水器配备的储水罐就是一种很好的储能存在，甚至每个人的房子也是一个储冷热装置。人的终端能源利用绝不仅仅限于电一种形式，比如热能在终端能源比例消耗中占比超过了三分之二（英国数据）。所以在建设电池设备的同时，大家也应思考如何最大程度的将现有的潜在储能设施利用起来。

总的来说，未来的电力系统，是一个互相依赖的年代。现在能“存活”下来的技术都有其无法替代的优势。所以谁也别想着能够干掉其他人，自己吃掉一块完整的蛋糕。

Live：（这名字是知乎官方给的...23333）

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其安装形式有下列五种：

1、B3型—机座带底脚，前端盖上无凸缘；

2、B5型—机座不带底脚，前端有大凸缘；

3、B14型—机座不带底脚，前端有小凸缘；

4、B34型—机座带底脚，前端盖上有小凸缘；

5、B35型—机座带底脚，前端盖上有大凸缘。

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