2024智能光伏十大趋势白皮书

但在光伏成为主力能源的过程中，仍然存在大量机遇与挑战，需要我们产业通力解决： 其一是并网挑战 光伏系统从大电站，到千行百业，千家万户，正全面高速增长，如何让各类型光伏稳定并网，并长久可靠运行，需要电力电子系统软硬结合的综合能力。 其二是运营挑战 电站规模不断提升，对生命周期运营管理的要求，也不断提高。而海量分布式站点的接入，如何更简单高效的管理，需要云、AI、智能化能力的演进。 其三是安全挑战 安全需要从整个电力系统整体考虑，不仅仅局限于设备本身。同时，我们还要加强，对用户端电力安全稳定的要求，提升系统端到端的安全能力。 前言 2023 年，碳中和按下加速键。全球光伏新增装机超 400GW，储能超 100GWh，光储市场持续快速增长。地面电站在中国扩展到流域高原、沙戈荒、农光等多个场景，空间倍增；工商业、户用光伏在欧、美等市场基础上，加速向亚太、拉美、非洲等市场发展，进入千行百业、千家万户。储能也成为新能源发展的关键支撑，光储融合加速光伏从“补充电”成为“主力电”。 根据国际可再生能源机构预测，2030 年光伏装机将达到 5200GW，2050 年达到 14000GW，可再生能源比例达 90% 以上，其中光伏将成为绝对主力。 针对上述挑战，华为对光伏发展的判断，以一个核心，五大关键特性，四大根技术构成十大趋势，支撑未来光伏的高质量发展。 目录 趋势六Cell to Grid 储能安全P18 P14 趋势七MLPE & CLPE 趋势二千万级电站网元管理 P23 P04 P20 P06 趋势四全场景 Grid FormingP10 P08 P27 P25 二是技术侧随着光储加速融合，以及一系列新材料、新技术的广泛应用，让光储系统的供电稳定性得以大幅提升。比如碳化硅、氮化镓等第三代半导体的应用，让功率器件的效率和可靠性显著增强；光储系统的安全设计水平也在快速发展，从交流侧安全到直流侧安全，从硬件安全到软件安全、信息安全，从被动安全到主动安全，安全设计正在编织一张多节点、全维度的“保障网”；构网型储能技术的应用，让高比例新能源稳定并网与消纳成为可能；此外，GWh 级光储建网能力已经有了实际应用案例。 趋势一 应用探索 光储成为稳定电源 华为参与建设的全球最大微网储能项目——沙特红海新城 400MW 光伏 +1.3GWh 项目， 已在 2023 年 10 月成功完成交付。红海新城是沙特“2030 愿景”中的标志性里程碑，也是全球首个 100% 由光储供电的新城项目（生物质油机仅作为紧急备电）。新城建成后，每年可接待百万人次来自世界各地的游客。该项目将诸多的“不可思议”变成事实：首先在经济性方面，光储度电成本低于 10 美分，不到本地柴油供电成本的 1/3，这非常契合沙特实现绿色、可持续发展的目标；此外，得益于智能控制算法，华为光储系统可实现最大 2:1 的光伏与储能功率比，相同储能容量下可实现更多的光伏接入，大大降低了系统度电成本。（传统方案多为“攒机”方案，为了防止异常情况下光伏电流反灌储能，最多只能实现光储 1:1 功率比）。 背景 据 统 计，2023 年 全 球 光 伏 新 增 装 机 或 已 突 破400GW。国际能源署发布的《2023 年电力市场报告》指出，可再生能源电力将成为未来三年全球电力装机增长的“绝对主力”，而光伏在其中将扮演举足轻重的作用。过去，光伏发电受制于度电成本等因素，只能作为补充电出现，在整体电力供应中的占比非常低；而在最近三年，随着光伏建设在全球的全面爆发，其在电力供应中的份额不断提升，尤其在光储融合与光储平价的大背景下，光伏（储）系统已经从过去的补充电源，发展成为稳定能源，并且在未来三年将逐步具备作为主力电源的能力。 在供电稳定性角度，华为基于 Grid-forming 构网型储能技术构建了一张独立、富有韧性的电网，具备强大的抗扰与自适应能力，这也是构网型储能技术在全球的首个 GWh 级项目应用。为了实现 100% 新能源稳定供电，华为参与了整个电网的架构设计、并基于强大的仿真建模能力与全球最大 8.8MW 光储并离网测试平台进行了反复验证。而一系列新技术的应用，也为这座在沙漠中拔地而起的崭新城市“保驾护航”，典型的有 GWh 级整网黑启动启动、离网连续故障穿越技术等。红海新城成为沙特 2030 愿景中的一颗闪耀的明珠，也是人类绿色文明发展中的又一个重要里程碑。 2019-2025 不同类型能源年发电量变化对比 趋势 光储从过去的“补充电”，发展到现在的“稳定电”，以及未来的“主力电”。这其中的驱动因素，主要来自两个方面： 一是商业侧随着光伏组件、储能等成本持续下降，光伏系统的度电成本在过去三年下降了超过 30%，而随着碳酸锂价格的大幅下行，储能度电成本的降幅更是超过了 60%，光储供电在更广范围、更多场景中实现了商业闭环，大大加速了应用进程。 沙特红海新城400MW+1.3GWh储能项目 源网荷储协同调度多能互补到 2030 年前将全球可再生能源发电能力将提高到目前的 3 倍，超大规模的电站的智能调度管理是核心能力，能源与信息技术深度融合是关键技术方向，基于先进的大数据、AI 大模型及IOT 通信控制技术，将光伏电站、储能、可调负载、新能源车、电网等可控资源聚合运行，实现电源、电网、负荷和储能的高效协同，系统性的提高电力系统功率动态平衡，以实现能源资源最大化利用。 趋势二 开放的生态对接合作家庭能量管理在欧洲高速发展，截至目前欧洲累计有 110+W 户家庭已部署家庭能量管理系统，开放的北向生态能力成为行业关键趋势。基于北向生态开放能力的智能预测优化与电力交易结合能力，可实现电站逆变器、储能、电网及智能负载的协同调度机制在电力交易市场获得投资收益最优。 千万级电站网元管理 应用探索 背景 华为智能光伏云 - 超大规模千万级电站网元智能管理 2023 年全球新建光伏超过 400GW，储能新增装机量超过 100GW，且光储装机量持续保持高速增长率。光储已成为全球各个国家实现双碳目标的重要途径，国际能源署（IEA）表示 :“更低的光伏组件价格、更大的光伏系统 截至 2023 年年末，华为智能光伏云已具备了千万级设备稳定接入和管理的能力。基于 CloudNative 云原生架构的分布式技术，综合利用物联网、大数据和人工智能等技术，可对光伏电站进行智能诊断、高效调度、智能巡检等。对接全球大量气象站，可以实现精确到小时级的发电量预测。 采用率以及大规模部署的政策推动，将在包括中国、欧盟、美国和印度在内的所有主要市场引发更高的增长量。” 2022-2027 年全球分布式光伏新增装机量占比预计将从 47% 增长到 58%，分布式光伏新增装机容量占比将超过集中式光伏电站，成为新能源领域增量市场的重要组成部分。但是随着千万级电站装机量和接入电网比例越大，对电网的冲击性也越来越大。如何通过发输配用的高效智能调度协同，构建一张多能互补能源数智化网络成为行业发展的关键诉求。 深圳龙岗低碳城 - 国内首个零能耗场馆类建筑示范项目 深圳市龙岗区国际低碳城会展中心采用华为数字能源的“能源云网 + 智能光储”方案，建设了国内首个近零能耗园区场馆，安装 1.1MW 光伏、2MWh 储能并通过能源管理智能系统进行“源网荷储”多能互补的友好协同。通过光伏系统、充电网络、能源通信控制器、智慧照明，智能温控的互动协同，实现了园区内的灵活柔性协同调度，进而达成系统能源利用率最优。根据低碳建筑的特性据测算，深圳国际低碳城投入后，每年将生产 127 万度绿电，减少碳排放 606 吨，等效植树 3.1 万棵，为低碳园区的标杆示范项目。 趋势 超大规模海量电站纳管基于 CloudNative 云原生全分布式技术，通过分钟级接入、平滑扩容和大数据分析，实现数千万级光储电站的智能化管理。新型智能化能源管理系统通过集成新能源设备、先进传感技术、信息互通技术、信号控制技术及储能技术，形成具有高度智能化、自动化、互通化等特征，构建一张拥有千万个互通协同能源节点的智慧能源网络，以更好地支撑电力系统安全、可靠、高效运营。 深圳龙岗低碳城“源网荷储”系统 电站运维阶段目前智能化的应用最为广泛，基本可以实现例如发电性能分析、充放电管理、电芯离散分析、故障诊断与定位、异常告警与消缺指引等功能。不断积累的电站数据将在未来几年催生出预测性维护功能，通过建立 AI 故障模型，可预判设备状态走势，提示未来可能发生的风险，有利于场站及时排查、整改与备件；同时，随着场站规模越来越大，站内路网建模与导航也将大规模应用，快速定位，缩短消缺时间。新老功能互相配合，使得运维智能化得以进一步完善，可将整体效率提升 70%。 趋势三 全生命周期智能化 背景 光储电站装机量不断增加的同时，电力电子技术与数字技术的融合也在不断加深。早在 2021 年末，五部门联合发布的《智能光伏产业创新发展行动计划（2021-2025 年）》便从智能设计、智能集成和智能运维等方面给出行动指导。随着数字化、智能化技术的不断演进，5G、AI、云计算、大数据、物联网等技术迎来爆发式应用，用“比特”管理“瓦特”的概念已经深入人心。光储电站正积极探索数字化转型之路，通过诸如数字化作业平台、无人机巡检系统等智能化的监控、运维与管理的工具来提升电站的运维效率与运行的可靠性。然而，在高速建设、多能互补、协同调度等大背景下，无论是集中式还是分布式光储电站均面临着来自效率、质量和收益等方面的多重压力，电站全生命周期智能化的需求应运而生。 电站运营阶段智能化将在收益提升方面做出突出贡献。对于集中式电站而言，AI 大模型的应用将进一步提升短期和超短期光功率预测的准确性以及光储配合的高效性。不仅可以减少弃光、提升消纳，还能减少因预测不准确而导致的罚款。对分布式电站而言，高精度的预测不仅体现在发电上，更体现在用电负荷的预测上：人工智能的应用可以帮助分布式光伏系统更准确地预测电力需求，以便合理规划和调配光伏与储能资源，帮助分布式系统在复杂的电力交易市场中获得最大化的收益。 光储电站全生命周期智能化的实现，可以让光储电站全阶段实现高质量、高效率、高收益，提高电站的可靠性和稳定性，促进新能源的发展和应用。 趋势 应用探索 数智技术将在电站“规、建、维、营”全生命周期发挥关键作用。 雅砻江柯拉光伏电站位于四川省甘孜州雅江县，项目坐落在川西高原，海拔 4000m 以上，面积约 16 平方公里，约等于 80 个“鸟巢”体育场。电站装机规模 100 万千瓦，光伏组件达 200 多万块。柯拉光伏电站与两河口水电 电站规划阶段充分利用无人机、卫星、机器人等进行踏勘，对电站周边环境进行充分评估，提升踏勘质量及效率，辅助光伏电站选址、设计和投资决策。尤其是对于分布式电站，基于无人机图像或高清卫星影响可以识别复杂屋顶的障碍物，精准确定光伏安装容量。自动化的电站设计工具可实现分布式电站的自动设计，包括 3D 屋顶建模、组件排布与接线设计、设备选型等。通过分析历史用电负荷，可以智能推荐储能配置比例，给出投资收益报告。整体规划时间缩短 50%。 站水光互补，是世界级的高原流域型大基地创新标杆。华为智能光伏与雅砻江流域水电开发有限公司成立联合创新中心，以柯拉为起点，与伙伴一同针对光伏电站建设期、运维期、运营期的痛难点问题开展关键技术研究，赋能光伏电站智能化运作。通过构建数字底座，利用高精度超短期功率预测、无人机实景建模、数字孪生、智能融合诊断等技术，实现全域感知、精准预测、精细管控，打造大而易管、易管且安全、安全并全面领先的智能化大基地。 电站建设阶段面积广、选址偏、施工人员多、物料多、施工时间紧张等特点给电站进度和质量的监管带来极大挑战。因施工阶段场站监控还未建成，搭载高清变焦摄像头的无人机便成为场站的流动“监督员”。通过实景建模技术，智能比对现场状态与设计图判断施工进度是否正常；通过视频智能检测组件倾角、桩基位置等是否达标，减