目前,由于光伏上网需要将直流变为交流,逆变器作为直流变交流的设备,是作为光伏板块一个重要分支来进行投资分析的,但从技术经济发展趋势来看,光伏发展的未来是消灭逆变器;换句话来说,光伏越发展逆变器需求越小,如果所有电源都是光伏,逆变器基本就没有市场了。目前逆变器的大量使用是由于电源,电网和负荷的发展阶段不同步产生的过渡性现象,如果光伏渗透率越来越高,直流电网将是必然趋势,逆变器在电网中的使用将会越来越少,逆变器的使用将逐渐集中于某些特定用户场景。
逆变器是把直流电能转变成定频定压或调频调压交流电的转换器。逆变器主要应用于三个场景:用户侧,光伏发电,电池储能。
在光伏发电和电池储能没有大规模使用前,逆变器的主要使用场景是在用户侧,用户侧主要由逆变器配合整流器组成变频器,实现电机的调速达到节能效果。家用的空调,冰箱等都大量使用。工业应用场景主要是变频电机。其电流变化过程是:交流(电网接入)——直流(整流器输出)——交流(变频器输出)。用户侧的变频器厂家众多,竞争激烈。
在光伏大规模装机之后,由于光伏发电产生的是直流,要接入交流电网先要将光伏电池发出的直流电变成交流电,所以随着光伏发电的迅速发展,产生了一批专业的光伏逆变器产品,这也是逆变器归于光伏板块的原因。其电流变化过程是:直流(光伏发电输出)——交流(光伏逆变器输出)。
由于光伏和风电的大规模接入以及昼夜峰谷电价差加大产生的储能需求越来越大,电池储能也在迅猛发展。因为电池接入和输出的都是直流电,所以在电池输出端也需要使用逆变器。其电流变化过程是:交流(电网接入)——直流(整流器输出到电池)——交流(逆变器输出到电网)。
随着电力电子技术的发展,用电设备中,直流设备逐渐越来越多。现在主流使用的工业和民用电器,基本都是直流设备.
家用:1)照明设备因为频闪护眼因素,直流照明比交流照明有压倒性优势。2)电脑、手机打印机、电视等信息产品都是直流。3)电冰箱、空调由于变频需求也都变成了直流设备。
工业:1)电机由于变频需求变成了直流设备,2)电炉由于变频需求变成了直流设备,3)电解设备天生就是用直流的。
变频器实际是一个逆变器,是把直流电通过IGBT按需求变成不同频率交流电的设备,由于目前电网是交流电网,现在的变频器先需要使用整流器把交流变成直流再进行变频,如果电网是直流电网,就可以省略整流器,节省很多成本。从负荷端来看,已经做好了接入直流电网的准备。
目前电网中国的电源70%以上都是煤电和水电,而煤电和水电都是交流电源,所以电源以交流为主。但随着风电和光伏的发展,电源端的直流化趋势越来越明显。首先,光伏发电完全是直流电源;其次,风电由于其出力不稳定的原因,为了减少损耗以及电压波动对电网造成不良影响,风电的大功率远距离传输都采用柔性直流电输电,所以大部分的风电实际也是直流电源。截至2021年底,我国风电装机3.28亿千瓦、光伏发电装机3.06亿千瓦,分别占全国总发电装机容量的13.8%和12.9%,风光发电合计占总装机的26.7%,预计到2050年,我国的风电光伏装机比重将会超过50%。随着风电、光伏的高速发展以及碳中和对煤电的限制,电源直流化的趋势也越来越明显。
电网应采用交流电还是直流电主要是由电网两端的电源和负荷类型共同决定的。在大规模电网刚出现的时代,电网的电源要么是火电,要么是水电,而水电和火电输出的都是交流电;同时,在用户端,只有民用的照明用电是直流更好(没有频闪),在工业端使用的鼠笼式异步电机只能使用交流电。总之,当初电网建设的最初的情况就是,电源端全部是交流的,负荷端交流是刚需(照明交流也可以,只是没那么完美),再加上交流变压器更方便更便宜,所以电网一开始就建设成了交流电网。
当前情况下,负荷端已经完全实现直流化,电源端直流化的趋势也越来越明显,很多离网的光伏系统已经采用了全直流系统:电源(光伏直流)——电网(直流)——电池储能(直流)——负荷(直流),随着国家不断推进建设以新能源为主体的新型电力系统,电网直流化只是时间问题。当直流电网成为主流,光伏风电将不会再用到逆变器,逆变器将只用于用户侧/负荷端变频系统。
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