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【關(guān)鍵詞】有源電力濾波器;光伏發(fā)電;統(tǒng)一控制;控制技術(shù)
一、背景
新能源的開(kāi)發(fā)利用是國(guó)際性問(wèn)題,在工業(yè)高速發(fā)展的中國(guó)對(duì)新能源的開(kāi)發(fā)顯得更為重要,工業(yè)的發(fā)展帶來(lái)的大沖擊負(fù)載大量涌現(xiàn),導(dǎo)致公共電網(wǎng)污染加劇,以往使用的濾波器難以達(dá)到要求,有源電力濾波器因此成為研究的重點(diǎn)。
但是在國(guó)內(nèi),有源電力濾波器與光伏發(fā)電處于起步階段,想得到進(jìn)一步發(fā)展需要解決的問(wèn)題很多。首先是有源電力濾波器的使用會(huì)產(chǎn)生諧波與無(wú)用功率,諧波會(huì)縮短機(jī)器的使用壽命、干擾通信系統(tǒng)等,誤導(dǎo)繼電保護(hù)裝置等,導(dǎo)致電流變大、供電設(shè)備功率增大,損耗增加,干擾其他設(shè)備的運(yùn)行。光伏發(fā)電的問(wèn)題主要有,設(shè)備運(yùn)行成本高且利用效率低、運(yùn)行系統(tǒng)的可靠性低、組成器件的容量小、設(shè)備功能單一等問(wèn)題。另外,政府出臺(tái)的相關(guān)政策不不健全,使其發(fā)展受阻。
本文會(huì)對(duì)有源濾波器、光伏發(fā)電以及有源濾波器與光伏發(fā)電的同一控制技術(shù)進(jìn)行介紹,分析他們的原理,將其基本原理知識(shí)進(jìn)一步推廣。
二、相關(guān)知識(shí)介紹
(一)有源濾波器原理
有源濾波器由電流系統(tǒng)指令運(yùn)算中心與控制跟蹤電流部分組成,運(yùn)算中心是將產(chǎn)生的無(wú)功功率、諧波分量屬于被檢測(cè)電流的部分計(jì)算出來(lái),控制跟蹤根據(jù)計(jì)算出的結(jié)果發(fā)出信號(hào)控制,補(bǔ)償電流由此產(chǎn)生。產(chǎn)生的補(bǔ)償電流將被負(fù)載中的電流以及諧波和無(wú)功電流抵消,最終電網(wǎng)電流達(dá)到期望值。
(二)光伏發(fā)電基本原理
光伏發(fā)電系統(tǒng)有含蓄電池可調(diào)度式與不含蓄電池不可調(diào)度式兩種,前者多用于規(guī)模巨大的發(fā)電系統(tǒng),后者常用于分散的小型發(fā)電系統(tǒng)。而兩者中,含有蓄電池的系統(tǒng)由于具有蓄電儲(chǔ)能的特點(diǎn),故其功能強(qiáng)大,可以將其應(yīng)用于電網(wǎng)的調(diào)峰,還有緊急情況的供電。[1]
在白天,系統(tǒng)光伏陣通過(guò)逆變器以最大的功率輸出電能,將電供給電網(wǎng);在晚上由于沒(méi)有日光時(shí),逆變器的工作暫停,陣列電能不輸出。
(三)二者的聯(lián)系
1.方法技術(shù):二者的控制方法是相同的,這是由于兩者系統(tǒng)中都有控制跟蹤電流技術(shù)及鎖相,但是有源電力濾波器系統(tǒng)還需要有檢測(cè)諧波與無(wú)用功率的技術(shù),而光伏電系統(tǒng)還有最大功率追蹤技術(shù)與孤島檢測(cè)技術(shù)。
2.功能作用:有源濾波器是補(bǔ)償無(wú)用功,而光伏發(fā)電是注入有用功。雖然二者向電網(wǎng)輸入的類型不一樣,但是他們的本質(zhì)都是相同的。
3.接入結(jié)構(gòu):有源濾電力波器及光伏發(fā)電接入電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)大致上是一樣的,就只有直流測(cè)的器件不一樣而已,有源濾波器是電容器,另一個(gè)是光伏陣。[2]
有源濾波器與光伏發(fā)電同一控制基本原理。
三、發(fā)展存在的問(wèn)題
有源濾波器電容器的維持依賴于系統(tǒng)與電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行電流交換式產(chǎn)生的能量運(yùn)作的,電壓過(guò)高時(shí),有源濾波器向電網(wǎng)注入有用功一保護(hù)自身,這就是統(tǒng)一控制有源濾波器與光伏發(fā)電技術(shù)的基礎(chǔ)理論。這個(gè)方法可以實(shí)現(xiàn)將光伏陣接到有源電力濾波器直流側(cè)的目的,并且不會(huì)原有的功能產(chǎn)生不良的影響。
原理概括如下:諧波和無(wú)用功率根據(jù)指令輸出補(bǔ)償電流—跟蹤最大功率,并形成指令電流—合并補(bǔ)償電流與指令電流—按指令流入電網(wǎng)電流。
按照以上方法可以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一控制有源濾波器與光伏發(fā)電的目的。以上是有源電力濾波器、光伏發(fā)電以及有源濾波器和光伏發(fā)電同一控制技術(shù)基本原理的簡(jiǎn)單介紹。
(一)關(guān)于有源濾波器,其運(yùn)作主要有以下問(wèn)題:
1.運(yùn)作成本高。由于有源濾波器的運(yùn)行需要超大容量器件、精密開(kāi)關(guān)以及數(shù)字芯片,其成本是以往使用的無(wú)源濾波器的3到4倍,只是推廣的極大阻礙。[3]
2.行業(yè)規(guī)則問(wèn)題。前面提到有源濾波器會(huì)產(chǎn)生諧波,但國(guó)內(nèi)對(duì)諧波的治理問(wèn)題并不做強(qiáng)制規(guī)定,這會(huì)導(dǎo)致商家及用戶的治理責(zé)任意識(shí)淡薄。
3.功能單一。電能管理要求隨著電能利用問(wèn)題的多樣化變得越來(lái)越嚴(yán)格,也越來(lái)越多樣,但是有源濾波器卻無(wú)能為力。
4.器件規(guī)格達(dá)不到要求。有源濾波器產(chǎn)生的諧波與無(wú)用功率危害很大,加上電網(wǎng)本身也會(huì)產(chǎn)生諧波和無(wú)用功率,而規(guī)格達(dá)不到要求,危害會(huì)更大,因此這也是一個(gè)阻礙。
5.系統(tǒng)性能可靠度不高。我國(guó)現(xiàn)階段處于起步階段,相應(yīng)的理論與實(shí)踐都很缺乏,系統(tǒng)性能的可靠性還沒(méi)有扎實(shí)保障。
(二)關(guān)于光伏發(fā)電技術(shù),其運(yùn)行主要有以下問(wèn)題:
1.運(yùn)作成本高。與火力及水電發(fā)電技術(shù)相比,光伏發(fā)電技術(shù)由于使用晶體管,所以其成本是傳統(tǒng)方法的3-5倍。
2.設(shè)備的利用率很低。夜里及其由于沒(méi)有日光而停止運(yùn)作,這不僅導(dǎo)致設(shè)備的利用率低下,而且會(huì)對(duì)機(jī)器的運(yùn)作造成不良的影響。
3.政府出臺(tái)的規(guī)章政策不完整。政府的態(tài)度是通過(guò)法規(guī)體現(xiàn)的,而不完整不健全的法規(guī)對(duì)技術(shù)的發(fā)展是極其不利的,雖然必要的法規(guī)有了,但缺乏鼓動(dòng)力。[4]
4.器件規(guī)格偏小且功能不全。由于對(duì)成本有要求,器件規(guī)格被限制,這導(dǎo)致系統(tǒng)容量達(dá)不到要求,會(huì)對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)作產(chǎn)生負(fù)面影響。
有源濾波器與光伏發(fā)電技術(shù)現(xiàn)階段存在的主要問(wèn)題如上所述,要想有源濾波器與光伏發(fā)電同一控制技術(shù)得到發(fā)展我們必須對(duì)存在問(wèn)題進(jìn)行研究,探討解決的方法。
四、有源濾波器與光伏發(fā)電統(tǒng)一控制技術(shù)的策略
增強(qiáng)儲(chǔ)能能力是彌補(bǔ)電力中斷問(wèn)題的方法之一,可以按要求給系統(tǒng)配置多個(gè)蓄電池,組成符合要求的蓄電池組,另外,對(duì)系統(tǒng)直流測(cè)進(jìn)行優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),已達(dá)到是系統(tǒng)更完善的目的。另外,針對(duì)上文提到的問(wèn)題,提出以下策略:
1.正常時(shí),系統(tǒng)控制成受控源,利用控制跟蹤方法,向電網(wǎng)注入電流,在有源濾波器諧波補(bǔ)償電流與光伏發(fā)電電流發(fā)生沖突的時(shí)候,利用配置的電池組對(duì)沖突的兩組進(jìn)行協(xié)調(diào),使系統(tǒng)穩(wěn)定安全的工作得到保證,同時(shí)達(dá)到同一控制的目的。
2.設(shè)置UPS工作模式,在電網(wǎng)意外斷開(kāi)時(shí)迅速轉(zhuǎn)換成該模式,對(duì)電網(wǎng)中重要負(fù)載進(jìn)行電力補(bǔ)償,也就是說(shuō),受控源在電網(wǎng)中斷轉(zhuǎn)化模式以后成為了電壓源。這樣保證了不在即使在電網(wǎng)中斷時(shí)也能正常的運(yùn)行。
3.加入鎖相技術(shù)的應(yīng)用,這會(huì)在電網(wǎng)斷電恢復(fù)供電時(shí),轉(zhuǎn)換回正常模式進(jìn)行正常的運(yùn)作,也就是說(shuō),這種技術(shù)可以將電池組有電壓受控變成電流受控。與前面的UPS模式想結(jié)合,負(fù)載的供電得到保證。
4.根據(jù)不同的環(huán)境,對(duì)有源濾波器與光伏發(fā)電裝置的器件進(jìn)行優(yōu)化管理,確保電力在緊急情況下也能供給負(fù)載運(yùn)作所需的電流直至電網(wǎng)恢復(fù)正常供電。
5.為了使整個(gè)系統(tǒng)可以安全運(yùn)行、穩(wěn)定工作,在系統(tǒng)中還應(yīng)加入軟啟動(dòng)、檢測(cè)中斷技術(shù)、控制跟蹤功率點(diǎn)技術(shù)等保障系統(tǒng)以外故障得到解決。
以上是有源濾波器與光伏發(fā)電同一控制技術(shù)的一些策略。
五、有源濾波器與光伏發(fā)電同一控制技術(shù)有關(guān)的重要技術(shù)
1.控制變流器。此技術(shù)的目的是使系統(tǒng)中變流器按照要求輸出指令電流,目前采用的方法主要是三角波控制方法,具有運(yùn)行簡(jiǎn)便、理論知識(shí)扎實(shí)、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富等優(yōu)點(diǎn)。三角波比較放在容器里的指令與補(bǔ)償電流的偏差,輸出包含有相同頻率的諧波,由于過(guò)程相對(duì)復(fù)雜,響應(yīng)的電流會(huì)比較晚輸出。
2.孤島效應(yīng)檢測(cè)。孤島效應(yīng)是電網(wǎng)出現(xiàn)故障意外停電或正常停電后,系統(tǒng)從網(wǎng)絡(luò)中斷開(kāi),但是有些會(huì)繼續(xù)運(yùn)作進(jìn)而產(chǎn)生一個(gè)自己運(yùn)行的系統(tǒng)。孤島效應(yīng)使維修工作進(jìn)行困難,威脅維修人員的安全,所以孤島效應(yīng)的檢測(cè)技術(shù)是系統(tǒng)必備的技術(shù)之一。目前,檢測(cè)的方法有,插入阻抗和擾動(dòng)電流法,這兩種都是主動(dòng)檢測(cè),當(dāng)檢測(cè)到系統(tǒng)中電壓超過(guò)給定值,即定位孤島效應(yīng)。
3.跟蹤最大功率技術(shù)。跟蹤最大功率技術(shù)目前主要由兩種,一種是電壓恒定跟蹤,本方法利用光伏陣在日光下的變化規(guī)律鎖定最大功率,達(dá)到跟蹤的目的,另一種是擾動(dòng)跟蹤法,其原理比較復(fù)雜,可概括為,根據(jù)系統(tǒng)發(fā)出指令,在幾個(gè)電路上徘徊,尋找最大的功率。
4.雙級(jí)電源隔離技術(shù)。本技術(shù)首先通過(guò)晶管轉(zhuǎn)換電源,1000V高壓轉(zhuǎn)換成24V,再把電源輸入電網(wǎng),變換出可以獨(dú)立運(yùn)行不同電路所需的隔離電源。此技術(shù)除了能保證電路正常運(yùn)行之外,還能增強(qiáng)電網(wǎng)的抗干擾能力,是利用一種PWM的單端控制器實(shí)現(xiàn)的,主要輔助電路中電壓轉(zhuǎn)換、電路保護(hù)。
六、總結(jié)
根據(jù)前文對(duì)有源濾波器、光伏發(fā)電以及有源濾波器與光伏發(fā)電同一控制技術(shù)的介紹,可以得出如下結(jié)論:
有源濾波器與光伏發(fā)電統(tǒng)一控制技術(shù)在我國(guó)處于起步階段,進(jìn)一步的推廣還有很多問(wèn)題需要解決,有理論層次的、技術(shù)層次的,有來(lái)自市場(chǎng)的、有關(guān)于政策的。但是這一技術(shù)的發(fā)展前景是很好的,我們有必要努力將其推廣。根據(jù)對(duì)有源濾波器、光伏發(fā)電裝置院里的介紹,總結(jié)出兩者的公共點(diǎn)與不同的地方,從兩者基本工作原理相似可以得出,實(shí)現(xiàn)二者的同一控制可能性是極大的。對(duì)有源濾波器與光伏發(fā)電統(tǒng)一控制技術(shù)目前存在的主要問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)介紹、深入研究,總結(jié)他們的相似之處,得出技術(shù)發(fā)展需要解決的問(wèn)題。根據(jù)對(duì)存在問(wèn)題的研究,提出有源濾波器與光伏發(fā)電統(tǒng)一控制技術(shù)的設(shè)計(jì)方案,發(fā)展策略。對(duì)策略中用到的重要技術(shù)進(jìn)行介紹,加深理解。
總之,有源濾波器與光伏發(fā)電統(tǒng)一控制技術(shù)的發(fā)展前景是很光明的,我們必須克服困難,解決相關(guān)問(wèn)題,促進(jìn)其在中國(guó)的發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
[1]胡兵,羅杰,李朝瓊等.有源濾波器的發(fā)展動(dòng)態(tài)及應(yīng)用[J].北京機(jī)械工業(yè)雜志,2011,8(13):1550-1552.
[2]卓放,王兆安.有源濾波器技術(shù)的發(fā)展與電能質(zhì)量的提高[J].中國(guó)機(jī)械工業(yè)的發(fā)展,2011,15(16):2446-2447.
關(guān)鍵詞 太陽(yáng)能;開(kāi)發(fā)利用;一體化構(gòu)想
中圖分類號(hào)TM6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào) 1674-6708(2012)72-0040-02
0 引言
地球作為人類生存的家園,其能源資源大多數(shù)都是屬于不可再生的,而在當(dāng)前世界經(jīng)濟(jì)急速發(fā)展的狀態(tài)下,各種能源資源的消耗也不斷加劇。在我國(guó),雖然地域遼闊,總體上的各種資源儲(chǔ)量相對(duì)較大,但是其作為一個(gè)發(fā)展中國(guó)家,而且人口基數(shù)較大,對(duì)能源的消耗上是十分嚴(yán)重的,加之科學(xué)技術(shù)的發(fā)展落后于發(fā)達(dá)國(guó)家,在能源的利用上其效率又呈現(xiàn)普遍偏低的想象。因此,合理開(kāi)發(fā)新能源對(duì)于我們這樣的國(guó)家來(lái)說(shuō)意義巨大。太陽(yáng)能作為一種可再生資源,其既環(huán)保又安全,在開(kāi)發(fā)利用上具有非常高的價(jià)值和效益。本文主要針對(duì)當(dāng)前太陽(yáng)能的使用情況進(jìn)行論述,并對(duì)太陽(yáng)能供熱供電的一體化作出相關(guān)構(gòu)想,以期設(shè)計(jì)出合理的方案,運(yùn)用到現(xiàn)實(shí)生活中來(lái)。
1 太陽(yáng)能利用情況
太陽(yáng)能作為一種無(wú)污染,能量又巨大而且在某種程度上屬于不會(huì)枯竭的能源,其能夠?yàn)槿藖?lái)帶來(lái)非比尋常的價(jià)值。雖然太陽(yáng)能具有如此多的優(yōu)點(diǎn),但是在實(shí)際利用上,仍然存在一些難以解決的問(wèn)題。比如太陽(yáng)輻射到地球的能量很大,但是其投射面較廣,分布過(guò)于散漫,這在搜集利用的過(guò)程中對(duì)設(shè)備的要求及造價(jià)比較高;而于此同時(shí),太陽(yáng)能的利用還存在氣候環(huán)境的影響,尤其是雨雪天氣下,太陽(yáng)能的接受將受到嚴(yán)重的制約,在某些特定的地區(qū),其運(yùn)用基本不能實(shí)現(xiàn)規(guī)?;取?/p>
就目前對(duì)太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)利用上,主要有直接利用太陽(yáng)能的熱效應(yīng),將水等物質(zhì)加熱,像現(xiàn)在比較普遍的太陽(yáng)能熱水器等;還有就是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能,通過(guò)一定的條件,將電能儲(chǔ)蓄起來(lái)然后進(jìn)行別的用途,在這方面有光伏發(fā)電等;而另外,在太陽(yáng)能的利用上還可以采用光化學(xué)轉(zhuǎn)換的方式,即直接將太陽(yáng)能用來(lái)分解水等物質(zhì)進(jìn)而制取氫氣。下面主要談?wù)勌?yáng)能發(fā)電技術(shù)和供熱技術(shù)的應(yīng)用。
1.1 太陽(yáng)能發(fā)電
1.1.1 熱力發(fā)電
太陽(yáng)能熱力發(fā)電即將太陽(yáng)能的能量集中搜集起來(lái)再加以利用的發(fā)電技術(shù),其基本原理亦是采用太陽(yáng)能搜集器吸收能量,再將能量傳輸?shù)桨l(fā)電機(jī)上。太陽(yáng)能的熱力發(fā)電比傳統(tǒng)的發(fā)電更具優(yōu)勢(shì),傳統(tǒng)的火力發(fā)電對(duì)環(huán)境造成的影響比較大,而且消耗的煤炭等資源其花費(fèi)、需求量都非常大,同時(shí)太陽(yáng)能熱力發(fā)電在生產(chǎn)上又相對(duì)安全。
當(dāng)前太陽(yáng)能熱力發(fā)電技術(shù)其所運(yùn)用的系統(tǒng)主要有三種,槽式系統(tǒng)、碟式和塔式系統(tǒng),三者在太陽(yáng)能的利用的運(yùn)用上程度均不相同,第一種基本實(shí)現(xiàn)了規(guī)?;?、商業(yè)化的生產(chǎn),而后兩者仍處于試驗(yàn)階段。我國(guó)的太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)自研究以來(lái)雖然已經(jīng)有幾十年,但是由于多種因素的干擾使得這一技術(shù)并未得到廣泛的應(yīng)用。
1.1.2 光伏發(fā)電
在太陽(yáng)能發(fā)電上,光伏發(fā)電是目前比較流行的發(fā)電方式。它主要運(yùn)用半導(dǎo)體材料對(duì)光有一種伏特效應(yīng),然后將能量轉(zhuǎn)換為電能。光伏發(fā)電一般采用蓄電池來(lái)存儲(chǔ)搜集起來(lái)的能量,到了需要使用的時(shí)候,再將能量釋放出來(lái)運(yùn)輸?shù)桨l(fā)電機(jī)中,最后不斷的產(chǎn)生電能。光伏發(fā)電技術(shù)本身采用三大部分,最主要是由太陽(yáng)能電池板、控制器與逆變器構(gòu)成,而太陽(yáng)能電池板是該系統(tǒng)的核心部分,無(wú)論是在造價(jià)還是在所產(chǎn)生的價(jià)值方面都是最重要的。太陽(yáng)能電池板的基本原理是在太陽(yáng)的輻射下,半導(dǎo)體材料本身就出現(xiàn)了自由電荷,而當(dāng)自由電荷積累并不斷地移動(dòng)過(guò)程中,電流就產(chǎn)生了。
光伏發(fā)電技術(shù)在近來(lái)的發(fā)展比較迅速,尤其是在世界上的一些發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū),他們對(duì)于光伏發(fā)電的技術(shù)研究已經(jīng)進(jìn)入到非常成熟的階段,而且國(guó)家政府部分也都紛紛制定了各種開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能的計(jì)劃與措施,在中國(guó),其太陽(yáng)能資源的利用前階段上較少,但隨著世界光伏發(fā)電技術(shù)市場(chǎng)的推動(dòng),使得現(xiàn)今的發(fā)電事業(yè)也進(jìn)入相對(duì)迅猛的時(shí)代。
1.2 太陽(yáng)能供熱
說(shuō)到太陽(yáng)能供熱,幾乎每個(gè)人都知道太陽(yáng)能熱水器,其對(duì)太陽(yáng)能的利用時(shí)采取直接轉(zhuǎn)化的方式,即不需要轉(zhuǎn)化為化學(xué)能或者電能。當(dāng)前在太陽(yáng)能直接供熱的設(shè)備中,像太陽(yáng)能熱水器,它們主要用平板集熱器、聚焦集熱器以及真空管集熱器。在太陽(yáng)能的輻射,集熱器開(kāi)始工作,直接將太陽(yáng)能搜集起來(lái),化為熱能,現(xiàn)代的太陽(yáng)能熱水器大多都是將水分別通入各個(gè)細(xì)管,其管道能很好的吸收太陽(yáng)能,在經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的照射下,太陽(yáng)能的熱效應(yīng)就使得管道內(nèi)的水的溫度升高,然后將溫度已經(jīng)很高的水送入到保溫箱中,再用冷水進(jìn)行補(bǔ)充,反復(fù)以此循環(huán),最終達(dá)到不斷利用的目的。
2 太陽(yáng)能綜合利用一體化構(gòu)想
鑒于現(xiàn)今太陽(yáng)能利用的方式越來(lái)越成熟化,我們便可以嘗試將太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)和供熱技術(shù)相結(jié)合起來(lái),綜合開(kāi)發(fā)出比較適用而又具規(guī)模化的系統(tǒng)。
2.1 供熱供電系統(tǒng)
2.1.1 對(duì)發(fā)電系統(tǒng)的改造
首先我們可以考慮將供電系統(tǒng)作進(jìn)一步改造,下面以光伏發(fā)電系統(tǒng)為例來(lái)說(shuō)明。在電池板方面,我們采取多晶硅電池,而且其在設(shè)備的安裝和搭配上配合使用太陽(yáng)能集熱器,電池表面采用低鐵鋼化絨面玻璃,并且在每塊玻璃的間隔處安裝上熱能傳送器,在太陽(yáng)能的不斷照射下,其將能量迅速的搜集起來(lái)。要知道,太陽(yáng)能電池對(duì)太陽(yáng)能的吸收并不是100%,所以在多晶硅材料制成的電池下面安裝上太陽(yáng)能集熱器,同時(shí)為了加大太陽(yáng)能的吸收,我們還可以在電池板的對(duì)面與地面成一定的角度安裝上平面鏡,調(diào)整平面鏡的位置,使其反射光能夠再次照射到電池板面上。
其次在發(fā)電方面多采用并網(wǎng)式發(fā)電技術(shù),雖然當(dāng)前這種技術(shù)的發(fā)展受到一些的因素的制約,例如電站本身要求的投資比較大,建設(shè)耗用的時(shí)間長(zhǎng)等等,但是我們可以采取小型的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng),國(guó)內(nèi)已經(jīng)有將光伏發(fā)電與建筑相結(jié)合的例子。
在將太陽(yáng)能傳輸?shù)桨l(fā)電機(jī)之前,把太陽(yáng)能集熱器與太陽(yáng)能電池板結(jié)合起來(lái),從而在不同的環(huán)境和需求中相互切換,由此,我們就可以實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能的供電供熱。
關(guān)鍵詞 太陽(yáng)能;光伏發(fā)電;環(huán)保;偏遠(yuǎn)用電
中圖分類號(hào):TU18 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1671-7597(2014)13-0121-02
目前,全球能源危機(jī)、環(huán)境污染致使新能源的應(yīng)用成為熱點(diǎn)的話題,而太陽(yáng)能憑借其清潔、可再生、分布廣等優(yōu)勢(shì)獲得了普遍關(guān)注。而光伏發(fā)電,就是利用太陽(yáng)光能轉(zhuǎn)換成電能,供人類使用,發(fā)電時(shí)無(wú)污染,深受社會(huì)的喜歡,但光伏發(fā)電的實(shí)際應(yīng)用缺少之又少。
1 項(xiàng)目背景
發(fā)展可再生能源如今已成為全世界共同關(guān)注的課題,而其中發(fā)展最好的三大可再生能源中太陽(yáng)能最被業(yè)內(nèi)人士看好,其潛力也最大。特別是近幾十年來(lái)太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)中提出的光伏發(fā)電研究成果,因其具有極好的商業(yè)化和市場(chǎng)開(kāi)拓潛力,使得太陽(yáng)能研究領(lǐng)域迅速發(fā)展成為全球快速穩(wěn)定發(fā)展的新興產(chǎn)業(yè)之一。本項(xiàng)目重點(diǎn)研究的就是太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)如何更好地將其提提倡的綠色電力在蘇州住宅小區(qū)中推廣,以期從點(diǎn)到面來(lái)研究該行業(yè)的推廣應(yīng)用,使其能在真正意義上成為全球各國(guó)解決能源與經(jīng)濟(jì)發(fā)展、環(huán)境保護(hù)之間矛盾的最佳途徑之一。
1.1 立項(xiàng)原因
太陽(yáng)輻射能源是一種極其豐富、無(wú)污染、廉價(jià)的能源,其取之不盡用之不竭的特性,使無(wú)數(shù)研究者趨之若鶩。本項(xiàng)目組就目前太陽(yáng)能發(fā)電的研究成果,中國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備的出口限制和供求關(guān)系等因素,申請(qǐng)了該項(xiàng)目,學(xué)習(xí)研究實(shí)施太陽(yáng)能光伏發(fā)電。
1)太陽(yáng)能發(fā)電的趨勢(shì)。根據(jù)國(guó)家《可再生能源中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》(可再生能源中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃,2007.9,中華人民共和國(guó)-國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)),要大力推廣應(yīng)用小功率光伏系統(tǒng),建立分散型和集中型兆瓦級(jí)聯(lián)網(wǎng)光伏示范性電站。我國(guó)國(guó)內(nèi)光伏市場(chǎng)十分巨大。
2)中國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備的出口限制和供求關(guān)系。目前,我國(guó)的光伏行業(yè)出口受到很大的限制,也就是一般意義上的“雙反”。由于以往的光伏產(chǎn)業(yè)主要都是歐美國(guó)家在生產(chǎn),為了鼓勵(lì)我國(guó)企業(yè)自行從事太陽(yáng)能的研發(fā)生產(chǎn),我國(guó)制定了一系列鼓勵(lì)政策。因?yàn)閲?guó)外的光伏產(chǎn)業(yè)已經(jīng)經(jīng)歷了大規(guī)模的發(fā)展,起步較晚的中國(guó)光伏制造企業(yè)為了生存發(fā)展只能選擇走低價(jià)路線,一番價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)以后歐美的光伏企業(yè)紛紛開(kāi)始使用地方保護(hù)政策和法律武器保護(hù)自己,即雙反。鑒于此,中國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備的出口受限,主要供求都局限在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。
1.2 住宅小區(qū)采用光伏發(fā)電的需求分析
1)環(huán)保需要。目前太陽(yáng)能基本上是無(wú)污染的能源,光伏發(fā)電,不會(huì)產(chǎn)生“目視污染”外的其他污染。
2)用電需要?,F(xiàn)在住宅小區(qū),用電的地方很多,如:居民家中、公共樓道、路燈、小區(qū)門衛(wèi)室、綠化燈光美化照明等。
3)科技發(fā)展的需要。光伏是個(gè)新興的技術(shù)行業(yè),能為人類的生活帶來(lái)很大的方便。
1.3 太陽(yáng)能發(fā)電的優(yōu)勢(shì)
1)量大價(jià)廉。太陽(yáng)能資源取之不盡、用之不竭,且免費(fèi)。
2)無(wú)需配送。可原地發(fā)電、原地使用,節(jié)約輸配電網(wǎng)的投資,并減少了輸配電損耗。
3)改善環(huán)境。安裝在屋頂和墻面上的光伏陣列能在吸收太陽(yáng)能的同時(shí)避免了屋頂和墻面的陽(yáng)光直射,尤其在夏日,可明顯改善室內(nèi)溫度環(huán)境。
4)保護(hù)空氣。現(xiàn)在全球大部分地區(qū)都是采用化石燃料發(fā)電,這會(huì)對(duì)空氣造成嚴(yán)重污染,如果選用了太陽(yáng)能光伏發(fā)電,則能有效的保護(hù)空氣,防止霧霾現(xiàn)象的進(jìn)一步惡化。
5)占地面積小。太陽(yáng)能光伏發(fā)電無(wú)需額外占地建設(shè),只需安裝在屋頂即可,節(jié)省了土地資源,這對(duì)于人口密集、土地昂貴的城市建筑尤為重要。
1.4 光伏發(fā)電的挑戰(zhàn)
1)穩(wěn)定性差。氣候和晝夜的變化對(duì)太陽(yáng)能的獲取量影響很大。為了使其達(dá)到一定的穩(wěn)定度就必須有貯存裝置,這一措施不僅增加了技術(shù)難度,也提高了造價(jià)。鑒于目前的貯存系統(tǒng)都不夠理想,要具體應(yīng)用也較為困難。
2)裝置成本過(guò)高。雖然地面接收到的太陽(yáng)能量非常大,但其分散度太大,密度太低,因此,作為能源使用就必須安裝面積相當(dāng)大的收集設(shè)備才能達(dá)到預(yù)期效果。但是大面積必將造成價(jià)位高,從而提高這一量大價(jià)廉的能源價(jià)格。
3)太陽(yáng)能光伏面板損壞。太陽(yáng)能光伏面板有一定的壽命,目前還不是很明確;冰雹天氣對(duì)太陽(yáng)能光伏面板有一定的破壞作用;天氣灰塵較多,時(shí)間長(zhǎng)后,會(huì)覆蓋在太陽(yáng)能面板上,影響太陽(yáng)能的接收。
2 太陽(yáng)能發(fā)電原理的學(xué)習(xí)與研究
2.1 太陽(yáng)能發(fā)電的原理
太陽(yáng)能電池組件能在太陽(yáng)照射下將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能,一方面通過(guò)控制器將直接送入用電設(shè)備完成諸如照明、電路控制等多種功能,如有需要還可通過(guò)AC/DC逆變器為交流負(fù)載提供電能。另一方面也可通過(guò)控制器將多余的電能送入蓄電池內(nèi)貯存起來(lái),提供夜間所需的電能。
2.2 目前太陽(yáng)能發(fā)電的節(jié)能減排分析
太陽(yáng)能光伏發(fā)電相比火力發(fā)電,可以減少污染物的排放,起到節(jié)能減排的作用。表1是天科光伏公司對(duì)上海、蘇州地區(qū)的太陽(yáng)能節(jié)能減排的分析。
表1 發(fā)電量與節(jié)能減排分析
100 kW光伏項(xiàng)目 kWh/年 節(jié)省 減排
標(biāo)準(zhǔn)煤 二氧化碳 二氧化硫 氮氧化物
年均發(fā)電量 85800 33.46T 87T 0.8T 0.23T
25年總
發(fā)電量 2145000 836.5T 2175T 20T 5.75T
3 蘇州太陽(yáng)能發(fā)電的可行性
3.1 環(huán)境可行性
蘇州全年太陽(yáng)總輻射4605.55 MJ/m2(兆焦/平方米),日均太陽(yáng)輻射為12.62 MJ/m2,其中7月份太陽(yáng)輻射最多,達(dá)到日均17.17 MJ/m2;1月份最少,為7.05 MJ/m2。全年日照時(shí)數(shù)1829小時(shí),年日照率為42%。
3.2 經(jīng)濟(jì)可行性
蘇州屬于III類資源區(qū),蘇州的光伏發(fā)電的上網(wǎng)價(jià)格是1.0元/千瓦。分布式光伏的保底收入就是當(dāng)?shù)亍皹?biāo)桿電價(jià)+0.42元/度”,而正常情況下用電價(jià)格是高于當(dāng)?shù)厝济簷C(jī)組標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)的,所以自發(fā)自用比例越高,收益越高。
表2 光伏發(fā)電入網(wǎng)價(jià)格
3.3 政策可行性
目前我國(guó)有多項(xiàng)政策對(duì)大陽(yáng)能發(fā)電研究進(jìn)行支持,其中國(guó)發(fā)〔2013〕24號(hào)《國(guó)務(wù)院關(guān)于促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的若干意見(jiàn)》制定的發(fā)展目標(biāo)如下。
把擴(kuò)大國(guó)內(nèi)市場(chǎng)、提高技術(shù)水平、加快產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)作為促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的根本出路和基本立足點(diǎn),建立適應(yīng)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的光伏產(chǎn)品生產(chǎn)、銷售和服務(wù)體系,形成有利于產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的法規(guī)、政策、標(biāo)準(zhǔn)體系和市場(chǎng)環(huán)境。2013~2015年,年均新增光伏發(fā)電裝機(jī)容量1000萬(wàn)千瓦左右,到2015年總裝機(jī)容量達(dá)到3500萬(wàn)千瓦以上。加快企業(yè)兼并重組,淘汰產(chǎn)品質(zhì)量差、技術(shù)落后的生產(chǎn)企業(yè),培育一批具有較強(qiáng)技術(shù)研發(fā)能力和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的龍頭企業(yè)。加快技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級(jí),提高多晶硅等原材料自給能力和光伏電池制造技術(shù)水平,顯著降低光伏發(fā)電成本,提高光伏產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。保持光伏產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)的合理份額,對(duì)外貿(mào)易和投融資合作取得新進(jìn)展。(國(guó)發(fā)〔2013〕24號(hào)國(guó)務(wù)院關(guān)于促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的若干意見(jiàn)(節(jié)選),2013.8)
所有的這些政策,基本上都是對(duì)光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的支持。
4 太陽(yáng)能發(fā)電模型的建立
4.1 太陽(yáng)能電池組件
該項(xiàng)目建立的模型如下。
1)系統(tǒng)硬件配置。10 W太陽(yáng)板X2、電源箱、導(dǎo)線、LED光源(2W球泡、3 W球泡、8 W球泡、6 W\300 MM燈管、9 W\500 MM燈管,客戶可根據(jù)應(yīng)用需求做出組合選擇)組成。①普通家居照明可選1 W球泡或2 W燈管;②商業(yè)照明可選3 W球泡或4 W燈管。
2)系統(tǒng)可照明時(shí)間說(shuō)明。①滿電狀態(tài)下可為:2 W光源照明最少8小時(shí);②在光照充足的情況下,太陽(yáng)板充電一天可為2 W光源提供12小時(shí)所需電能;兩天可以基本充滿電;③如果遇到持續(xù)陰雨天,太陽(yáng)板將無(wú)法為系統(tǒng)正常補(bǔ)充電能,請(qǐng)縮短每晚照明時(shí)間,從而延長(zhǎng)照明天數(shù);④每天晚上照明4-6小時(shí)以內(nèi),白天及時(shí)充電,盡量使電池始終處于滿電狀態(tài),這樣既可以保證系統(tǒng)有3天的儲(chǔ)電量,也可以大大延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命。
3)持續(xù)陰雨天時(shí)請(qǐng)關(guān)注電壓表,當(dāng)指針顯示電壓低于12 V時(shí),請(qǐng)及時(shí)充電!如天氣未能轉(zhuǎn)晴,可用專用的AC220V―DC12V適配器為系統(tǒng)充電。
4)充電插口有兩個(gè),太陽(yáng)板、適配器均可任意接入充電。
5)照明插口有四個(gè),位于USB接口的下方,插上光源的插頭即可照明。
6)指示燈說(shuō)明見(jiàn)電源箱的說(shuō)明,系統(tǒng)設(shè)置為微電腦默認(rèn)模式,正常使用即可。
4.2 蓄電池
牽引式蓄電池是目前光伏系統(tǒng)中的最常用蓄電池為,通常放電率可超過(guò)80%,該類型的電池主要有VRLA(鉛酸)蓄電池、Ni-Cd(鎳鎘)蓄電池和Ni-H(鎳氫)蓄電池三種類型。涉及2 V、4 V、6 V、12 V和24 V等型號(hào)電池,品種有0.5AH~2000AH近百個(gè)規(guī)格。
蓄電池應(yīng)與太陽(yáng)能電池、負(fù)載相匹配??刹捎靡环N簡(jiǎn)單方法大致確定它們之間的關(guān)系。太陽(yáng)能電池板額定輸出功率和負(fù)載輸入功率之間的關(guān)系在華東地區(qū)大致是2~4:1,系統(tǒng)才能正常工作,具體比例要根據(jù)燈具每天工作時(shí)間以及對(duì)連續(xù)陰雨天照明要求決定。太陽(yáng)能電池的電壓要超過(guò)蓄電池的工作電壓的20~30%,才能保證給蓄電池正常充電。蓄電池容量必須比負(fù)載日耗電量高6倍以上為宜。
4.3 專用控制器
本系統(tǒng)的控制器電路主要完成以下功能。
1)為了防止蓄電池深度放電和過(guò)度充電的問(wèn)題,必須限制其充、放電條件,以延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命。
2)控制器電路,同時(shí)實(shí)現(xiàn)了負(fù)載控制功能,能自動(dòng)光控或者時(shí)控方式下的路燈工作狀態(tài)。
3)控制器具有以下幾個(gè)特點(diǎn):防反充電控制;防過(guò)充電控制;防過(guò)放電控制;光控自動(dòng)切換負(fù)載工作。因此,在溫差較大的地方能進(jìn)行溫度補(bǔ)償功能。該產(chǎn)品技術(shù)已極為成熟,設(shè)備型號(hào)有數(shù)十種之多。
4.4 蓄電池參數(shù)
為了有效減少蓄電池的數(shù)量,本項(xiàng)目設(shè)定了工作目標(biāo),以此來(lái)設(shè)計(jì)匹配不同型號(hào)的蓄電池。根據(jù)前期調(diào)研,為了實(shí)現(xiàn)最終模型,本項(xiàng)目需要在蓄電池充滿情況下連續(xù)工作5個(gè)陰雨天,得出蓄電池容量應(yīng)為(AHL×DW/ DOD =69.58×5/0.6=579.8AH),因此本項(xiàng)目選用了4臺(tái)24 V150AH的蓄電池來(lái)完成目標(biāo)。若根據(jù)負(fù)載需要設(shè)計(jì)匹配不同型號(hào)的蓄電池,可有效減少蓄電池的數(shù)量。此外,為了將蓄電池工作電壓由24 V降低到12 V供負(fù)載使用,還需使用直流降壓器。
4.5 太陽(yáng)能電池組件
蓄電池總充電電流
式中,ε為太陽(yáng)能組件系統(tǒng)綜合損失系數(shù),取ε=1.05;η為蓄電池充電效率,取η=0.9。
CS6P-240型太陽(yáng)能電池組件數(shù)量N
為了保證系統(tǒng)在太陽(yáng)輻射最少的月份能穩(wěn)定運(yùn)行,必須對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行校對(duì)。蘇州地區(qū)而言1月份日平均太陽(yáng)輻射最低,為7.05兆焦/平方米即1.96 kWh/m2。系統(tǒng)日耗電量為3.39 kWh,單晶硅電池效率為18%,則CS6P-240型太陽(yáng)能電池組件數(shù)量N。
5 總結(jié)推廣
5.1 成功之處
我們團(tuán)隊(duì)能夠熟練掌握太陽(yáng)能光伏發(fā)電的基本原理,組裝過(guò)程,注意事項(xiàng)等。團(tuán)隊(duì)的每位成員都能夠快速、正確的配置安裝太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)。
5.2 有待提高
雖然該項(xiàng)目已經(jīng)接近尾聲,但還有一些不足之處,如:
1)模型較小,因?yàn)榭紤]到攜帶、演示的方便,我們的模型較小,功率不大。
2)目前太陽(yáng)能光伏發(fā)電的設(shè)備較貴,如果要聯(lián)網(wǎng)發(fā)電,一般至少要2 kW,而2 kW的價(jià)格基本上在16000元左右,我們的科研經(jīng)費(fèi)受限。等工作后,我們可以利用業(yè)主、社區(qū)或企業(yè),提供經(jīng)濟(jì)支持,建立聯(lián)網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。
6 總結(jié)
經(jīng)過(guò)大家辛苦努力,大家學(xué)到了很多太陽(yáng)能光伏發(fā)電的知識(shí),該項(xiàng)目的調(diào)研報(bào)告終于完成了,模型也基本上能夠展現(xiàn)太陽(yáng)能發(fā)電原理和實(shí)際的應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)
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作者簡(jiǎn)介
【關(guān)鍵詞】:太陽(yáng)能;太陽(yáng)能發(fā)電;光化學(xué)轉(zhuǎn)換;
中圖分類號(hào):TK511 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
1 太陽(yáng)能簡(jiǎn)介及其利用現(xiàn)狀
1.1太陽(yáng)能簡(jiǎn)介
3000年前我們祖先就利用太陽(yáng)能,能源就是能夠向人類提供某種形式能量的自然資源,包括所有的燃料、流水、陽(yáng)光、地?zé)?、風(fēng)等,通過(guò)適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換手段可使其為人類生產(chǎn)和生活提供所需的能量。例如煤和石油等化石能源燃燒時(shí)提供熱能,流水和風(fēng)力可以提供機(jī)械能,人類利用能源的歷史,也就是人類認(rèn)識(shí)和征服自然的歷史。中國(guó)是利用太陽(yáng)能最早的國(guó)家《周禮》就有“夫燧”取火的故事,到近現(xiàn)代太陽(yáng)能利用科技首先在歐美國(guó)家有了長(zhǎng)足發(fā)展,特別是第一次中東能源戰(zhàn)爭(zhēng)后太陽(yáng)能科技有較快發(fā)展,1992年在巴西“世界環(huán)境與發(fā)展大會(huì)”通過(guò)一系列重要文件,極大推動(dòng)太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)利用的發(fā)展。我國(guó)在20世紀(jì)七十年代后對(duì)太陽(yáng)能的利用科技的展開(kāi)研究和開(kāi)發(fā),世界能源大會(huì)后制定《中國(guó)21世紀(jì)議程》提出相應(yīng)的對(duì)策和措施,明確因地制宜開(kāi)發(fā)和推廣太陽(yáng)能。
1.2分布狀況
太陽(yáng)是一個(gè)發(fā)光發(fā)熱的恒星因內(nèi)部熱聚變核反應(yīng)向外界每秒發(fā)散了3.74×1026J能量。其中有一部分傳到地球,通常說(shuō)太陽(yáng)能就是太陽(yáng)輻射到地面可開(kāi)發(fā)利用的能量。到地面的太陽(yáng)輻射能約有8.1×1016W是當(dāng)代全球能萬(wàn)倍,所以太陽(yáng)能是取之不盡的新能源,是各種再生能源中最重要的基本能源。其分布最廣,也最容易獲取,為人類發(fā)展提供一種“無(wú)窮無(wú)盡”的能源開(kāi)發(fā)利用好可解決人類面臨煤炭、石油的能源枯竭的問(wèn)題。太陽(yáng)能本身具有的特點(diǎn),(1)儲(chǔ)量豐富(2)維持長(zhǎng)久(3)分布廣泛(4)維護(hù)方便(5)清潔無(wú)污染。缺點(diǎn)有(1)能量分散性(2)能量不穩(wěn)定(3)能量的間歇性,不連續(xù)。
太陽(yáng)能的分布,全球太陽(yáng)總輻射量日照時(shí)數(shù)最大地區(qū):美國(guó)西南部,非洲、澳大利亞、我國(guó)、中東,很多地區(qū)是發(fā)達(dá)地區(qū)。我國(guó)處北溫帶每年接受太陽(yáng)能輻射總量1.9×1016kw·h,全國(guó)2/3的國(guó)土年日照時(shí)間超過(guò)2200小時(shí).總體是西部高于東部,南部低于北部,(新疆除外)可分4個(gè)太陽(yáng)能資源帶,前三類,覆蓋我國(guó)大面積國(guó)土利用太陽(yáng)能條件好。
1.3利用現(xiàn)狀
目前人們對(duì)太陽(yáng)能利用技術(shù)最成熟、成本最低、運(yùn)用最廣方式為直接熱利用,我國(guó)光熱運(yùn)用面積占全球76%,太陽(yáng)能熱水器占世界第一使用量超過(guò)1.25億平米并以20%--30%遞增。太陽(yáng)灶技術(shù)也是運(yùn)用相當(dāng)廣技術(shù)成熟;太陽(yáng)能發(fā)電、太陽(yáng)光伏發(fā)電研究歷史已有100多年歷史自1893年法國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)光伏效應(yīng),1930年朗格提出太陽(yáng)電池1960年硅電池并網(wǎng)發(fā)電,1986美國(guó)6.5MWp伏電站運(yùn)行。光伏發(fā)電均因沒(méi)很好解決技術(shù)瓶頸沒(méi)能大規(guī)模推廣。
2太陽(yáng)能的利用和展望
2.1太陽(yáng)能利用
太陽(yáng)能的利用方式縱觀世界各國(guó)對(duì)太陽(yáng)能利用主要為:太陽(yáng)能熱利用、太陽(yáng)能發(fā)電和光化學(xué)轉(zhuǎn)換
(1) 太陽(yáng)能熱利用
直接把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為熱能供人類使用(例如:加熱和取暖),稱為太陽(yáng)能的熱利用,或者叫光熱利用。直接熱利用是最古老的應(yīng)用方式,也是目前技術(shù)最成熟、成本最低、應(yīng)用最廣泛的太陽(yáng)能利用模式?;驹硎抢眉療崞鲗⑻?yáng)能收集起來(lái),通過(guò)介質(zhì)轉(zhuǎn)化進(jìn)行利用。不易大規(guī)模集中使用因太陽(yáng)能的能密低熱,為了接收足夠熱,需要占很大面積,材料用料多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜使得成本加大。因太陽(yáng)能分布廣熱使用不受自然條件限制、技術(shù)要求不高。有季節(jié)性大面積使用有不少困難,小面積使用成本不大,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單如家用太陽(yáng)能熱水器運(yùn)用極其廣泛。
(2)太陽(yáng)能發(fā)電
太陽(yáng)能熱發(fā)電就是利用太陽(yáng)輻射所產(chǎn)生的熱能發(fā)電,是在太陽(yáng)能熱利用的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的,實(shí)際上是“光-熱-電”的轉(zhuǎn)換過(guò)程。有兩種形式:一類是蒸汽熱動(dòng)力發(fā)電,一類是熱電直接轉(zhuǎn)換。蒸汽熱動(dòng)力發(fā)電,先利用太陽(yáng)能提供的熱量產(chǎn)生蒸汽,再利用蒸汽驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī),原理同火力發(fā)電。這種利用方式要求盡量在太陽(yáng)能密度流大的地區(qū),目前投資建設(shè)成本大,發(fā)電機(jī)和蒸汽管路絕熱和耐高溫性關(guān)系到發(fā)電的使用效率。設(shè)備技術(shù)要求更高,建設(shè)成本大,與以上使用一樣有間隙性不穩(wěn)定。需要研究解決儲(chǔ)能設(shè)備能把白天多余的能量存儲(chǔ)供夜晚和雨天使用。
熱電直接轉(zhuǎn)換,即利用太陽(yáng)能提供的熱量直接發(fā)電,這類發(fā)電方式的優(yōu)點(diǎn)是發(fā)電裝置本體沒(méi)有活動(dòng)部件,但一般發(fā)電量都很小,有的方法尚處于原理性試驗(yàn)階段。相對(duì)成熟一些的,主要是半導(dǎo)體溫差發(fā)電。不便于推廣需在技術(shù)成熟后運(yùn)用。發(fā)展前景較好,
2.2、太陽(yáng)能光發(fā)電
太陽(yáng)能光發(fā)電是指不通過(guò)熱過(guò)程而直接將光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿陌l(fā)電方式。光化學(xué)發(fā)電和光生物轉(zhuǎn)換,主要通過(guò)光化轉(zhuǎn)換過(guò)程實(shí)現(xiàn)。
光感應(yīng)發(fā)電,是利用某些有機(jī)高分子團(tuán)吸收太陽(yáng)的光能后變成光極化偶極子的現(xiàn)象。光伏發(fā)電,是利用某些物質(zhì)的光電效應(yīng)(光生伏打效應(yīng)),將太陽(yáng)光輻射能直接轉(zhuǎn)變成電能的發(fā)電方式。電壓一般較低,技術(shù)還未達(dá)到實(shí)用,處于理論研究階段。光伏發(fā)電是未來(lái)太陽(yáng)能發(fā)電的主流。
2.2.1光化學(xué)轉(zhuǎn)換
是指將太陽(yáng)的光輻射能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能存儲(chǔ),或者利用太陽(yáng)光照的作用實(shí)現(xiàn)某些特定的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。有光化學(xué)電池盒光生物發(fā)電
① 光化學(xué)電池
將太陽(yáng)的光輻射能通過(guò)某種化學(xué)反應(yīng)過(guò)程轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?,稱為光化學(xué)發(fā)電,通常是指浸泡在溶液中的半導(dǎo)體電極受到光照后,電極上有電流輸出的現(xiàn)象。光化學(xué)發(fā)電還可細(xì)分為液結(jié)光化電池、光電解電池和光催化電池等。
② 光生物發(fā)電
綠色植物的光合作用也是一種光化學(xué)轉(zhuǎn)換過(guò)程。通過(guò)光合作用將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成為生物質(zhì)的過(guò)程,稱為光生物利用。光生物發(fā)電,通常是指葉綠素電池發(fā)電,也是一種光化學(xué)轉(zhuǎn)換過(guò)程。葉綠素在光照作用下能產(chǎn)生電流,這是最普遍的生物現(xiàn)象之一。要做成穩(wěn)定的葉綠素電池目前還比較困難。
③太陽(yáng)能房
太陽(yáng)能房是綜合利用太陽(yáng)能光熱轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換等過(guò)程,實(shí)現(xiàn)主動(dòng)的和被動(dòng)的太陽(yáng)能利用的節(jié)能建筑。安裝太陽(yáng)能熱水器,提供生活熱水;安裝太陽(yáng)能空調(diào),調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度;安裝太陽(yáng)電池板,提供生活用電。設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)最佳采光、采暖,冬暖夏涼。還可結(jié)合風(fēng)力、地?zé)岬饶茉醇敖ㄖ?jié)能材料,實(shí)現(xiàn)零耗能建筑
④太陽(yáng)池
太陽(yáng)池是一種集中儲(chǔ)存太陽(yáng)能的方式,并可作為熱源使用。池水為鹽水,一般表層為清水,越往深處鹽度越大,底層甚至為飽和狀態(tài)。池底深而黑,光輻射被池底吸收轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芎?,除了池底的有限散熱,基本不?huì)向水池表面散熱。太陽(yáng)不斷輻射、底層水不斷儲(chǔ)熱,水溫就越來(lái)越高。將池底的熱取出,就可以進(jìn)行各種應(yīng)用,而且這種熱源還比較穩(wěn)定。
電力是人們使用的基本動(dòng)力,運(yùn)用程度最廣,太陽(yáng)能發(fā)電原理與傳統(tǒng)發(fā)電相似,只是蒸汽的熱量來(lái)源于太陽(yáng)將工質(zhì)加熱倒數(shù)百攝氏度,經(jīng)過(guò)交換電氣產(chǎn)生高溫過(guò)壓蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)。并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電,集熱器采用真空管式和腔體式結(jié)構(gòu)。集熱部分是龐大的聚光型集熱器,熱能傳輸或控制熱能損失保溫極重要,有好的蓄熱裝置還需采用熱空氣的燃?xì)廨啓C(jī)組和斯特林熱發(fā)電機(jī)太陽(yáng)能發(fā)電有槽式太陽(yáng)能發(fā)電、塔式太陽(yáng)能發(fā)電和蝶式太陽(yáng)能發(fā)電。受聚光集熱器尺寸限制蝶式太陽(yáng)能發(fā)電功率較小更適用于分布式能源系統(tǒng),蝶式、斯特林系統(tǒng)光學(xué)效率高達(dá)29%。這種運(yùn)用,首先要有場(chǎng)地布置集熱系統(tǒng)投資成本也較大受外界風(fēng)、雨、砂影響一般宜分布在人煙較少,日照時(shí)間長(zhǎng)的地區(qū),這類地區(qū)往往風(fēng)砂,要解決結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。專用發(fā)電機(jī)有待革新和提高效率。世界各國(guó)基本處于初步運(yùn)用和完善提高試驗(yàn)階段。而光伏發(fā)電是利用特殊材料在太陽(yáng)光照射下發(fā)生光伏效應(yīng)產(chǎn)生電能。以光伏電池和光伏發(fā)電為主要形式。光伏電池通過(guò)光伏效應(yīng)將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)化為電能的器件,典型的單體光伏電池類型有同質(zhì)結(jié)電池、異質(zhì)結(jié)電池、自特基結(jié)光伏電池、復(fù)合結(jié)光伏電池、疊層光伏電池、薄膜光伏電池、濕式光伏電池。光伏發(fā)電系統(tǒng)
光伏發(fā)電的特點(diǎn):
1、從光伏發(fā)電的角度看有許多優(yōu)點(diǎn)是其他能源無(wú)法比擬的。不需要機(jī)械部件,組件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,體積小,質(zhì)量輕,運(yùn)輸安裝容易。
2、光伏電池有移動(dòng)部件,容易啟動(dòng)運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單,又因沒(méi)有機(jī)械部件,無(wú)磨損,運(yùn)行效率高故障低可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人看守。
3、因無(wú)機(jī)械磨損和物質(zhì)損耗使用壽命長(zhǎng)對(duì)環(huán)境無(wú)污染是綠色清潔能源。
在實(shí)際應(yīng)用中沒(méi)有迅速推廣也存在明顯不足,同其他利用方式相比,因光伏電池和發(fā)電是建立在晶體硅片基礎(chǔ)上,在前期制造過(guò)程中有高耗能和高污染。在薄膜太陽(yáng)能模板中含有微量鎬有毒,太陽(yáng)能量密度低往往需要建立相對(duì)面積收集設(shè)備占地面積大材料用量多,結(jié)構(gòu)復(fù)雜成本增高,太陽(yáng)的季節(jié)性時(shí)間周期變化給發(fā)電造成波動(dòng)性。給經(jīng)濟(jì)可靠的大規(guī)模利用帶來(lái)考驗(yàn)。
2.2.2太陽(yáng)能利用的展望:
太陽(yáng)能是清潔,取之不盡的新能源,在能源危機(jī)日益緊張,造成社會(huì)沖突加劇的當(dāng)今世界,無(wú)疑同其他可再生資源一樣給社會(huì)帶來(lái)希望,給科學(xué)技術(shù)提出更高的要求。社會(huì)穩(wěn)定發(fā)展技術(shù)不斷創(chuàng)新,是人類的共同任務(wù)。
就太陽(yáng)能而言,個(gè)人認(rèn)為太陽(yáng)能直接利用和太陽(yáng)能發(fā)電是太陽(yáng)能利用最具前途 的。兩種途徑直接利用太陽(yáng)能熱水器,因技術(shù)簡(jiǎn)單,不論成本、安裝、使用均沒(méi)有大的技術(shù),材料的障礙應(yīng)該是目前極力推廣的。未來(lái)只要能解決好,集熱器和保溫水箱的熱絕緣,利用效率會(huì)更高。
太陽(yáng)能發(fā)電是未來(lái) 太陽(yáng)能大規(guī)模利用的主要方向,而材料技術(shù)革新又是關(guān)鍵,目前國(guó)際市場(chǎng)的晶體硅供不應(yīng)求,新材料突破時(shí)其大規(guī)模運(yùn)用的瓶頸。隨著空間應(yīng)用領(lǐng)域使用光伏電池,全世界光伏能源市場(chǎng)已開(kāi)始蓬勃發(fā)展,漸形成規(guī)模產(chǎn)業(yè)。近年,全世界太陽(yáng)能電池產(chǎn)量超6000MW。我國(guó)已是太陽(yáng)能電池世界第一。我國(guó)目前雖然是電池生產(chǎn)大國(guó),國(guó)內(nèi)市場(chǎng)仍未啟動(dòng),潛力十分巨大,2009年《新能源產(chǎn)業(yè)振業(yè)規(guī)劃(草案)》提出到2020年目標(biāo):太陽(yáng)能發(fā)電2000千瓦。
[關(guān)鍵詞]電力系統(tǒng);新能源;風(fēng)力發(fā)電;太陽(yáng)能光伏發(fā)電
中圖分類號(hào):TM61 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1009-914X(2016)09-0167-01
1 引言
為了能夠有效的解決能源緊張的問(wèn)題,減少對(duì)自然環(huán)境的破壞,維護(hù)生態(tài)的穩(wěn)定,對(duì)清潔、再生、污染小的新能源的需求也隨之越來(lái)越明顯。新能源是指在科學(xué)技術(shù)上開(kāi)發(fā)和利用的非常規(guī)性,綠色能源是未來(lái)發(fā)展中的主要能源,如:太陽(yáng)能、風(fēng)能、海洋能等。是無(wú)污染的,取之不盡用之不竭的。為確保電力系統(tǒng)能夠在整個(gè)現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)社會(huì)建設(shè)發(fā)展中得到長(zhǎng)時(shí)間且可持續(xù)性的發(fā)展,展開(kāi)有關(guān)新型能源在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用研究勢(shì)在必行。所以,隨著我國(guó)能源需求的逐漸提高,新能源發(fā)電逐漸獲得了政府的支持和人們的關(guān)注。
新能源是指在新技術(shù)的推動(dòng)下,系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)利用的可再生資源。相對(duì)于傳統(tǒng)的化石能源,新能源具備突出優(yōu)點(diǎn)便是可再生,同時(shí)它還有儲(chǔ)量豐富、污染少的優(yōu)點(diǎn)。新能源發(fā)電主要包括太陽(yáng)能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電、地?zé)岚l(fā)電、潮汐發(fā)電等形式。而新能源電力系統(tǒng)是指用科學(xué)新技術(shù)將新能源進(jìn)行發(fā)電、輸電、配電和用電的系統(tǒng)。發(fā)電企業(yè)具備的生產(chǎn)特點(diǎn)是在電力生產(chǎn)中清潔、無(wú)污染、零排放、可再生。
2 新能源發(fā)電基本形式
2.1利用自然界的風(fēng)能發(fā)電
在目前的電力電子背靠背變頻技術(shù)的支持下,風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)能夠?qū)Πl(fā)電功率的各個(gè)參數(shù)的輸出作業(yè)進(jìn)行有效的調(diào)整和控制,風(fēng)力發(fā)電的目標(biāo)也是通過(guò)控制電磁轉(zhuǎn)矩控制機(jī)組轉(zhuǎn)速頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)的。風(fēng)能在利用過(guò)程中因?yàn)闆](méi)有產(chǎn)生輻射、也不會(huì)對(duì)空氣產(chǎn)生污染是一種公認(rèn)的清潔的可再生能源,風(fēng)力發(fā)電基本原理,利用自然界的風(fēng)力帶動(dòng)發(fā)電企業(yè)安裝的風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn),通過(guò)增速機(jī)把風(fēng)車旋轉(zhuǎn)的速度加快,從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。
2.2太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)在電力系統(tǒng)中的運(yùn)用
光伏發(fā)電技術(shù)不斷進(jìn)步,成本逐漸降低,世界上很多國(guó)家都制定了相關(guān)的激勵(lì)政策,大大推動(dòng)了光伏發(fā)電的發(fā)展。我國(guó)在光伏發(fā)電領(lǐng)域起步較早,目前已經(jīng)在太陽(yáng)能電池組件的生產(chǎn)能力上走在世界前列,很多科研院所也逐步開(kāi)展相關(guān)技術(shù)的研究。光伏發(fā)電在電力系統(tǒng)中的主要應(yīng)用形式有戶用電源、獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)和光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。戶用電源是最簡(jiǎn)單的一種應(yīng)用形式,其發(fā)電容量小,一般的用途是緩解邊遠(yuǎn)地區(qū)的居民缺電狀況。獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)相對(duì)于戶用電源來(lái)說(shuō)容量較大,但是結(jié)構(gòu)仍比較簡(jiǎn)單,其作用是對(duì)某一區(qū)域進(jìn)行供電。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)是未來(lái)太陽(yáng)能光伏發(fā)電的主流,它是將電能輸送至電網(wǎng)的光伏系統(tǒng)。
2.3利用生物質(zhì)能發(fā)電
生物質(zhì)發(fā)電時(shí)蘊(yùn)含在生物中的能量,具有可再生、低污染、分布廣等特點(diǎn),在能源資源中占有比例重,是第四大能源。目前我國(guó)的生物質(zhì)發(fā)電主要表現(xiàn)有:直燃發(fā)電、混燃發(fā)電、氣化發(fā)電、沼氣發(fā)電等。生物質(zhì)能發(fā)電較傳統(tǒng)的能源發(fā)電優(yōu)勢(shì)是在環(huán)保、節(jié)能又可以再生,因其無(wú)污染、見(jiàn)效快、也可以減少對(duì)環(huán)境的破壞,增加農(nóng)民的收入備受人們的關(guān)注與青睞。且生物質(zhì)能分布廣,儲(chǔ)量大是替代煤、石油、天然氣等傳統(tǒng)能源的新能源。當(dāng)前,生物質(zhì)能發(fā)電形式主要有秸稈發(fā)電、沼氣發(fā)電等形式。
2.4海洋能發(fā)電
海洋能發(fā)電主要是通過(guò)海洋中的可再生能量進(jìn)行發(fā)電,清潔無(wú)污染,但是海洋能具有區(qū)域性和局域性,只有在特地的范圍內(nèi)才能對(duì)海洋能進(jìn)行利用。利用海洋能發(fā)電主要是潮汐發(fā)電、波浪發(fā)電。海洋中儲(chǔ)存的大量能量來(lái)發(fā)電對(duì)于緩解傳統(tǒng)能源的消耗意義重大。其中潮漲潮落形成的動(dòng)能可以帶動(dòng)水輪機(jī)使發(fā)電機(jī)運(yùn)行工作達(dá)到發(fā)電的目的。其發(fā)電方形式能量比較穩(wěn)定、電力輸送配送比較簡(jiǎn)單、便于管理。
3 新能源發(fā)電發(fā)展的意義與前景
3.1使我國(guó)電網(wǎng)覆蓋面得以提高
“受煤炭市場(chǎng)不景氣影響,煤價(jià)自2012年5月以來(lái)持續(xù)下跌,未來(lái)煤電上網(wǎng)電價(jià)仍存較強(qiáng)的下調(diào)預(yù)期?!睆B門大學(xué)中國(guó)能源經(jīng)濟(jì)研究中心主任林伯強(qiáng)講到,這相當(dāng)于增加了新能源發(fā)電的利用成本,傳統(tǒng)能源發(fā)電在價(jià)格方面有了更多比較優(yōu)勢(shì)。在我國(guó)由于地理環(huán)境的復(fù)雜性傳統(tǒng)能源的發(fā)電方式基本是的電網(wǎng)廣距離遠(yuǎn)途輸送配電,然而所形成的電網(wǎng)覆蓋面受到復(fù)雜地形、地貌環(huán)境的制約,在部分偏遠(yuǎn)地區(qū)還沒(méi)有通電。電力輸送不到的區(qū)域其經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生活質(zhì)量都受到了極大是限制。而風(fēng)能、太陽(yáng)能等能源發(fā)電后形成的微電網(wǎng)系統(tǒng),則為沒(méi)有通電的地區(qū)帶來(lái)了福音,實(shí)現(xiàn)了微電網(wǎng)供電。新能源發(fā)電無(wú)疑提高了我國(guó)電網(wǎng)的覆蓋面積,提升了部分區(qū)域的生活品質(zhì)。
3.2促進(jìn)新能源發(fā)電技術(shù)的發(fā)展
國(guó)家能源局新能源司處長(zhǎng)董秀芬說(shuō)道,能源局目前正在協(xié)調(diào)有關(guān)部門,針對(duì)補(bǔ)貼資金來(lái)源等進(jìn)行溝通,針對(duì)性提出對(duì)策,并在未來(lái)逐步進(jìn)行完善。但在補(bǔ)貼資金不能無(wú)限量增長(zhǎng)的現(xiàn)階段,可再生能源補(bǔ)貼政策將出現(xiàn)微調(diào),一些被證明行之有效的政策會(huì)繼續(xù)保留,確保給企業(yè)一個(gè)合理的利潤(rùn)空間,實(shí)現(xiàn)新能源從規(guī)模擴(kuò)張型向質(zhì)量效益型發(fā)展、從高補(bǔ)貼政策依賴模式向低補(bǔ)貼競(jìng)爭(zhēng)力提高模式的兩個(gè)轉(zhuǎn)變。
3.3明確各方責(zé)任,全方位促進(jìn)發(fā)展
就目前來(lái)看,想要促進(jìn)新能源發(fā)電的快速發(fā)展,還需要獲得政府的扶持。一方面,在新能源發(fā)電上網(wǎng)價(jià)格上,為了使新能源發(fā)電能夠與常規(guī)能源競(jìng)爭(zhēng),政府需要為電網(wǎng)企業(yè)提供一定的財(cái)政補(bǔ)貼。另一方面,在增值稅方面,新能源發(fā)電產(chǎn)品不需要使用燃料和其他材料,所以不應(yīng)該收取增值稅。而解決新能源發(fā)電的稅負(fù)問(wèn)題,則可以更好的促進(jìn)新能源發(fā)電的發(fā)展。最后,政府應(yīng)該實(shí)行優(yōu)惠信貸政策,以便使新能源發(fā)電的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力得到提升。我們?cè)谡块T、監(jiān)管部門、發(fā)電企業(yè)、電網(wǎng)企業(yè)、制造企業(yè)、行業(yè)協(xié)會(huì)應(yīng)該履行《可再生能源法》賦予的責(zé)任,進(jìn)而促進(jìn)全方位發(fā)展。
3.4加強(qiáng)新能源發(fā)電科學(xué)統(tǒng)一規(guī)劃
科學(xué)制定規(guī)劃,明確相對(duì)穩(wěn)定的發(fā)展目標(biāo)。新能源最大優(yōu)勢(shì)具有可再生性、分布的廣大性、均衡性、資源巨量性。開(kāi)發(fā)利用新能源,利用新能源發(fā)電對(duì)于節(jié)約傳統(tǒng)資源保障煤炭、石油等戰(zhàn)略資源的儲(chǔ)備、調(diào)整能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)、護(hù)佑生態(tài)、呵護(hù)環(huán)境、提升人們的生活質(zhì)量、擴(kuò)大、拉動(dòng)內(nèi)需、涵養(yǎng)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)、提供更多的工作崗位、是我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展必然選擇。新能源發(fā)電技術(shù)在我國(guó)基本屬于成熟階段。建議能源主管部門按照安全、經(jīng)濟(jì)、綠色、和諧原則,根據(jù)全國(guó)能源需求與可再生能源資源實(shí)際狀況,對(duì)水電、煤電、核電和天然氣發(fā)電等進(jìn)行統(tǒng)籌優(yōu)化,制定可再生能源開(kāi)發(fā)利用中長(zhǎng)期總量目標(biāo)。
4 結(jié)語(yǔ)
總之,國(guó)內(nèi)的新能源發(fā)電已經(jīng)逐步進(jìn)入到了新的發(fā)展時(shí)期,需要在技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展方面取得一定的進(jìn)步。為了促進(jìn)新能源發(fā)電的發(fā)展,政府應(yīng)該為新能源行業(yè)提供一定的政策支持,大力開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、潮汐能等可再生能源利用技術(shù),對(duì)于國(guó)家的能源建設(shè)、環(huán)保事業(yè)、可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略具有深遠(yuǎn)的歷史意義。當(dāng)下,我國(guó)傳統(tǒng)能源的資源有限,在環(huán)境污染、戰(zhàn)略儲(chǔ)備、人們普遍倡導(dǎo)的低碳生活的多重壓力下,對(duì)其開(kāi)發(fā)與利用受到局限。因此,尋找可替代傳統(tǒng)能源的新能源,在我國(guó)乃至全球正在如火如荼的開(kāi)展。
參考文獻(xiàn)