李峰

[摘要]本文針對(duì)光伏發(fā)電和風(fēng)電的外在和內(nèi)在特征，分別從10個(gè)方面對(duì)比分析了風(fēng)電和光伏發(fā)電的區(qū)別，有助于全面、深刻認(rèn)識(shí)風(fēng)/光發(fā)電的優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用價(jià)值。

[關(guān)鍵詞]風(fēng)電；光伏發(fā)電；比較；特性

[中圖分類號(hào)]TU271.1 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1672-5158（2013）06-0323-02

引言

目前，國內(nèi)外正在大力發(fā)展風(fēng)/光發(fā)電。其中我國的風(fēng)/光發(fā)電規(guī)模及技術(shù)發(fā)展最為迅速。以新疆為例，根據(jù)新疆自治區(qū)“十二五”規(guī)劃，至“十二五”期末，我區(qū)風(fēng)電裝機(jī)容量將達(dá)到900萬kW，光伏發(fā)電裝機(jī)容量將達(dá)到150萬千萬。風(fēng)電/光發(fā)電正在從輔助電源向主力電源過渡，對(duì)電網(wǎng)造成的影響將不可忽視。

深入理解風(fēng)/光發(fā)電的不同點(diǎn)，找出各自的優(yōu)缺點(diǎn)并加以研究、取長(zhǎng)補(bǔ)短，對(duì)健康發(fā)展清潔能源，合理、科學(xué)利用可再生資源具有重要意義。

1 比較分析

1.1 能源轉(zhuǎn)換方式

風(fēng)力發(fā)電利用風(fēng)力發(fā)電機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能，基于電磁感應(yīng)的原理實(shí)現(xiàn)了動(dòng)能到電能的轉(zhuǎn)換。而光伏發(fā)電則利用光伏電池板，利用“光生伏打效應(yīng)”將太陽能直接轉(zhuǎn)化為電能。

1.2 發(fā)電成本

目前，風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電相比，光伏發(fā)電的成本要遠(yuǎn)高于風(fēng)力發(fā)電。根據(jù)最新市場(chǎng)行情，當(dāng)下光伏發(fā)電的發(fā)電成本約為12元/W，上網(wǎng)電價(jià)為1元/kwh，而風(fēng)電的發(fā)電成本約為3.6元/W，上網(wǎng)電價(jià)約為0.6元/kwh。但隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，兩者發(fā)電成本差距將進(jìn)一步縮小。

1.3 占地面積

光伏電站建設(shè)占地面積要遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于風(fēng)力發(fā)電020MW的固定安裝式光伏電站占地面積約為667畝，而20MW的風(fēng)電場(chǎng)占地面積僅僅約為50畝。

1.4 易維護(hù)性

由于風(fēng)力發(fā)電葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)部分為機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)，故容易產(chǎn)生機(jī)械故障，且故障不易診斷，由此對(duì)專業(yè)維護(hù)人員的技術(shù)水平要求較高，維護(hù)工作量大。而光伏發(fā)電所有設(shè)備均為靜止元件。不存在機(jī)械磨損的問題，只需對(duì)少量的運(yùn)行人員進(jìn)行簡(jiǎn)單的培訓(xùn)，即可完成對(duì)電站運(yùn)行情況的監(jiān)視和維護(hù)工作。

但其也有缺點(diǎn)，太陽能電池板容易聚集灰塵，需要經(jīng)常清潔，否則影響發(fā)電功率，且太陽能電池板清潔較為困難，給清潔人員帶來一定的難度。

1.5 功率波動(dòng)性

由于風(fēng)電機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部件在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)具有一定的慣性作用，故當(dāng)風(fēng)止時(shí)，風(fēng)電機(jī)組在很小的一段時(shí)間內(nèi)發(fā)電功率不會(huì)突然跌落為0，存在一個(gè)簡(jiǎn)短的緩沖過程。但光伏發(fā)電功率完全依賴于光照強(qiáng)度，當(dāng)突然有云遮陰時(shí)，光伏發(fā)電功率會(huì)瞬間跌落。因此，在較小的時(shí)間尺度內(nèi)，風(fēng)電功率和光伏發(fā)電功率相比，出力曲線相對(duì)較為平滑。如圖1、圖2所示。

1.6 發(fā)電功率規(guī)律性

由于太陽具有朝出夕落的特點(diǎn)，故光伏發(fā)電功率曲線呈現(xiàn)出以中午時(shí)刻軸為對(duì)稱軸的拋物線形。如圖1所示。而風(fēng)速和風(fēng)向一般沒有固定的變化規(guī)律，因此風(fēng)電日功率曲線規(guī)律性不強(qiáng)。

1.7 對(duì)環(huán)境的影響

風(fēng)電轉(zhuǎn)動(dòng)部件會(huì)造成明顯的噪聲污染，風(fēng)電場(chǎng)附近不宜有居民居住。國內(nèi)也曾發(fā)生過因風(fēng)電場(chǎng)噪聲太大，導(dǎo)致附近居民向政府部門投訴，以致風(fēng)電場(chǎng)最終停運(yùn)。光伏電站運(yùn)行時(shí)基本沒有噪聲，但太陽光照射到光伏組件時(shí)未被吸收的部分會(huì)經(jīng)光伏組件玻璃層發(fā)生反射，對(duì)周圍環(huán)境造成較強(qiáng)的光污染。同時(shí)大規(guī)模光伏電站的建設(shè)還將改變局域地表溫度。

1.8 對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響

當(dāng)電網(wǎng)側(cè)發(fā)生故障時(shí)，風(fēng)電機(jī)組會(huì)產(chǎn)生一定的阻尼轉(zhuǎn)矩，對(duì)電網(wǎng)功角穩(wěn)定性的影響較小。眾多文獻(xiàn)表明，風(fēng)電機(jī)組對(duì)電網(wǎng)的功角穩(wěn)定性有一定的有利作用。然光伏發(fā)電設(shè)備中不包含轉(zhuǎn)動(dòng)元件，不存在功角問題，也不產(chǎn)生阻尼轉(zhuǎn)矩，因此對(duì)電網(wǎng)功角穩(wěn)定性不具有任何貢獻(xiàn)。不利于電網(wǎng)恢復(fù)穩(wěn)定運(yùn)行。

1.9 對(duì)低電壓穿越能力的要求

1.9.1 風(fēng)電機(jī)組的低電壓穿越能力要求

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低電壓穿越能力要求示意圖如圖3所示。

具體要求為：

（1）風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸出端電壓跌落至20%額定電壓時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組能夠保證不脫網(wǎng)連續(xù)運(yùn)行625ms。

（2）風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸出端電壓在發(fā)生跌落后2s內(nèi)能夠恢復(fù)到額定電壓的90%時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組應(yīng)能保證不脫網(wǎng)連續(xù)運(yùn)行。

1.9.2 光伏發(fā)電的低電壓穿越能力要求

光伏發(fā)電的低電壓穿越能力要求示意圖如圖4所示。

具體要求為：（1）光伏發(fā)電站并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌至0時(shí)，光伏發(fā)電站應(yīng)不脫網(wǎng)連續(xù)運(yùn)行0.15s。

（2）光伏發(fā)電站并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌至曲線1以下時(shí)，光伏發(fā)電站可以從電網(wǎng)切出。

對(duì)比圖3、圖4可知，由于風(fēng)電和光伏發(fā)電特性的不同，對(duì)各自低電壓穿越能力的要求也不同。但很明顯對(duì)光伏發(fā)電的低電壓穿越能力要求更高，要求光伏發(fā)電具有“零電壓穿越能力”。

1.10 短路電流特性

并網(wǎng)點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，光伏電站可以提供120%～150%的短路電流，而且持續(xù)不衰減。但雙饋風(fēng)電機(jī)組可以提供最高約300%的短路電流并逐漸衰減至正常額定電流以下；直驅(qū)型發(fā)電機(jī)組可以提供約250%的短路電流并基本不衰減。因此，當(dāng)并網(wǎng)點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，光伏電站相對(duì)于風(fēng)電機(jī)組，不利于保護(hù)裝置的正確動(dòng)作。

2 總結(jié)

（1）本文從能源轉(zhuǎn)換方式、發(fā)電成本、占地面積、易維護(hù)性等10個(gè)方面比較分析了風(fēng)電和光伏發(fā)電的不同點(diǎn)。從內(nèi)在和外在特性兩個(gè)角度對(duì)風(fēng)電和光伏發(fā)電客觀的陳述了自己的簡(jiǎn)介。

（2）由于光伏發(fā)電和風(fēng)電在資源時(shí)軸分布上的互補(bǔ)特性，目前各地已建設(shè)有諸多風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電項(xiàng)目，資源利用效率、發(fā)電量、供電可靠性得以大大提高。因此，新疆正在吐魯番地區(qū)建設(shè)疆內(nèi)第一個(gè)大型風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電基地。

參考文獻(xiàn)

[1]張紅光，張粒子，陳樹勇，等，大容量風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定特性和調(diào)度對(duì)策研究[J]中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2007，27（11）：46

[2]關(guān)宏亮，趙海翔，劉燕華，王偉勝，戴慧珠，楊以涵，異步風(fēng)電機(jī)組接入系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定及控制[J]，電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2008，32（4）：54-57

[5]吳俊玲，周雙喜，大型風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行的若干技術(shù)問題研究[D]，北京：清華大學(xué)，2004

[4]李鳳婷，晁勤，風(fēng)速變化的并網(wǎng)型風(fēng)電場(chǎng)故障分析[J1，北京交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，31（5）：105-109

[5]張雁忠，張家口地區(qū)風(fēng)電運(yùn)行若干關(guān)鍵問題研究[D]，清華大學(xué)，2008

[6]趙爭(zhēng)鳴，劉建政，太陽能光伏發(fā)電及其應(yīng)用[M]，北京：科學(xué)技術(shù)出版社，2005