上海電力建設(shè)有限責(zé)任公司 郭 輝

1 太陽能和風(fēng)能

1.1 太陽能

它的特點(diǎn)就是密度相對低、太陽能源變化快、間歇性強(qiáng)等，所以利用太陽能發(fā)電會(huì)變得相對困難。如何快速有效的收集太陽能，找到正確的方法收集并利用太陽能才是解決問題的關(guān)鍵。太陽能發(fā)電有四項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：聚光器、吸收器、跟蹤和蓄熱。聚光器和吸收器技術(shù)主要是為了解決太陽熱能密度低、分布不均勻的問題，而儲(chǔ)能的難點(diǎn)在于如何儲(chǔ)存和減少熱損失，在沒有太陽光源的情況下提供電力。

太陽能是一種自然、無污染、可再生的能源，但它具有密度低、空間分布不斷變化等特點(diǎn)，使用成本也是較高，阻礙了人類太陽能熱能的發(fā)展。但是太陽能熱能技術(shù)一旦投入使用，將在后期給我們帶來可觀的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，加上化石燃料對當(dāng)?shù)丨h(huán)境和其不可再生性產(chǎn)生的負(fù)面影響，鼓勵(lì)了政府支持和推動(dòng)太陽能熱能的發(fā)展。太陽能、熱力發(fā)電四項(xiàng)基礎(chǔ)核心技術(shù)解決方案就是研究新材料[1]。在我國未來的發(fā)展趨勢中，將會(huì)有大量的太陽能被利用。

1.2 風(fēng)能

傳統(tǒng)的發(fā)電技術(shù)原理是先轉(zhuǎn)化成動(dòng)能再轉(zhuǎn)化成電能，在此過程中產(chǎn)生了對環(huán)境污染嚴(yán)重的碳、氮氧化物，造成大量的二次污染。這與水電和太陽能發(fā)電有一定的相似度但它們是綠色自然能源發(fā)電，不會(huì)釋放任何污染物，有效地保證了中國經(jīng)濟(jì)的綠色和可持續(xù)發(fā)展。

另外，中國擁有非常豐富的風(fēng)能資源，在風(fēng)力發(fā)電方面具有顯著的優(yōu)勢，近年來中國的風(fēng)力發(fā)電一直在快速增長，有效地促進(jìn)了我國社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。事實(shí)上，風(fēng)力發(fā)電是自網(wǎng)的，不會(huì)與電網(wǎng)系統(tǒng)相連，通過水力發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電的有效結(jié)合，有助于滿足偏遠(yuǎn)地區(qū)的供電需求[2]。然而，離網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)勢還沒有得到充分發(fā)揮，因此風(fēng)力發(fā)電是一個(gè)重要的發(fā)展趨勢。風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)的特點(diǎn)是周期短、占地面積小，有利于實(shí)現(xiàn)智能化并網(wǎng)管理機(jī)制。此外，通過風(fēng)電網(wǎng)技術(shù)，可以有效地支持和補(bǔ)償風(fēng)電場的電網(wǎng)，從而更好地利用風(fēng)能，提高清潔能源利用價(jià)值。

1.3 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

可靠的電力供應(yīng)系統(tǒng)必須有可靠的設(shè)計(jì)，以確保在風(fēng)能-太陽能供電系統(tǒng)中太陽能充電和風(fēng)能充電是兩個(gè)獨(dú)立的充電電路。對于電池組，充電由風(fēng)力發(fā)電機(jī)和太陽能電池組件兩部分進(jìn)行，充電比例取決于不同地區(qū)的資源狀況和環(huán)境條件。太陽能發(fā)電電路由太陽能電池陣列、公共電路和太陽能充電控制器組成。風(fēng)力發(fā)電電路由一個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)、高頻整流模塊、卸載系統(tǒng)及相關(guān)控制元件、配電與保護(hù)組成的電源傳輸控制回路組成。雙向電源通過母線與蓄電池連接。

2 太陽能熱發(fā)電的常用方式及其比較分析

2.1 聚光型光伏發(fā)電系統(tǒng)

光伏集中發(fā)電是近幾年來在我國大規(guī)模發(fā)展的一項(xiàng)新興產(chǎn)業(yè)。它主要應(yīng)用在兆瓦及以上并網(wǎng)的太陽能發(fā)電廠中。與平板式光伏發(fā)電相比，集中式光伏發(fā)電技術(shù)在成本上更加低廉，而且具備建造周期較短、保養(yǎng)簡單、占用面積小、平整性要求較低等優(yōu)勢。

槽式聚光熱發(fā)電系統(tǒng)。太陽能發(fā)電最早采用的技術(shù)之一就是槽式集熱器，它已經(jīng)發(fā)展成為集熱器中最成熟的太陽能技術(shù)，槽式集熱器中的太陽能熱發(fā)電就是指通過槽式的拋物表面進(jìn)行聚焦，將太陽光從其中反射出來送入所需的接收熱管中，通過一個(gè)管式的熱載體，將其中的水體加熱為蒸氣，驅(qū)動(dòng)一臺(tái)汽輪機(jī)進(jìn)行發(fā)電[3]。因此，槽式熱力發(fā)電的一個(gè)重要關(guān)鍵技術(shù)就是太陽能集熱器、吸附器、追溯技術(shù)以及高溫、蓄熱等技術(shù)。槽式太陽能熱電站主要由集熱和發(fā)電兩個(gè)大組成部分，其中集熱器不同于我們傳統(tǒng)的發(fā)電方式，包括：拋物槽反射器、熱接受器、單軸追溯控制系統(tǒng)、集熱器，集熱器和傳統(tǒng)的發(fā)電技術(shù)一樣，是我國最早、最成熟、最經(jīng)濟(jì)的發(fā)電系統(tǒng)。

碟式斯特林聚光熱發(fā)電系統(tǒng)。電氣系統(tǒng)包括一個(gè)旋轉(zhuǎn)拋物面鏡、一個(gè)散熱器、一個(gè)追蹤裝置和一個(gè)熱變流技術(shù)裝置。該系統(tǒng)是直接安裝在雙軸追蹤支持裝置上，實(shí)現(xiàn)了定期追蹤和連續(xù)發(fā)電。它充分保留了塔架散熱器系統(tǒng)的聚焦價(jià)格比高、體量大和規(guī)模小的優(yōu)勢，較好解決了塔架頂部散熱器的散熱量大、安裝和維修成本低的問題，但盤式太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)存在發(fā)電效率差、占地面積小、所采用的材料少等明顯的缺點(diǎn)。

2.2 平板光伏陣列

平板光伏系統(tǒng)包括太陽能電池板、直流保護(hù)和采集系統(tǒng)、交流保護(hù)和開關(guān)系統(tǒng)、變頻器、電能計(jì)量、基礎(chǔ)設(shè)施等。該系統(tǒng)的工作原理是將一個(gè)電池面板陣列組裝成一個(gè)接線盒，直接向直流負(fù)載供電。然后，逆變器將組裝好的直流電源轉(zhuǎn)換成單相電源，或者根據(jù)三相交流電電壓和頻率為最終用戶提供電源系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要用于大型并網(wǎng)發(fā)電廠。在應(yīng)用中，需考慮直流線路、交流線路、增壓站等部分。為提高太陽光的利用率，通常采用單軸或雙軸跟蹤系統(tǒng)來延長太陽直射時(shí)間和發(fā)電量。這個(gè)跟蹤系統(tǒng)占用了很多空間，因?yàn)樗ㄟ^太陽方位角旋轉(zhuǎn)來驅(qū)動(dòng)面板的陰影效果。一般而言，平板式光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，技術(shù)含量低，易于安裝和構(gòu)造，但其存在發(fā)電效率較低、運(yùn)輸及維修不方便等一系列缺點(diǎn)。

3 風(fēng)能發(fā)電預(yù)測技術(shù)研究現(xiàn)狀的分析

3.1 異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)技術(shù)

異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)是異步發(fā)電機(jī)和風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)合。異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)的速度與同步發(fā)電機(jī)的速度差不多，對精度要求不高。異步風(fēng)電機(jī)組的控制裝置不復(fù)雜，運(yùn)行可靠、安全，但異步風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)也存在許多問題，如并網(wǎng)后沖擊電流較大，造成風(fēng)電機(jī)組電氣安全隱患，磁飽和現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致勵(lì)磁電流增大，系統(tǒng)功率降低。因此，通過加強(qiáng)運(yùn)行監(jiān)督和有效預(yù)防，可以更好地保障異步風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行的安全性。

異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)渦輪轉(zhuǎn)速和同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速幾乎是相同的，不需要進(jìn)行整步操作和同步設(shè)備。然而，異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)非常復(fù)雜，有許多問題需要解決。如果異步風(fēng)電機(jī)組直接接入電網(wǎng)，容易產(chǎn)生較大的沖擊電流，降低電網(wǎng)電壓，嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。因此，電場運(yùn)行部門應(yīng)做好監(jiān)督工作，制定有效的預(yù)防措施，確保風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行的可靠性和安全性。

3.2 同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)技術(shù)

同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)作為同步發(fā)電機(jī)和風(fēng)力發(fā)電機(jī)的組合，不僅可以保證發(fā)電機(jī)的有功輸出，而且可以提供無功功率，還可以有效地保證電能質(zhì)量，因此在我國風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。目前國內(nèi)許多專家正在研究同步發(fā)電機(jī)和風(fēng)力發(fā)電機(jī)的有機(jī)融合方法，一般來說風(fēng)速的大幅波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)，不能滿足并網(wǎng)機(jī)組的調(diào)速精度。如果不充分考慮上述問題，特別是在大負(fù)荷條件下，同步發(fā)電機(jī)與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組融合后，電力系統(tǒng)很容易出現(xiàn)無功振蕩或失步現(xiàn)象。上述問題導(dǎo)致同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的廣泛應(yīng)用受到影響，隨著混頻器裝置的廣泛應(yīng)用，這一問題得到了有效的解決。

4 新能源應(yīng)用前景及電能質(zhì)量控制要點(diǎn)

4.1 太陽能熱發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用前景

太陽能電池可分為晶體系統(tǒng)、薄膜系統(tǒng)、多結(jié)系統(tǒng)、有機(jī)系統(tǒng)等。晶體硅在市場上很常見，而薄膜太陽能電池將有更大的市場。中國作為能源需求大國，在本國的生產(chǎn)方面可是取得了不錯(cuò)的成績。在世界各國的共同努力下，隨著技術(shù)的不斷提高，相對應(yīng)的成本也在下降。社會(huì)對太陽能的需求不斷增大，當(dāng)太陽能發(fā)電成本降低到一定程度時(shí)，將成為未來電網(wǎng)的骨干。

4.2 風(fēng)能發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用前景

中國的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)技術(shù)常被廣泛應(yīng)用在陸上和海上的風(fēng)電場建設(shè)中。此外，大多數(shù)地上的發(fā)電站均靠近城市，而且城市的大型高層建筑很容易對其發(fā)電量產(chǎn)生影響。風(fēng)能系統(tǒng)的控制和管理技術(shù)無法得到充分優(yōu)化，導(dǎo)致了風(fēng)力發(fā)電的效率和質(zhì)量低下，造成經(jīng)濟(jì)效益和土地資源的浪費(fèi)。但隨著我國風(fēng)能系統(tǒng)管理技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，相關(guān)專家也開始把風(fēng)能技術(shù)運(yùn)用到海上風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中。海風(fēng)不同于陸風(fēng)，它們所擁有的風(fēng)力資源更為豐富，從以上的研究可以清楚地看出，風(fēng)力機(jī)最佳工作原理之一就是葉輪收集風(fēng)力，這也是直接影響風(fēng)力機(jī)構(gòu)優(yōu)化運(yùn)行的重要因素之一。在建造海上風(fēng)力發(fā)電場時(shí)，風(fēng)力渦輪機(jī)收集的風(fēng)能是陸地風(fēng)力發(fā)電機(jī)的1.5倍，然而海上電站的建設(shè)成本很高，海風(fēng)系統(tǒng)管理技術(shù)的應(yīng)用也并未掌握的很好。

4.3 太陽能質(zhì)量控制要點(diǎn)分析

太陽能電池安裝的主要設(shè)備是卡車和叉車，整個(gè)過程是：首先，使用輔助機(jī)械設(shè)備，將整個(gè)電池組裝到指定位置，并保持指定狀態(tài)，建造者準(zhǔn)確地將整個(gè)部件放在支架上，并在安裝過程中將其固定到位。要注意的是在這個(gè)過程中，電池組不能承受高強(qiáng)度的沖擊和振動(dòng)，在安裝和運(yùn)行過程中，盡量輕放電池組，禁止橫向和重?cái)D壓。在整個(gè)過程中，電池堆放到所需的位置，并逐個(gè)放置，固定面板，注意面板之間的玻璃結(jié)構(gòu)，避免玻璃破碎的情況出現(xiàn)。

其次，調(diào)整電池位置，使裝配水平和垂直，每個(gè)裝配應(yīng)接近支架的接觸面，保持傾角和組間的距離。需要說明的是，在安裝太陽能電池時(shí)，所有的傾斜角度都要滿足設(shè)計(jì)要求，必須保證這個(gè)檢查點(diǎn)的質(zhì)量。最后確定部件調(diào)平的結(jié)果，完成整個(gè)調(diào)平過程。目前應(yīng)用比較廣泛的水準(zhǔn)測量方法是選擇兩條可以自然懸掛的直線，連接在兩個(gè)部件上，然后，用外力拉緊電池串，并以其為標(biāo)準(zhǔn)線，調(diào)整其他電池組件的電平。在目前的安裝中，很容易出現(xiàn)正負(fù)端子相反的連接。為了避免這種情況，電壓表在連接時(shí)并聯(lián)，并且總是檢查串聯(lián)開路電壓的值是否符合安裝標(biāo)準(zhǔn)，在確保沒有短路和錯(cuò)誤連接后，連接母線盒為以下工作鋪平道路。

4.4 風(fēng)電電能質(zhì)量控制要點(diǎn)分析

針對風(fēng)力發(fā)電，我們不僅要關(guān)注風(fēng)力發(fā)電設(shè)備本身的問題，還要有效地連接變壓器、靜止無功發(fā)生器、傳輸線、風(fēng)力發(fā)電機(jī)等不同環(huán)節(jié)。從設(shè)備制造商的角度來看，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是一個(gè)完整而獨(dú)立的系統(tǒng)，但從人們的角度來看，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是整個(gè)系統(tǒng)的一部分，無論是系統(tǒng)可靠性還是設(shè)備可靠性，都需從管理和技術(shù)兩個(gè)層面來考慮，以及從整體的角度來看，可以采取什么措施來確?？煽啃?。

為了保證風(fēng)電場預(yù)期收益的實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)行風(fēng)電場投資經(jīng)濟(jì)模式中選用的風(fēng)電機(jī)組必須具有運(yùn)輸方便、重量輕、體積小、效率高、安全吊裝等特點(diǎn)，在不增加風(fēng)電場投資的情況下，可以有效降低發(fā)電成本，有效提高發(fā)電量。同時(shí)，隨著技術(shù)路線的日益多樣化，對風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的推廣起到了有效的作用。針對我國風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的未來發(fā)展，應(yīng)注重提高風(fēng)能轉(zhuǎn)化率、提高單臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的容量、提高其環(huán)境適應(yīng)能力，重點(diǎn)是要改進(jìn)機(jī)組的設(shè)計(jì)，提高設(shè)備的可靠性。