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        新能源光伏發(fā)電技術(shù)應(yīng)用研究

        2022-12-11 04:27:14國華神木新能源有限公司韓向龍
        電力設(shè)備管理 2022年19期
        關(guān)鍵詞:發(fā)電廠發(fā)電新能源

        國華(神木)新能源有限公司 韓向龍

        光伏發(fā)電作為一種新型半導(dǎo)體,光能可轉(zhuǎn)化為電能,在新半導(dǎo)體的幫助下電能可吸收陽光:首先,光能轉(zhuǎn)化為離子態(tài),然后獲得自由離子,最后產(chǎn)生電能。這個過程實現(xiàn)了新能源轉(zhuǎn)化為電能。新能源光伏發(fā)電不同于風力發(fā)電和水力發(fā)電等傳統(tǒng)發(fā)電方式,具有很高的轉(zhuǎn)化率,在實際應(yīng)用中不需要機械零件或消耗燃料,并具有清潔、無污染的優(yōu)點。同時,新能源資源是可再生資源,可大大減輕我國能源的壓力,更好地適應(yīng)當前我國提倡的環(huán)境保護和科學(xué)發(fā)展觀。我國一直非常重視光伏發(fā)電新技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用,光伏發(fā)電新技術(shù)的應(yīng)用不僅在國家建設(shè)中發(fā)揮著重要作用,而且具有一定的社會經(jīng)濟價值,在未來依然具備極大的研發(fā)潛力。

        光伏發(fā)電廠主要實現(xiàn)光熱能和光電能形式的電能轉(zhuǎn)換,前者主要利用太陽輻射產(chǎn)生的熱量發(fā)電,通常從新能源集熱器獲得的熱量結(jié)合起來,將其轉(zhuǎn)化為工作設(shè)備蒸汽,然后利用汽輪機發(fā)電;后者主要利用光伏效應(yīng)將太陽輻射轉(zhuǎn)化為電能,新能源電池是實現(xiàn)這一轉(zhuǎn)變的基本設(shè)備。目前,我國新能源方陣主要由諸多的電池排列而成,具備很大的輸出功率,可實現(xiàn)更高效、高質(zhì)量的光伏發(fā)電。

        1 新能源光伏發(fā)電特點及光伏發(fā)電技術(shù)的經(jīng)濟性分析

        不受地域限制。由于太陽照射范圍廣,基本上可在有太陽的地方進行光伏發(fā)電,這將大大增加光伏發(fā)電的范圍,滿足許多不同地區(qū)的發(fā)電需求。中國幅員遼闊,新能源領(lǐng)域遍布西北地區(qū);新能源二類地區(qū)分布廣泛,包括山東、吉林、安徽北部、江蘇中部和北部;三類區(qū)域大多位于長江中下游,新能源資源可接受;這四類地區(qū)主要包括四川省和貴州省。不難看出,中國新能源資源豐富、面積極其巨大,占全國區(qū)域面積的25%以上,為新一代光伏能源提供了良好的資源條件。

        光伏發(fā)電具有很高的轉(zhuǎn)換率,能夠適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境,可確保始終處于良好的運行狀態(tài),無需繁瑣的維護。從技術(shù)角度來看,省去了傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)復(fù)雜的中間階段,提高了發(fā)電效率和能源利用率,新的光伏發(fā)電技術(shù)操作更簡單,能量傳輸速度更快。新型光伏發(fā)電技術(shù)操作更簡單,功率傳輸速度較快。同時,根據(jù)供電要求,可在相對較短的距離內(nèi)設(shè)置相應(yīng)的發(fā)電和供電設(shè)施,以避免長距離運輸造成的電力損失。在光伏發(fā)電中,新能源主要被收集和利用,然后轉(zhuǎn)化為電能,整個轉(zhuǎn)化過程清潔高效,避免產(chǎn)生有毒有害污染物,符合節(jié)能環(huán)保的要求,是一種環(huán)境友好型的發(fā)電技術(shù)科學(xué)技術(shù)結(jié)合。

        目前,隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,新能源光法發(fā)電應(yīng)用相關(guān)技術(shù)有著更為優(yōu)質(zhì)的效果。如,電池技術(shù)可有效存儲光伏發(fā)電產(chǎn)生的電力;跟蹤技術(shù)光伏發(fā)電的過程中跟隨太陽,動態(tài)控制光伏系統(tǒng),保持高性能運行;聚焦技術(shù)包括熱光伏、全息、反射、折射等輻照方法,可提高新能源密度,實現(xiàn)最高效的光電轉(zhuǎn)換效率;孤島檢測技術(shù)主要用于個體設(shè)備,其作用是最大限度地保護發(fā)電設(shè)備,降低故障發(fā)生的概率[1]。

        發(fā)電成本決定著光伏發(fā)電技術(shù)是否具有實際應(yīng)用價值,其成本主要取決于發(fā)電的總成本和發(fā)電總量的比例。光伏發(fā)電能夠源源不斷地為用戶提供電源,但用戶對用電的需求并不是一直都有,所以如何解決供需間的平衡問題是儲能技術(shù)的重點。我國西部有豐富的新能源資源,西部與東部地區(qū)平均每年的滿發(fā)電小時數(shù)都在一千小時以上,但是光伏發(fā)電的不穩(wěn)定性也為經(jīng)濟和電能質(zhì)量帶來損失,良好的儲能裝置能避免這種損失的發(fā)生。國內(nèi)的相關(guān)技術(shù)人員在從多個方面研究儲能的配置與容量,在光伏發(fā)電技術(shù)中,不僅取決于其特性還取決于其經(jīng)濟性,這就需要進行系統(tǒng)全面的經(jīng)濟分析。光伏組件的成本占整個發(fā)電系統(tǒng)的一半以上。隨著光伏組件價格的降低,光伏發(fā)電成本也逐漸降低,為后續(xù)推廣應(yīng)用提供了有利條件。

        由于光伏發(fā)電新技術(shù)在中國的推廣滯后,目前幾乎沒有能夠客觀真實反映光伏發(fā)電確切成本的運營數(shù)據(jù)。目前,主要有地面光伏發(fā)電和屋頂光伏發(fā)電兩種形式,前者的成本高于后者;薄膜光伏發(fā)電廠的投資成本低于晶體硅光伏發(fā)電廠,我國新能源資源雖然面積大,但光伏電站的建設(shè)比較分散,導(dǎo)致光伏能源的生產(chǎn)成本發(fā)生重大變化,而這無法準確計算。普及率決定了新一代光伏能源的市場。以當前的新能源汽車為例。人們對自己的使用體驗有些擔憂。這種情況也反映在新光伏發(fā)電技術(shù)的推廣上,這是影響新光伏能源市場發(fā)展的因素之一。從目前的社會背景來看,新一代光伏能源的普及率和接受率都不高。一方面,大部分人民群眾沒有體會到新能源光伏發(fā)電的優(yōu)勢;另一方面,公眾對新的光伏發(fā)電技術(shù)了解不足。

        2 新能源光伏發(fā)電技術(shù)應(yīng)用實踐

        2.1 集中式新能源光伏發(fā)電站

        集中光伏發(fā)電可直接將光電器件引入公共電網(wǎng),然后將光電器件均勻分布,實現(xiàn)對用戶的供電。這一過程就是單向的能量交換,將電流輸出到電壓為10kV 的大電網(wǎng)中。同時,中央光伏發(fā)電廠的組件包括光伏組件和光電交換站,主要建在大型農(nóng)業(yè)或沙漠地區(qū),這些地方新能源資源豐富,可建設(shè)大型光伏發(fā)電廠,連接高壓輸電系統(tǒng),實現(xiàn)遠程供電。在具體實踐中,相關(guān)人員可對荒地和沙漠地帶進行充分利用,不僅要建設(shè)新能源發(fā)電站,還需對新能源發(fā)電系統(tǒng)進行不斷完善。目前,中國西北地區(qū)已經(jīng)建成了大量新能源發(fā)電廠,這有利于當?shù)氐纳鐣徒?jīng)濟發(fā)展。

        光伏發(fā)電照明是日常生活中最常見的內(nèi)容,由新一代光伏能源組成的照明系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用到人們的生活中。例如,我們周圍出現(xiàn)了各種形式的新能源照明、運河街道照明、走廊照明和草坪照明,為了提高耗電率,新能源燈通常采用兩種不同的控制方式:定時或燈光控制,可根據(jù)實際情況進行選擇,由單片機和模擬電路相結(jié)合進行有效控制。自動開啟時間必須結(jié)合當?shù)卣彰鳁l件設(shè)置,如果環(huán)境光低于光照極限,光照極限可自動監(jiān)測環(huán)境光照。

        新能源照明光伏系統(tǒng)主要由燈具、新能源電池板、電池、充放電調(diào)節(jié)器和逆變器組成,混合式光伏發(fā)電系統(tǒng)是解決新能源發(fā)電地區(qū)受光照時間、海拔和氣候環(huán)境影響,光伏發(fā)電難以充分發(fā)揮作用的一種方式。特別是在風能、水電等清潔能源豐富的地方,新能源光伏發(fā)電系統(tǒng)與其他清潔能源相結(jié)合,形成混合發(fā)電系統(tǒng)。即使新能源的使用受到限制,它也可由其他能源補充,以確保供電的可靠性。

        2.2 分布式新能源光伏發(fā)電站

        分散式光伏發(fā)電廠主要負責將光伏發(fā)電能力直接轉(zhuǎn)移到能源負荷,如果發(fā)電量相對較小或較大,則由大型電網(wǎng)控制,這種發(fā)電方法涉及新能源電池、電路、逆變器、電網(wǎng)接口、保護設(shè)備和其他組件。其中,新能源電池是光電系統(tǒng)的關(guān)鍵,可實現(xiàn)新能源到電能的轉(zhuǎn)換,逆變器可實現(xiàn)恒流到交流電的轉(zhuǎn)換。由于新能源電池組件主要可形成恒流,在具體應(yīng)用中電流主要是交流電,新能源電池組件可將恒流轉(zhuǎn)化為電流,也可接入國家電網(wǎng)。

        目前,具有新能源的分散式光伏發(fā)電廠主要用于建筑行業(yè),即新能源發(fā)電廠和建筑的結(jié)合,因此,建筑物周圍的發(fā)電應(yīng)該配置和使用,大多數(shù)操作和應(yīng)用都是自主生產(chǎn)、自產(chǎn)自銷。同時,安裝新能源電池組件時,設(shè)備可直接使用,無需使用大量新能源電池。該設(shè)備也可應(yīng)用于建筑物,如彩鋼屋頂。但是如果應(yīng)用于混凝土建筑屋頂,則必須設(shè)置合理的重量。此外,還可使用水泥條等輔助工具安裝光伏新能源組件。新型光伏電站的應(yīng)用效果顯著,不僅可促進我國環(huán)保事業(yè)的發(fā)展,而且一些無噪聲屋頂電站或屋頂發(fā)電方式可更好地解決該地區(qū)電力供應(yīng)不足的問題,降低能耗。

        新能源水泵在干旱地區(qū)得到推廣應(yīng)用,這些地區(qū)通常有很強的新能源照明能力,需要大量的長期供水。在大型新能源光伏水泵站的工作過程中,其主要是通過逆變器將新能源電池板所產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的交流電,進而帶動水泵運行,與傳統(tǒng)類型的水泵相比,該水泵系統(tǒng)的成本非常高,但運行時不需要提供能量,所需的運行成本非常低,水泵也較為穩(wěn)定,能夠長時間進行供水,不需要進行頻繁的維修,故障率較低。

        新能源光伏發(fā)電設(shè)備還有一個特點,就是運輸方便、設(shè)備安裝簡單。在安裝新能源光伏發(fā)電設(shè)備時,只需安排設(shè)備朝向太陽的位置,然后安裝新能源電池,即可滿足低發(fā)電量移動電源的應(yīng)用。例如,6MW 新能源發(fā)電廠占地僅80平方公里,施工過程所需材料非常少,施工期也很短,它可在十個月內(nèi)投入使用,是一個非常方便的新能源轉(zhuǎn)換站。對于新能源發(fā)電廠來說,其維護相對簡單方便。即使在極端氣候條件下,如暴風雨或暴風雪,也只需清潔新能源電池表面并控制電路,以確保新能源設(shè)備的電壓穩(wěn)定并繼續(xù)投入運行。一些大型光伏發(fā)電廠由計算機控制,這種智能系統(tǒng)不僅可產(chǎn)生更多的電力,還可確保電力系統(tǒng)更高的運行效率。

        2.3 建設(shè)新能源光伏發(fā)電站的管理要點

        為確保新能源光伏發(fā)電站在實際應(yīng)用中充分發(fā)揮其優(yōu)勢和效益,相關(guān)部門必須做好建設(shè)新能源光伏發(fā)電站的施工管理工作。

        第一,嚴格檢查材料和設(shè)備的質(zhì)量。在項目施工前的準備階段,必須嚴格控制材料和設(shè)備的供應(yīng)商,確保各種材料的質(zhì)量符合項目的相關(guān)施工要求和規(guī)范。同時,工作人員應(yīng)加強與項目施工負責人的溝通協(xié)作,嚴格按照相關(guān)規(guī)范和要求控制材料。

        第二,加強對施工人員的培訓(xùn)。在建設(shè)新能源光伏發(fā)電站的施工過程中,相關(guān)部門必須組織所有參與施工的員工提前接受培訓(xùn),使他們掌握發(fā)電廠施工的相關(guān)理論和技術(shù)知識,以及項目施工過程中可能出現(xiàn)的一般質(zhì)量問題,并能掌握相關(guān)的預(yù)防措施。同時,對于技術(shù)難度高、系統(tǒng)性強、風險大的工作,必須組織有經(jīng)驗、有相應(yīng)資質(zhì)證書的人員,以有效保證電廠的施工質(zhì)量。

        第三,做好光伏新能源裝置的安裝和維護工作。在安裝光伏發(fā)電設(shè)備時,相關(guān)人員應(yīng)嚴格檢查安裝現(xiàn)場的照明,以確保整個安裝過程的可靠性和安全性。同時,確保新型光伏能源裝置具有良好的基本性能和綜合外觀,安裝質(zhì)量符合相關(guān)規(guī)范和要求。此外,必須根據(jù)設(shè)備安裝的相關(guān)要求和安裝現(xiàn)場的環(huán)境,嚴格控制安裝過程,確保合格的安裝質(zhì)量,充分發(fā)揮其使用性能,確保理想的電氣節(jié)能效果。

        3 新能源光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展前景

        盡管與發(fā)達國家相比我國的新能源光伏發(fā)電技術(shù)取得了巨大進步,但在并網(wǎng)發(fā)電、逆變器和安全性方面仍然存在問題。并網(wǎng)發(fā)電方面的難題主要是由于目前新能源光伏發(fā)電預(yù)測精確度較低,很難確保光伏發(fā)電站能源供應(yīng)的穩(wěn)定性。為了解決這個問題,相關(guān)人員可嘗試將風力發(fā)電和光伏發(fā)電結(jié)合起來,以實現(xiàn)發(fā)電的平衡;安裝無功補償裝置,減少光伏電站對公共電網(wǎng)的影響;接入公共電網(wǎng),確保光伏發(fā)電系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

        逆變器可將直流電轉(zhuǎn)換為電流,為用戶提供與電網(wǎng)一致的頻率和電壓。逆變器的主要問題是,設(shè)備在逆變過程中往往會形成電壓脈沖,這就需要使用濾波器來解決這個問題。從安全角度來看,雖然我國光伏發(fā)電網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)采取了全面的保護措施,但光伏發(fā)電系統(tǒng)在電廠與電網(wǎng)分離后,往往會產(chǎn)生孤島效應(yīng),造成設(shè)備故障,嚴重時危及相關(guān)人員生命安全。要解決這一問題,需要利用主動移頻技術(shù)有效地檢測電源故障和電壓,并解決安全隱患。

        新能源建筑是光伏與建筑的有機結(jié)合。光伏與建筑的結(jié)合主要包括兩種方式:屋頂和墻壁。其中,屋頂主要在建筑物頂部安裝若干新能源電池板,建筑物內(nèi)的電力主要來自新能源電池板。它在國外得到了一定程度的應(yīng)用,掀起了“新能源屋頂平面”的浪潮;墻體采用能產(chǎn)生光伏能量的玻璃幕墻,取代傳統(tǒng)的玻璃幕墻,墻壁可吸收新能源并將其轉(zhuǎn)化為電能,為室內(nèi)各種電氣設(shè)備提供能量。

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