電力系統(tǒng)中新能源發(fā)電的運(yùn)用分析

解德鑫

[摘要]本文以新能源發(fā)電形式為研究對(duì)象，著眼于電力系統(tǒng)運(yùn)用實(shí)際情況，由于我國(guó)能源的持續(xù)緊張，以煤炭為主力的電力供應(yīng)連年出現(xiàn)數(shù)以千萬(wàn)千瓦計(jì)的巨大缺口，因此大力發(fā)展新能源發(fā)電一方面可以彌補(bǔ)電力系統(tǒng)的巨大的電力需求缺口，另一方面可以以科學(xué)的發(fā)展觀走可持續(xù)發(fā)展的能源道路。圍繞電力系統(tǒng)中的新能源發(fā)電的運(yùn)用這一中心問題展開了較為詳細(xì)的分析與闡述，并據(jù)此論證了新能源發(fā)電技術(shù)的運(yùn)用在實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展的過程中所占據(jù)的重要地位及其所發(fā)揮的關(guān)鍵意義。

[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；運(yùn)用分析

[DOI]1013939/jcnkizgsc201535207

在任何系統(tǒng)中，供應(yīng)與需求都是一對(duì)尖銳的矛盾統(tǒng)一體，這種情況在電力系統(tǒng)中也不例外。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。

1現(xiàn)階段常見新能源發(fā)電形式分析

嚴(yán)格意義上來說，我們將包括可再生能源以及分布式能源等新型能源形式稱為新能源。這也就意味著：首先，新能源多以可再生能源為主；其次，新能源多以分布式能源為主；最后，水能作為一種常規(guī)意義上的能源利用形式，屬于可再生能源的研究范疇，同時(shí)也可以作為分散式或是集中式能源進(jìn)行綜合應(yīng)用。在當(dāng)前技術(shù)條件支持下，各種類型新能源當(dāng)中應(yīng)用最為廣泛的能源形式當(dāng)屬風(fēng)力發(fā)電形式以及太陽(yáng)能光伏發(fā)電形式這兩種類型。首先，從風(fēng)力發(fā)電形式的角度上來說，現(xiàn)階段全世界范圍內(nèi)有關(guān)風(fēng)力發(fā)電的裝機(jī)總?cè)萘恳迅哂?2億千瓦，其中我國(guó)有關(guān)風(fēng)力發(fā)電的裝機(jī)總?cè)萘恳殉^1200萬(wàn)千瓦，位居世界第四位。與此同時(shí)，我國(guó)對(duì)于風(fēng)力發(fā)電這種新型能源的關(guān)注及建設(shè)力度正呈現(xiàn)出較為顯著的發(fā)展趨勢(shì)，有光風(fēng)力發(fā)電這種新能源發(fā)電形式的發(fā)展目標(biāo)需要在2020年之前實(shí)現(xiàn)裝機(jī)總?cè)萘恐羶|級(jí)單位以上的增長(zhǎng)；其次，從太陽(yáng)能光伏發(fā)電形式的角度上來說，我國(guó)在有關(guān)這種新能源發(fā)電形式的研究與應(yīng)用正處于初級(jí)起步階段，現(xiàn)階段有關(guān)太陽(yáng)能光伏發(fā)電的裝機(jī)總?cè)萘炕具_(dá)到100兆瓦單位，距離世界范圍部分國(guó)家超過百萬(wàn)單位級(jí)別的發(fā)展水平還存在一定差距。但我國(guó)政府已逐步加大對(duì)太陽(yáng)能光伏發(fā)電形式的規(guī)劃與扶植力度，要求在2020年之前，有關(guān)太陽(yáng)能光伏發(fā)電的裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)到千萬(wàn)單位以上的增長(zhǎng)，可以說新能源發(fā)電形式潛在空間巨大。

2電力系統(tǒng)中風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的運(yùn)用分析

在當(dāng)前技術(shù)條件支持下，典型意義上的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)借助于現(xiàn)階段電力電子背靠背變頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電功率參數(shù)輸出作業(yè)的有效調(diào)整與控制，并在對(duì)電磁轉(zhuǎn)矩控制機(jī)組轉(zhuǎn)速頻率的有效控制過程當(dāng)中實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電的目的與意義。一般情況下，整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)由主控制器裝置、調(diào)向系統(tǒng)裝置、變距系統(tǒng)裝置以及制動(dòng)系統(tǒng)裝置這幾個(gè)方面所構(gòu)成，這也就決定了在風(fēng)力發(fā)電技術(shù)作用之下整個(gè)控制系統(tǒng)的并網(wǎng)方式同傳統(tǒng)意義上的常規(guī)電廠差異顯著。在借助于雙饋方式進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)控制處理的過程當(dāng)中，并網(wǎng)頻率的控制可以通過對(duì)轉(zhuǎn)子交流勵(lì)磁頻率參數(shù)的調(diào)節(jié)方式予以實(shí)現(xiàn)。與此同時(shí)，并網(wǎng)電壓的控制可以通過對(duì)轉(zhuǎn)子交流勵(lì)磁幅值的調(diào)節(jié)方式予以實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，在借助于永磁直驅(qū)方式進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)控制處理的過程當(dāng)中，并網(wǎng)作業(yè)下的跟蹤控制目的能夠在電力電子器件的正常運(yùn)行作業(yè)下予以實(shí)現(xiàn)。在實(shí)踐工作過程當(dāng)中，其最為顯著的優(yōu)勢(shì)在于沖擊電流參數(shù)較小，且能夠?qū)崿F(xiàn)無功與有功的有效控制。更為關(guān)鍵的一點(diǎn)在于：在有關(guān)風(fēng)力發(fā)電接入相對(duì)于整個(gè)電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性影響的研究過程中發(fā)現(xiàn)：首先，風(fēng)力發(fā)電接入并不對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)既有的機(jī)電振蕩模式產(chǎn)生影響，并且受到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組自身裝機(jī)容量較小的因素影響，其相對(duì)于整個(gè)電力系統(tǒng)自身所存在的弱阻尼或是負(fù)阻尼震蕩問題并不會(huì)產(chǎn)生明顯影響；其次，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的接入并不會(huì)造成整個(gè)電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的受損，但這種接入模式使得整個(gè)電力系統(tǒng)當(dāng)中部分輸電線路的潮流方向有明顯改變，這需要在線路保護(hù)設(shè)置中重點(diǎn)考量。

3光伏發(fā)電

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展相關(guān)技術(shù)的研究。

光伏效應(yīng)是指通過光照使不均勻半導(dǎo)體或半導(dǎo)體與金屬結(jié)合的不同部位之間產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象。

太陽(yáng)能電池是利用光伏效應(yīng)將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)換為電能的部件。太陽(yáng)光照射太陽(yáng)能電池，太陽(yáng)光的光子在電池里激發(fā)出電子空穴對(duì)，電子和空穴分別向電池的兩端移動(dòng)，如果外部構(gòu)成通路，就形成電流，產(chǎn)生電能。

太陽(yáng)能電池按照研發(fā)時(shí)間先后，可以分為三代，第一代晶硅類（單晶硅和多晶硅）、第二代薄膜類和化合物類（非晶類、銅錮鎵硒、砷化鎵、碲化鎘等）、第三代新概念類（染料敏化電池等）。目前比較成熟且廣泛應(yīng)用的是晶硅類太陽(yáng)能電池。

電池單元是光伏發(fā)電的最小單元。將電氣性能相近的多個(gè)太陽(yáng)能電池單元并聯(lián)并進(jìn)行封裝，即組成太陽(yáng)能電池組件。

4電力系統(tǒng)中太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的運(yùn)用分析

太陽(yáng)能源于太陽(yáng)內(nèi)部的核聚能產(chǎn)生的巨大的能源，太陽(yáng)能是這個(gè)星系內(nèi)部的最豐富的可再生能源。太陽(yáng)能的開發(fā)潛力極為巨大，一旦人類在未來能夠真正用好太陽(yáng)能，就可以獲得生產(chǎn)、生活中所需的取之不盡的能源。人類利用太陽(yáng)能發(fā)電目前仍然處于較低的水平。太陽(yáng)能的99%還沒有被開發(fā)出來，所以太陽(yáng)能發(fā)電的未來前景十分廣闊，雖然以目前的技術(shù)在利潤(rùn)率方面與其他發(fā)電技術(shù)相比還處于劣勢(shì)。

5新能源發(fā)電發(fā)展建議

51明確各方責(zé)任，全方位促進(jìn)發(fā)展

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。

52加強(qiáng)新能源發(fā)電科學(xué)統(tǒng)一規(guī)劃

要科學(xué)制定規(guī)劃，明確相對(duì)穩(wěn)定的發(fā)展目標(biāo)。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，制定可再生能源開發(fā)利用中長(zhǎng)期總量目標(biāo)。據(jù)此總量目標(biāo)，制定新能源發(fā)電規(guī)劃，優(yōu)化提出發(fā)展目標(biāo)、主要任務(wù)、區(qū)域布局、重點(diǎn)項(xiàng)目、實(shí)施進(jìn)度、配套電網(wǎng)和調(diào)峰電源建設(shè)、服務(wù)體系和保障措施等。這些內(nèi)容都是《可再生能源法》里規(guī)定的，以及發(fā)電規(guī)劃里要包括的內(nèi)容。同時(shí)這個(gè)規(guī)劃要納入電力工業(yè)發(fā)展規(guī)劃，避免出現(xiàn)“兩張皮”現(xiàn)象。要實(shí)現(xiàn)中央與地方的新能源發(fā)展規(guī)劃相協(xié)調(diào)和實(shí)現(xiàn)新能源發(fā)電規(guī)劃與其他電源規(guī)劃相協(xié)調(diào)。新能源發(fā)電裝機(jī)規(guī)模需要與其他電源的調(diào)解能力以及系統(tǒng)調(diào)峰電源的規(guī)模相匹配，要在規(guī)劃中具體明確。還要實(shí)現(xiàn)新能源發(fā)電規(guī)劃與電網(wǎng)規(guī)劃相協(xié)調(diào)，兩個(gè)專項(xiàng)規(guī)劃的協(xié)調(diào)和有機(jī)銜接，在新能源發(fā)電規(guī)劃中具體明確大型新能源發(fā)電基地接入電力系統(tǒng)的電網(wǎng)工程，要實(shí)現(xiàn)新能源發(fā)電規(guī)劃與消納市場(chǎng)相協(xié)調(diào)。

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