發(fā)電企業(yè)如何發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)

吳建軍

國電建投內(nèi)蒙古能源有限公司 內(nèi)蒙古鄂爾多斯 017209

在發(fā)電企業(yè)發(fā)展過程中，新能源電力系統(tǒng)的中心意義就是實現(xiàn)真正的“縱向垂直互補(bǔ)，垂直網(wǎng)絡(luò)負(fù)載能源存儲協(xié)調(diào)”的幫助下相關(guān)的技術(shù)手段，減少一次性能源的使用，增加新能源在電力系統(tǒng)的比重，最后逐步使可再生能源占據(jù)電力資源結(jié)構(gòu)的主要位置。

1 新能源電力系統(tǒng)的特點及發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 特征

新能源發(fā)電系統(tǒng)具有隨機(jī)性和波動性、受溫度的影響較大的特點，新能源集成產(chǎn)生的振蕩對電力系統(tǒng)的安全運行有著重要的影響。因此，新能源比例越高，振蕩問題就越嚴(yán)重，新能源的普及不僅會影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，而且會對新能源電力系統(tǒng)的運行效率產(chǎn)生重大影響[1]。

選擇將傳統(tǒng)燃煤發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)化成新能源電力系統(tǒng)最主要的原因就是，新能源系統(tǒng)本身所具有的可再生性、可重復(fù)性及可利用性。風(fēng)能、核能、太陽能和水能等新能源的開發(fā)利用是現(xiàn)階段新能源發(fā)展的重要組成部分。

目前，清潔改造電力基礎(chǔ)設(shè)施的配套能力有待進(jìn)一步提高，新能源電力系統(tǒng)深入滲透率高，導(dǎo)致對新能源電力系統(tǒng)的控制有著嚴(yán)重的不穩(wěn)定性。特別是分布式發(fā)電的“弱調(diào)度”特性，使高滲透電力系統(tǒng)的運行難以控制。因此，研究多資源、多總體目標(biāo)以及多約束的協(xié)調(diào)控制技術(shù)是十分必要的。

新能源電力的另一個重要特征是其低能量密度。例如，風(fēng)速為3m/s時，其能量密度約為20W/m2，即使天氣晴朗時正午時分的太陽能，垂直于地球表面的太陽的能量密度也僅為1000W/m2，這使新能源個發(fā)電設(shè)備的獨立容量不能太大。大量小容量發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)，使電力系統(tǒng)臺受控發(fā)電機(jī)組呈現(xiàn)爆炸性增長趨勢。

1.2 發(fā)展現(xiàn)狀

（1）目前，我國燃煤發(fā)電系統(tǒng)缺乏靈活性和調(diào)節(jié)能力，電網(wǎng)調(diào)度運行模式相對僵化，已成為制約可再生能源高比例接入電網(wǎng)的瓶頸。在目前中國的電力規(guī)劃中，電源側(cè)的靈活性資源配置落后于可再生能源的發(fā)展速度，現(xiàn)存煤電機(jī)組靈活性改造仍有較大空間，豐富能源資源地區(qū)水力發(fā)電、蓄水儲能、核能發(fā)電等具有調(diào)節(jié)性能的靈活電源比例不足[2]。

（2）可再生能源在時間長度上具有顯著的季節(jié)變化和間歇性，并具有區(qū)域水汽與風(fēng)能互補(bǔ)、跨河水力互補(bǔ)和跨區(qū)域風(fēng)能與太陽能互補(bǔ)的特征。因此，通過廣泛互聯(lián)的新發(fā)電系統(tǒng)，可以實現(xiàn)全網(wǎng)的多能量互補(bǔ)、時空互助和友好接納。

2 發(fā)電企業(yè)應(yīng)用新能源發(fā)電技術(shù)分析

2.1 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)

風(fēng)能是世界上最重要的資源之一，其儲量是目前人類可利用的其他資源的十倍以上。風(fēng)能的產(chǎn)生是將風(fēng)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，驅(qū)動風(fēng)再通過風(fēng)力發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。

2.1.1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的類型

根據(jù)裝機(jī)容量的不同，風(fēng)力發(fā)電機(jī)可分為小型、中型、大型和特大型。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的容量越大，葉片就越長。根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的設(shè)計，可分為縱軸結(jié)構(gòu)和橫軸結(jié)構(gòu)兩類。根據(jù)功率控制方式的不同，可分為變攻角汽輪機(jī)、主動齒輪箱汽輪機(jī)和固定攻角汽輪機(jī)。根據(jù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的不同，可以分為恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)、變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)和恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)。不同的能源形式可以分為海上風(fēng)電和陸上風(fēng)電兩類。風(fēng)能可分為高速和低速風(fēng)力發(fā)電機(jī)，上游可分為風(fēng)力發(fā)電機(jī)和風(fēng)力發(fā)電機(jī)。

2.1.2 設(shè)備配置和功能

風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要由風(fēng)機(jī)、短艙、基礎(chǔ)和塔筒組成。風(fēng)機(jī)通常由葉片、輪轂和插接系統(tǒng)組成，葉片的形狀決定了風(fēng)能吸收多少能量。如果風(fēng)機(jī)的風(fēng)速高于靜止風(fēng)速，則高度依賴旋轉(zhuǎn)葉片的末端進(jìn)行空氣制動。如果風(fēng)機(jī)葉片因結(jié)霜、腐蝕、裂紋等情況而不能正常運行，需要及時對風(fēng)機(jī)葉片進(jìn)行保護(hù)和防護(hù)。

2.1.3 風(fēng)機(jī)控制裝置

由于新技術(shù)的快速發(fā)展，新的網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)采用了被廣泛使用的控制模式，通過神經(jīng)網(wǎng)控制葉片對風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和功率進(jìn)行控制。風(fēng)電場還必須配備SVG等無功補(bǔ)償器，以預(yù)測風(fēng)機(jī)的空氣動力特性和風(fēng)機(jī)與電網(wǎng)的距離，以獲得良好的效果。

2.1.4 被動式能源管理技術(shù)

由于風(fēng)電場并網(wǎng)運行會消耗無功，因此穩(wěn)定風(fēng)電場的網(wǎng)絡(luò)電壓與平衡無功同樣重要。

2.2 太陽能發(fā)電技術(shù)

太陽輻射其實是地球上最重要的能源。太陽的能量不斷地釋放到地球上，每秒鐘釋放的能量相當(dāng)于500萬t標(biāo)準(zhǔn)煤，具體應(yīng)用如下：

2.2.1 光電效應(yīng)

PN耦合的光電效應(yīng)，當(dāng)特定物質(zhì)的電子受到特定電磁波的照射時，刺激形成電子，主要是來自半導(dǎo)體的光，形成不穩(wěn)定的井對，不穩(wěn)定的井對在電動勢的影響下遷移，井的P側(cè)和N側(cè)的電子形成勢。光伏系統(tǒng)由太陽能電池、蓄電池控制器、蓄電池和AC/DC轉(zhuǎn)換器組成[3]。

2.2.2 電池組

太陽能電池通常分為晶體硅太陽能電池、薄膜太陽能電池、復(fù)合薄膜太陽能電池、半導(dǎo)體有機(jī)太陽能電池和聚光器太陽能電池。晶硅電池有單晶和多晶點，薄膜硅基太陽能電池效率低，薄膜復(fù)合電池具有環(huán)境污染小、人身危害大等缺點。有機(jī)半導(dǎo)體太陽能電池正在開發(fā)中，國內(nèi)尚無使用實例。聚光型太陽能電池是目前效率最高的，但需要配備聚光系統(tǒng)和散熱器。要確保提高效率和資本投資的收益大于增加發(fā)電量的收益，還有很多工作要做，聚光器太陽能電池的商業(yè)化還需要較長時間。

2.2.3 光伏板的選擇

支持太陽能電池組件的方法包括單軸、雙軸和三軸篩選，單軸篩選可提高效率20%，雙軸篩選可提高效率25%，高精度雙軸篩選可提高可以提高30%的效率。選取太陽能模塊時要注意對于太陽能模塊設(shè)計方法的比較，因為不同的設(shè)計，其中有關(guān)的發(fā)電增益、成本增幅、占地面積、以及支架維護(hù)量都會有不同的區(qū)別，從中選取適合的設(shè)計才是正確的選擇。

2.2.4 變頻器

變頻器是太陽能發(fā)電最重要的設(shè)備。在選擇變頻器時，要考慮功率、效率、直流輸入電壓范圍、保護(hù)功能、監(jiān)控功能和數(shù)據(jù)采集功能。

2.3 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的低壓飛行技術(shù)

低壓輸電（LVT）無疑是風(fēng)電技術(shù)中的一項重要技術(shù)。當(dāng)風(fēng)電機(jī)組的輸出電壓除LVT外均降低時，風(fēng)區(qū)的風(fēng)電機(jī)組會出現(xiàn)雪崩，最終導(dǎo)致整個正風(fēng)區(qū)癱瘓，危害電力系統(tǒng)的穩(wěn)定。因此，現(xiàn)在必須對風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行低電壓設(shè)計，以減輕低電壓對風(fēng)電場安全運行的威脅。為了保證低壓風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的生存能力，在設(shè)計電壓的基礎(chǔ)上，使風(fēng)機(jī)在受到?jīng)_擊、SVG等壓力的地區(qū)的輸出電壓能迅速恢復(fù)到正常水平，從而保證低壓風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的生存能力。

2.4 SVG-PV裝置的電壓控制技術(shù)

光伏裝置，尤其是安裝在插座末端的光伏裝置，過電壓的風(fēng)險最大，調(diào)整的可能性有限；為了使GVS的功率利用率達(dá)到最佳，GVS的控制方式有三種：直流電壓、恒功率因數(shù)和恒無功因數(shù)，設(shè)定為0.98。在日常運行中，局部控制所需的電壓控制基本上是恒功率因數(shù)控制，無功功率的變化是動態(tài)適應(yīng)負(fù)荷的，如果系統(tǒng)電壓超過額定電壓的10%，在恒功率控制不能滿足要求的情況下，必須啟動恒功率控制，如35kV電廠的SVG電壓控制方式：當(dāng)負(fù)荷增加時，必須啟動樁電壓；5kV時，SVG工作在恒壓模式（預(yù)計電壓38kV），如果負(fù)荷較低，SVG工作在恒功率因數(shù)模式（恒功率因數(shù)：0.98）。在低負(fù)載時，SVG工作在恒功率因數(shù)模式下（恒功率因數(shù)：0.98）。隨著母線電壓的升高，母線電壓也會升高。所述設(shè)備的總線電壓的增加包括對控制器過電壓的保護(hù)，并將所述設(shè)備從列表中移除[4]。

2.5 檢查太陽能電池組件的PID效應(yīng)

所謂PID效應(yīng)，是指光伏組件地電位誘導(dǎo)退化（PID），即組件長期工作在高電壓下，由于漏電流和負(fù)載積聚的影響，導(dǎo)致組件輸出迅速降低。

2.5.1 系統(tǒng)方面

大年夜模塊與地之間施加反向電壓，并采取新工藝—微波逆變器，降低體系電壓，降低PID效應(yīng)。

2.5.2 模塊方面

濕度過高是導(dǎo)致模塊內(nèi)囊性纖維化的主要原因，所以模塊的密閉性很重要。

2.5.3 電池

電池是PID抑制的重要因素，SiN發(fā)光層和抗反射層的變化會影響發(fā)電效率和設(shè)備成本。

3 提高發(fā)電企業(yè)新能源發(fā)展效果的措施分析

3.1 建立實時預(yù)測系統(tǒng)

為解決可再生資源消耗比例高的問題，必須提高與電力相關(guān)的新能源技術(shù)水平，確保電網(wǎng)安全運行。

因此，在未來幾年，有必要不斷提高新能源調(diào)度的技術(shù)水平，研究并建立具體的風(fēng)電機(jī)組仿真模型，即風(fēng)電場、光伏發(fā)電模塊和光伏變電站，仿真分析平臺建設(shè)，新能源發(fā)電并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)；產(chǎn)品開發(fā)電站實時檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)風(fēng)電場資源的實時信息和運行監(jiān)控；產(chǎn)品研發(fā)可應(yīng)用于平原、盆地及山地等地形，以及暖溫帶季節(jié)性氣候、大陸性氣候、熱帶季節(jié)性風(fēng)力發(fā)電預(yù)測系統(tǒng)。有助于提升電力網(wǎng)的調(diào)節(jié)控制力，增加電力網(wǎng)運轉(zhuǎn)的靈活性，通過區(qū)域電力網(wǎng)的互聯(lián)互通，發(fā)揮相連電力網(wǎng)的間接儲能功效，以實現(xiàn)資源調(diào)優(yōu)利用，并降低系統(tǒng)總成本，同時，也要通過集中型和分布式儲能技術(shù)相結(jié)合，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)性來增加電力網(wǎng)孤網(wǎng)能力。

3.2 對老舊設(shè)備的安全生產(chǎn)改造

鑒于傳統(tǒng)機(jī)器設(shè)備的經(jīng)濟(jì)效益低和安全性低，所有公司都必須進(jìn)行隱患管理和技術(shù)改造，以確保傳統(tǒng)設(shè)備具有出色的安全性和運營管理的作用。為了增加電氣設(shè)備的安全性，有必要建立一套完整的生產(chǎn)管理系統(tǒng)，提高電氣設(shè)備安全管理水平。在日常運行中，應(yīng)加強(qiáng)對發(fā)電設(shè)備的定期檢查和維護(hù)，以確保機(jī)組的最佳運行性能，并定期進(jìn)行檢查。每年進(jìn)行全季預(yù)防性測試，以便及時發(fā)現(xiàn)并消除隱患。除了管理主要設(shè)備的安全性之外，還需要做好保護(hù)輔助設(shè)備的安全性的工作。

3.3 規(guī)范應(yīng)急管理工作

應(yīng)急管理工作可以在事故發(fā)生后快速針對性地進(jìn)行搶救，減少和減少因事故造成的損失，并防止事故地繼續(xù)擴(kuò)大。發(fā)電企業(yè)應(yīng)按照能源公司應(yīng)急預(yù)案管理，按照指南的要求規(guī)范應(yīng)急預(yù)案的編制并應(yīng)實現(xiàn)。積極舉辦培訓(xùn)活動，以提高員工的應(yīng)急能力，采取科學(xué)的培訓(xùn)方法，加強(qiáng)應(yīng)急預(yù)案的執(zhí)行，明確鍛煉的具體內(nèi)容，提高培訓(xùn)演練效果，演習(xí)結(jié)束后總結(jié)并評估演習(xí)的有效性，并做好記錄總結(jié)工作，及時審查和改進(jìn)相關(guān)的應(yīng)急計劃和記錄。

3.4 加強(qiáng)對危險化學(xué)品的控制

發(fā)電企業(yè)使用的危險化學(xué)品主要包括硫酸，鹽酸，氫氧化鈉，氫氣，柴油，氨水和乙醇等多種類型，這些化學(xué)品對安全生產(chǎn)的日常管理有了極高的挑戰(zhàn)。發(fā)電企業(yè)應(yīng)按照《危險化學(xué)品安全管理規(guī)定》等有關(guān)規(guī)定，加強(qiáng)對危險化學(xué)品的安全管理，規(guī)范產(chǎn)品鑒定和風(fēng)險評估，加強(qiáng)對隱患的調(diào)查和管理，確保對危險化學(xué)品的安全隱患進(jìn)行徹底調(diào)查，實施各種風(fēng)險控制措施，從源頭上消除各種潛在風(fēng)險，并避免生產(chǎn)中的安全事故。此外，根據(jù)行業(yè)規(guī)定的要求，應(yīng)當(dāng)確定和評估主要危險源，加強(qiáng)對危險化學(xué)品的主要危險源管理，確保生命和財產(chǎn)的安全，避免發(fā)生存儲不當(dāng)引發(fā)的事故。

3.5 制定相關(guān)政策

新能源發(fā)電公司在新能源管理中要制定一套完善的管理控制體系，為安全建設(shè)提供完整而科學(xué)的系統(tǒng)。系統(tǒng)的規(guī)劃每個工作崗位的員工，讓所有員工參與業(yè)務(wù)建設(shè)將大大提高協(xié)調(diào)和效率。企業(yè)可以建立一個負(fù)責(zé)監(jiān)督的團(tuán)隊，以管理和協(xié)調(diào)所有員工，進(jìn)行及時的設(shè)備檢查，審查和系統(tǒng)實施率檢查。安全人員必須具有實踐指導(dǎo)技能，并且要加強(qiáng)新能源管理。明確規(guī)定每個員工的責(zé)任，以確保安全管理結(jié)構(gòu)的正常運行。在建立系統(tǒng)的過程中，有必要確保安全審計體系獨立，由行政部門直接管理，公平公開的管理模式以增強(qiáng)審計的有效性。安全監(jiān)督機(jī)構(gòu)直接負(fù)責(zé)與安全研究有關(guān)的工作，并進(jìn)行自下而上的控制。在操作期間，任何與安全有關(guān)的工作都必須得到主管的批準(zhǔn)，由上級組織各個級別人員的職責(zé)范圍。

4 結(jié)語

綜上所述，新能源技術(shù)的發(fā)展，為人們的生活帶來了諸多的便利，它不僅僅是一種技術(shù)型的改革，同時也與人們?nèi)粘５囊率匙⌒杏忻芮械年P(guān)系，新能源的革命也會成為人們生活方式的一場革命。對于新能源發(fā)電技術(shù)的研發(fā)與升級，發(fā)電企業(yè)需要對新能源生產(chǎn)銷售過程中的問題進(jìn)行深入的研究與思考，優(yōu)化電力系統(tǒng)，為人們生活謀福利。