察爾森水庫開發(fā)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的探討

楊立超，楊忠杰，王明臣

（松遼委察爾森水庫管理局，內(nèi)蒙古 烏蘭浩特 137400）

1 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)特點及組成

太陽能光伏發(fā)電技術是一種清潔的可再生能源，是傳統(tǒng)化石能源的最為重要替代能源之一，不產(chǎn)生任何有害氣體和有害物質(zhì)，因此是綠色環(huán)保能源。具有以下特點：沒有轉動部件，不產(chǎn)生噪聲；沒有空氣污染，不排放廢水；沒有燃燒過程，不需要燃料；維護保養(yǎng)簡單，維護費用低；運行可靠，穩(wěn)定性好；關鍵部件的太陽能電池使用壽命長，晶體硅太陽能電池壽命可達25年以上；易增容，根據(jù)需要很容易擴大發(fā)電規(guī)模。

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)由三部分組成：太陽能電池組件；充放電控制器；逆變器、測試儀表和計算機監(jiān)控等電力電子設備和蓄電池或其他蓄能和輔助發(fā)電設備。

2 太陽能發(fā)電系統(tǒng)分類

根據(jù)提供電力的種類可分為直流供電系統(tǒng)、交流供電系統(tǒng)和交直流供電系統(tǒng)3種；按照系統(tǒng)組成或能源獲得途徑可分為光伏供電系統(tǒng)、風力發(fā)電系統(tǒng)、風光互補供電系統(tǒng)；根據(jù)系統(tǒng)的運行模式不同，可分為獨立系統(tǒng)和并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。

3 電能在經(jīng)濟社會持續(xù)發(fā)展中的重要性

電能是現(xiàn)代社會不可或缺的重要能源，開發(fā)利用豐富的太陽能，不但對環(huán)境不產(chǎn)生或產(chǎn)生很少污染，而且太陽能既是近期急需的能源補充，又是未來能源結構的重要組成部分，并且是以光伏發(fā)電為基本形態(tài)而組成大規(guī)模的發(fā)電系統(tǒng)。無論是從經(jīng)濟社會走可持續(xù)發(fā)展之路和保護人類賴以生存的地球生態(tài)環(huán)境的高度來審視，還是從特殊途徑解決現(xiàn)實能源供應問題出發(fā)，開發(fā)和利用太陽能發(fā)電資源都具有重大戰(zhàn)略意義。結合察爾森水庫自身特點，以科學發(fā)展觀，建設一個環(huán)境良好的創(chuàng)新型水庫，依托水庫潛在優(yōu)勢，開發(fā)太陽能光伏發(fā)電技術其意義是深遠的。

4 應用

察爾森水庫是嫩江流域右岸一級支流洮兒河上唯一一座集防洪、灌溉兼顧發(fā)電、養(yǎng)魚等綜合大Ⅰ型控制性水利樞紐工程。始建于20世紀70年代終于90年代。水庫電廠是一座結合灌溉，發(fā)電的季節(jié)性水力發(fā)電站，總裝機容量為4×3 200 kW,設計多年平均發(fā)電量為2 664 kW·h，年利用小時為2 080 h，察烏線與東北電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)，構成雙電源電力系統(tǒng)，線路全長32 km。

察爾森水庫具備開發(fā)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本條件。察爾森水庫坐落在大興安嶺的腹地，位于北亞熱帶，季風氣候明顯，1月平均氣溫-14～18℃，7月平均氣溫19～24℃之間，全年無霜期為4～5個月，年平均降水466 mm，雨季明顯，雷電自然天氣集中在7，8兩個月中發(fā)生，災害性冰雹天氣出現(xiàn)的機率極少見，冬春季節(jié)中的雨雪天氣也不多，氣候干旱多風。本地區(qū)遠距離大都市，生態(tài)環(huán)境良好，周邊地區(qū)森林覆蓋率在30%以上，全年空氣潔凈，天氣優(yōu)良指數(shù)率在90%以上。

在這里除了有著優(yōu)良的自然環(huán)境以外，太陽能資源豐富，年日照時間大于2 000 h，年輻射量在5 400～6 700 MJ/m2，屬Ⅱ類太陽能高輻射區(qū)域。除上述潛在的自然優(yōu)勢外，還可充分依托水庫電廠人才資源優(yōu)勢和電廠已經(jīng)具備的設備優(yōu)勢及電力系統(tǒng)基礎優(yōu)勢。挖掘電廠現(xiàn)有設備和電力系統(tǒng)基礎設施優(yōu)勢，以電廠電力系統(tǒng)網(wǎng)絡作技術支撐，實施太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)就地并網(wǎng)，即把光伏發(fā)電系統(tǒng)的電能經(jīng)DC-AC逆變轉換成符合電網(wǎng)質(zhì)量指標的交流電能后并入到電廠電力系統(tǒng)網(wǎng)絡上，這樣可帶來諸多的好處：一是不必考慮負載供電的穩(wěn)定性和供電的質(zhì)量問題；二是光伏電池可以始終運行在最大功率點上，由大電網(wǎng)接納太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)生的全部電能，這樣，不但在發(fā)電上提高了發(fā)電效率，而且在能耗上降低了蓄電池充放電過程中的能量損耗。因省去了蓄電池組作為儲能環(huán)節(jié)，減少了蓄電池儲能環(huán)節(jié)中的蓄電池及相應的設備，因此降低了系統(tǒng)成本和開發(fā)投資，省去了后序工作中對蓄電池組運行管理、維護維修環(huán)節(jié)中的費用，由此也就相對減少了相關工作人員的工作量和勞動強度。

在察爾森水庫轄區(qū)內(nèi)開發(fā)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)有多處理想建設場地可供選擇。一是可在進庫公路西側觀景臺周邊荒山地區(qū)一帶，不占用農(nóng)田耕地，開發(fā)面積可達60 000 m2，可實現(xiàn)裝機50 MW以上。本區(qū)域地質(zhì)條件好，較平坦，交通方便，施工容易，無遮擋物，日照條件好，日出和日落前0.5 h太陽光均能照射到此處，沒有民用和其它建筑物需要動遷，只需將場地稍作平整即可施工建設，距離發(fā)電廠直線距離2 000 m。二是可在壩址以下的西南部沿電廠尾水河道西側過江橋路西南至養(yǎng)魚池一帶開闊的河床灘涂荒地，本區(qū)域基本屬于砂礫石沖擊層地質(zhì)結構，地質(zhì)結構較穩(wěn)定，且較平坦，無遮擋物，日照條件好，日出和日落前1 h陽光均能照射到本區(qū)域，交通便利，容易施工，沒有民用和其它建筑物需要動遷，不影響水庫行洪安全，不占用農(nóng)田和耕地，開發(fā)面積可達150 000 m2，可實現(xiàn)裝機150 MW，適宜太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)大面積開發(fā)，距離發(fā)電廠500～1 000 m。三是可在大壩下游陽坡表面進行梯級開發(fā)，即從大壩基礎平面到大壩腰部棧道外沿邊處，開發(fā)面積可達30 000 m2，可實現(xiàn)裝機容量30 MW，本區(qū)域?qū)俅髩沃黧w工程下游陽坡表面中下部區(qū)段，光照條件好，日照時間一般都在8 h以上，無遮擋物，交通方便，易組織施工，無任何建筑物搬遷，離發(fā)電廠300～500 m。

將太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)與水庫建筑結構以及現(xiàn)有的景觀有機結合起來，利用太陽能電池方陣造型與周邊景觀和諧相配，將產(chǎn)生實用、美觀、科普科技、人文、綠色集于一體的景觀亮點，不但能極好的美化水庫自然環(huán)境，而且又能使察爾森水庫在經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展中又有了新的經(jīng)濟增長點。

無論是在水庫主體工程大壩下游陽坡表面還是在轄區(qū)內(nèi)的其它可選區(qū)域開發(fā)太陽能光伏發(fā)電資源，都具有獨特的地理環(huán)境和自然資源作支撐，可以預見，太陽能光伏發(fā)電技術一旦在察爾森水庫實施開發(fā)并形成一定規(guī)模，其社會效益將是顯著的，經(jīng)濟效益也將是可觀的，在生態(tài)環(huán)境的保護上是利于經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的。