超大規(guī)模荒漠并網(wǎng)光伏電站的建設(shè)

摘 要：超大規(guī)?；哪⒕W(wǎng)光伏電站是極有前途的一種能源開發(fā)方式，將在全球未來的能源結(jié)構(gòu)中占有重要的地位。介紹了超大規(guī)?；哪⒕W(wǎng)光伏電站的一般系統(tǒng)構(gòu)成，分析了我國超大規(guī)?；哪⒕W(wǎng)光伏電站的開發(fā)條件和開發(fā)前景，并提出了發(fā)展建議。

關(guān)鍵詞：超大規(guī)模；并網(wǎng)；光伏

1 緒 論

隨著能源日益枯竭，環(huán)境問題越來越嚴(yán)重的情況下，太陽能成為一種寶貴的新能源利用形式，并且相對人類歷史是一種能不斷循環(huán)利用、清潔環(huán)保的永久性能源。到目前為止，人類利用太陽能已經(jīng)有幾十年的歷史，太陽能的開發(fā)和利用已經(jīng)成為綠色能源領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)。近年來光伏發(fā)電和綠色屋頂發(fā)展很快，并將繼續(xù)保持高速增長的態(tài)勢，并形成光伏市場。這標(biāo)志著光伏應(yīng)用將有邊遠(yuǎn)地區(qū)向城市過渡，由特殊應(yīng)用向普遍應(yīng)用發(fā)展，由補(bǔ)充能源發(fā)展成為替代能源。

2 我國發(fā)展超大規(guī)?；哪⒕W(wǎng)光伏電站的條件

2.1 我國的沙漠土地資源

我國沙漠地區(qū)主要分布在內(nèi)蒙古自治區(qū)以及新疆自治區(qū)，沙漠總面積為85萬km2，面積較大的沙漠主要包括塔克拉瑪干（33.76萬km2），古爾班通古特（4.88萬km2），巴丹吉林（4.43萬km2），柴達(dá)木盆地（3.49萬km2）、騰格里（4.27萬km2）和庫布齊（1.61萬km2）等沙漠，另外，還有許多干旱、半干旱土地可供使用，開發(fā)超大規(guī)模并網(wǎng)光伏電站的沙漠土地資源非常豐富。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，1km2沙漠土地最大能夠安裝功率為100MW的光伏電池陣列，建設(shè)一個(gè)規(guī)模為10GW的光伏電站只需占用土地100km2，僅占我國全部沙漠、荒漠總面積的0.012%，可以看出我國具有發(fā)展超大規(guī)?；哪⒕W(wǎng)電站的巨大潛力。

2.2 光伏電站選點(diǎn)

內(nèi)蒙古自治區(qū)離我國經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)較近，即離用電高負(fù)荷中心和電網(wǎng)主網(wǎng)較近，因此無論使用哪種方式（高壓交流、高壓直流、高溫超導(dǎo)）向華東、華中地區(qū)輸電，相對其他地區(qū)建設(shè)電站都能使得輸電線路成本更低、電損更小、電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性更高，因此內(nèi)蒙古自治區(qū)的沙漠地區(qū)是超大規(guī)模光伏并網(wǎng)電站建設(shè)的首選區(qū)域。

此外，西藏的羊八井可作為另外光伏開發(fā)的能源基地。羊八井地區(qū)海拔較高、地勢開闊、太陽能充足，現(xiàn)已建成地?zé)岚l(fā)電站以及小型光伏發(fā)電站，有高壓輸電線路也已經(jīng)鋪設(shè)，可成為沙漠并網(wǎng)光伏發(fā)電站示范區(qū)。

3 系統(tǒng)構(gòu)成

超大規(guī)模沙漠并網(wǎng)光伏電站與一般小型的光伏電站不同，除光伏組件和變換裝置之外，相關(guān)配套系統(tǒng)也要具備。一個(gè)完整的超大規(guī)模并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)組成如下：

3.1 光伏組件

是光伏電站最重要的設(shè)備，起到核心作用，由多個(gè)電池板相連而成，壽命一般為20～30年。其轉(zhuǎn)化率通常在13～16%的范圍內(nèi)，成本占整個(gè)系統(tǒng)投資的較大比例。

3.2 功率變換器

包括DC/DC變換器和DC/AC逆變器，功率變換器可可將直流電轉(zhuǎn)換為交流電。逆變器的可靠性以及轉(zhuǎn)換效率是至關(guān)重要的，其滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的效率通常應(yīng)在90～96%。負(fù)載下降時(shí)效率應(yīng)該保持基本不變。

3.3 太陽光跟蹤系統(tǒng)

該設(shè)備可檢測季節(jié)變化和時(shí)刻變化而引起的太陽光照射角度的改變，根據(jù)照射角度改變來調(diào)整陣列支架角度，使得光伏組件能始終保持最大限度地接收太陽能。太能光跟蹤系統(tǒng)包括單軸跟蹤、雙軸跟蹤兩種方式。具有太能光跟蹤系統(tǒng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)比相同容量的固定式發(fā)電系統(tǒng)具有更高的發(fā)電能力。

3.4 聚光系統(tǒng)

聚光系統(tǒng)將面積較大的太陽光集聚在面積較小的太陽能板上，使太陽能板接收的太陽能大幅度增加。在功率一樣的情況下，它相對傳統(tǒng)的沒有聚光系統(tǒng)的發(fā)電系統(tǒng)需要更少的光伏組件，相對減少光伏電池的數(shù)量，降低了系統(tǒng)成本。然而，聚光系統(tǒng)運(yùn)行復(fù)雜，維護(hù)比較麻煩，不適合在小型光伏系統(tǒng)上使用。另外，在陰雨天氣，太陽光直射能量接近0，聚光系統(tǒng)的輸出也為0，而傳統(tǒng)的光伏系統(tǒng)在陰雨天氣可以利用漫射太陽光繼續(xù)發(fā)電。所以，帶有聚光系統(tǒng)的光伏陣列僅適用于太陽能資源豐富的地區(qū)建立的大型電站，尤其適用于超大規(guī)?；哪⒕W(wǎng)光伏電站。目前，歐美一些國家已經(jīng)研發(fā)出反射型和折射型等方式的聚光系統(tǒng)。

3.5 支撐機(jī)構(gòu)

支撐機(jī)構(gòu)不僅要堅(jiān)固，還應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，以配合跟蹤系統(tǒng)的運(yùn)行，低成本支撐機(jī)構(gòu)的研發(fā)具有與低成本光伏組件研發(fā)相同的重要性。

3.6 變壓器和輸配電裝置

超大規(guī)?；哪⒕W(wǎng)光伏電站發(fā)電系統(tǒng)位于偏遠(yuǎn)荒涼的沙漠地帶，遠(yuǎn)離電力高負(fù)荷中心，要將其發(fā)出的電能輸送到用電負(fù)荷地區(qū)，需要有變壓器、電纜、接觸開關(guān)、斷路器等配套的輸配電設(shè)施。

3.7 氣象測量和避雷設(shè)施

超大規(guī)?；哪⒕W(wǎng)光伏電站占地面積較大，許多設(shè)備都是露天的，為了防止設(shè)備被雷而發(fā)生損毀，必須配有防雷模塊或避雷針等避雷裝置。同時(shí)，還須在超大規(guī)?；哪⒕W(wǎng)光伏電站安裝氣象監(jiān)測設(shè)施，以獲得有用的氣象參數(shù)。

3.8 組件報(bào)廢處理設(shè)備

超大規(guī)?；哪⒕W(wǎng)光伏電站中有大量的逆變器、光伏組件、電纜和通用設(shè)備、陣列支持件，到達(dá)使用壽命年限時(shí)會產(chǎn)生大量的報(bào)廢設(shè)備，若處理不當(dāng)將會會產(chǎn)生嚴(yán)重的工業(yè)污染，因此要做好廢舊設(shè)備回收以及循環(huán)再利用工作。

4 發(fā)展建議

超大規(guī)?；哪⒕W(wǎng)光伏電站在我國具有良好的發(fā)展前景，當(dāng)前還需要做好以下工作：

4.1 減小光伏組件成本

昂貴的光伏組件價(jià)格導(dǎo)致目前光伏發(fā)電成本一直較高，為建設(shè)超大規(guī)模荒漠并網(wǎng)光伏電站并增大其規(guī)模，首要任務(wù)應(yīng)該是降低光伏組件的成本?？赏ㄟ^完善政策、提高行業(yè)補(bǔ)貼、擴(kuò)大生產(chǎn)能力、提高市場需求、提高自動(dòng)化水平、提高光伏電池轉(zhuǎn)化率等措施減少太陽能電池的制造成本，使光伏組件生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)更加規(guī)?；?。

4.2 建設(shè)示范站

通過建立示范站可以對光伏組件、跟蹤系統(tǒng)、逆變器、高壓配電設(shè)備及聚光系統(tǒng)等核心設(shè)施的運(yùn)行性能及系統(tǒng)配置等參數(shù)進(jìn)行測定，積累實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，為超大型荒漠并網(wǎng)光伏電站的建設(shè)運(yùn)行提供支持。超大規(guī)模荒漠并網(wǎng)光伏電站示范電站在選址時(shí)，要綜合考慮電力狀況、自然條件以及社會條件等影響因素。電力狀況包含負(fù)荷種類、最小最大負(fù)荷、新負(fù)荷需求、電力系統(tǒng)現(xiàn)存的技術(shù)材料等。自然條件包含濕度、溫度、連續(xù)陰天天數(shù)、太陽光輻照度、降雨、降雪以及風(fēng)力條件、土壤條件等。社會條件包含建筑材料供貨源、地方人力市場、示范區(qū)的交通線路和輸電路線，物資和設(shè)備運(yùn)輸能力及其他設(shè)施等。

目前，在西藏自治區(qū)羊八井地區(qū)已經(jīng)建有100kW高壓光伏示范站。羊八井地處于拉薩市西北方向約90km處，海拔4000～4300m，處于青藏公路沿線，青藏鐵路也從該地區(qū)經(jīng)過，交通便利，地域開闊，風(fēng)力、太陽能和地?zé)豳Y源都比較豐富。羊八井100kW高壓并網(wǎng)光伏示范站的建成和運(yùn)行有助于我國為自主研制開發(fā)高壓并網(wǎng)光伏轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、光伏跟蹤系統(tǒng)等核心技術(shù)和設(shè)備提供試驗(yàn)場所，通過分析該電站的運(yùn)行數(shù)據(jù)，我們可以對荒漠并網(wǎng)光伏發(fā)電站的技術(shù)經(jīng)濟(jì)情況做出評價(jià)，并積累運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。

4.3 依托青藏鐵路階段開發(fā)

為充分開發(fā)使用青藏鐵路沿線資源，解決青藏鐵路供電難題，我國發(fā)展超大規(guī)?；哪⒕W(wǎng)光伏電站可分3個(gè)階段進(jìn)行。第1階段，在青藏線沿線開發(fā)建設(shè)可就地使用的中等規(guī)模電站；第2階段，將沿線光伏電站互連，形成電站連線，建設(shè)成中大規(guī)模并網(wǎng)型電站，并為青藏鐵路提供電能；第3階段，開發(fā)建設(shè)更多大規(guī)?；哪夥娬?，并最終形成超大規(guī)?；哪⒕W(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。

5 結(jié) 論

在沙漠地區(qū)建設(shè)超大規(guī)模并網(wǎng)光伏電站是很有必要的，在技術(shù)上也是可行的，未來它將成為能源結(jié)構(gòu)中十分重要的部分，并帶來巨大的社會經(jīng)濟(jì)效益，當(dāng)前，我國超大規(guī)模荒漠并網(wǎng)光伏電站的推廣還需要解決一系列技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上的難題，例如發(fā)電控制技術(shù)、輸電技術(shù)、高溫超導(dǎo)輸電技術(shù)、電力調(diào)度技術(shù)、儲存技術(shù)等。除此之外，還應(yīng)加大產(chǎn)業(yè)推廣，大力降低發(fā)電系統(tǒng)單位造價(jià)，以促進(jìn)超大規(guī)?；哪⒕W(wǎng)光伏電站的建成。

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