電力系統(tǒng)中新能源發(fā)電的運用

崔文剛

【摘 要】隨著可再生能源技術(shù)的進步，分布式發(fā)電技術(shù)的成熟，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的興起，預(yù)示著能源革命和數(shù)字革命的融合是電力能源發(fā)展的必由之路，為電力行業(yè)新一輪的發(fā)展創(chuàng)造出機遇。有效緩解環(huán)境、資源等方面存在的問題，應(yīng)充分重視可再生能源的開發(fā)利用，重視新能源發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用研究，以達到構(gòu)建完善的可再生能源供給系統(tǒng)的目的，為新經(jīng)濟模式提供更多的綠色能源。

【關(guān)鍵詞】電力系統(tǒng)；新能源；具體運用

引言

不斷減少的全球資源和日益嚴峻的氣候環(huán)境問題，使得人類利用化石能源所進行的經(jīng)濟發(fā)展已經(jīng)難以為繼。在這樣的情況下，人類意識到要走以可再生能源和綠色循環(huán)經(jīng)濟為主的可持續(xù)發(fā)展的道路。以太陽能和風(fēng)能為代表的新能源是重要的可再生能源，利用新能源發(fā)電技術(shù)可以使資源和環(huán)境問題得以緩解。同時，促使全球的電力能源需求發(fā)生根本性的變革，從而實現(xiàn)資源和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

1新能源概述

1.1新能源的含義

常規(guī)能源是指技術(shù)上已經(jīng)成熟，并且已經(jīng)得到推廣的能源。如：大中型水電、天然氣、石油以及煤等都屬于常規(guī)能源。

新能源指的是除去常規(guī)能源之外的多種能源形式，又可以稱為非常規(guī)能源；是當(dāng)前正在積極研究或推廣、正在開發(fā)利用的能源。例如：核聚變能、生物質(zhì)能、海洋能、風(fēng)能、地?zé)崮芤约疤柲艿取?/p>

1.2 當(dāng)前主要的新能源形式

根據(jù)當(dāng)前的技術(shù)發(fā)展水平，電力系統(tǒng)、電力規(guī)劃中以太陽能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電為主要新能源發(fā)電形式。我國高度重視太陽能發(fā)電技術(shù)，不斷加大對太陽能發(fā)電的規(guī)劃、研究與應(yīng)用，不斷提高太陽能發(fā)電的相關(guān)政策支持力度，2013 年后我國的光伏發(fā)電呈現(xiàn)跨越式發(fā)展態(tài)勢。就風(fēng)力發(fā)電而言，世界各國都較為重視這一風(fēng)能利用的重要形式；我國的風(fēng)力發(fā)電行業(yè)也呈現(xiàn)出迅速發(fā)展的態(tài)勢，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的研究以及應(yīng)用在不斷深化，風(fēng)電和光電在電網(wǎng)中的容量占比也在不斷的提高。

隨著智能電網(wǎng)技術(shù)、分布式發(fā)電技術(shù)的進一步成熟，會進一步促進清潔能源的消納和綠色能源轉(zhuǎn)型。以光伏、風(fēng)力發(fā)電為代表的新能源具有廣闊的發(fā)展空間。

2電力系統(tǒng)中新能源發(fā)電的運用

2.1 太陽能發(fā)電

光伏發(fā)電和光熱發(fā)電是太陽能發(fā)電的主要形式。太陽能的主要特點是污染較低、容易獲取。為了將太陽能更有效的利用，需要提升太陽能光電效應(yīng)的轉(zhuǎn)換效率，這樣才能降低太陽能發(fā)電的成本。光伏發(fā)電以多晶硅材料受太陽光輻射的 “光生伏特效應(yīng)” 產(chǎn)生直流電能。直流電是光伏電池板產(chǎn)生的電能屬性，一般向儲能電池和直流負荷中輸送這種電能；儲能電池的主要作用是對光伏發(fā)電輸出的波動性進行穩(wěn)定。光熱發(fā)電主要是聚集自然界的光產(chǎn)生熱能，使水受熱變?yōu)檎羝?，蒸汽推動汽輪發(fā)電機發(fā)電。塔式太陽能光熱發(fā)電和蝶式太陽能光熱發(fā)電是按照不同的形式進行分類的。目前受到研究技術(shù)的限制，光能發(fā)電技術(shù)還具有較低的轉(zhuǎn)化率和較高的成本，因此其應(yīng)用范圍較小。

2.2風(fēng)力發(fā)電

清潔型的可再生資源主要是風(fēng)能。風(fēng)能資源的優(yōu)越性是可以再生、不污染環(huán)境、就地可取和分布廣泛。廣泛的應(yīng)用范圍、較長的使用時間以及較低的成本是風(fēng)能的特點。但風(fēng)能的能量密度低、不穩(wěn)定，并且受地形影響大。

風(fēng)力發(fā)電主要是將風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)通過風(fēng)的動能帶動起來，之后向發(fā)電機傳遞其轉(zhuǎn)化的機械能，通過發(fā)電機實現(xiàn)機械能轉(zhuǎn)化為電能。當(dāng)前 AC690 V為當(dāng)前風(fēng)機輸出的電壓量，通過對變壓器的合理匹配使正常電壓的需求得以滿足。

太陽輻射的能量在地球表面約有2%轉(zhuǎn)化為風(fēng)能，風(fēng)能資源是可供人類開發(fā)利用的風(fēng)能。估計全球風(fēng)能資源總量為1.3萬億kW，比可利用的水能總量還要多。中國10m高度層的風(fēng)能總儲量為32.26億kW，這個儲量稱作“理論可開發(fā)總量”。實際可供開發(fā)的量按上述總量的1/10估計，并考慮風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置風(fēng)輪的實際掃掠面積再乘以面積系數(shù)0.785，得到中國10m高度層實際可開發(fā)的風(fēng)能儲量為2.53億kW。

上述數(shù)據(jù)表明，中國的風(fēng)能資源豐富，國家參照國際經(jīng)驗對風(fēng)能發(fā)電采取積極的鼓勵政策，來推動和促進風(fēng)能資源的利用。隨著科技水平的提高，特別是分布式能源技術(shù)的發(fā)展，以及風(fēng)力發(fā)電制取氫氣技術(shù)的日漸成熟，對風(fēng)能資源利用的進一步發(fā)展具有重要的推動作用，將會在全球范圍內(nèi)提高風(fēng)資源利用率和風(fēng)資源應(yīng)用的廣度及范圍。

2.3 地?zé)岚l(fā)電

熱水型地?zé)岚l(fā)電技術(shù)和蒸汽型地?zé)岚l(fā)電技術(shù)是地?zé)岚l(fā)電技術(shù)的兩種主要表現(xiàn)方式。地?zé)岚l(fā)電技術(shù)的主要原理就是將熱能轉(zhuǎn)化為機械能，之后在發(fā)電機中將機械能轉(zhuǎn)化為電能。這種轉(zhuǎn)化技術(shù)就是將汽輪機的轉(zhuǎn)動通過蒸汽熱能來實現(xiàn)，從而使發(fā)電的目標(biāo)得以實現(xiàn)。我國的地?zé)犭娬境霈F(xiàn)在 20 世紀(jì) 70年代，截止到目前為止地?zé)岚l(fā)電站在山東和江西等各個地區(qū)都有建設(shè)。由于地?zé)岚l(fā)電技術(shù)裝備水平的不斷提高，新型地?zé)岚l(fā)電技術(shù)需要的設(shè)備裝置并不多，而且地?zé)岚l(fā)電技術(shù)在實際的應(yīng)用中也不會直接消耗化石燃料，只需要將地下熱水和地下天然蒸汽等這些熱能載體帶動到地面上來即可。

2.4 生物質(zhì)能發(fā)電

在電能的產(chǎn)生中可以對自然界中的生物進行充分的利用。這種電能產(chǎn)生的原理就是通過對綠色植物光合作用的應(yīng)用，用化學(xué)能代替太陽能，并且儲存在生物體內(nèi)，這就是生物質(zhì)能。廣泛的分布、較低的污染、較多的種類以及清潔等這些都是生物質(zhì)能所具備的特點。所以，當(dāng)前新能源研究的一個方向和熱點就是生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)。通過轉(zhuǎn)化生物質(zhì)為可燃氣，之后再燃燒可燃氣來推動燃氣發(fā)電設(shè)備，從而使生物質(zhì)發(fā)電目標(biāo)得以實現(xiàn)，這就是生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)的主要原理。通過生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)不僅可以將生物質(zhì)燃用較為困難和分散分布的問題合理的解決，同時還可以將燃氣發(fā)電技術(shù)較為清潔和設(shè)備緊湊的優(yōu)勢充分的發(fā)揮出來。使得生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)成為有效和潔凈的一種新能源發(fā)電技術(shù)。

2.5 海洋能發(fā)電

當(dāng)前波浪能和潮汐能是兩種主要應(yīng)用的海洋能發(fā)電形式。波浪能發(fā)電技術(shù)的基本原理主要是通過動力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)依次將波浪能轉(zhuǎn)化為機械能，同時也是轉(zhuǎn)化電能的過程。雖然波浪能發(fā)電技術(shù)具有較高的成本、復(fù)雜的技術(shù)和較長的回收資源期等，但是我國未來開發(fā)和利用波浪能技術(shù)發(fā)電依然具有非常巨大的發(fā)展前景。潮汐能發(fā)電技術(shù)，主要是利用潮水漲落過程的中水位差，利用海水的潮位水位差形成的動能實現(xiàn)發(fā)電。潮汐能發(fā)電技術(shù)污染較小，但是由于潮汐發(fā)電站較高的建設(shè)成本導(dǎo)致該技術(shù)還不具備廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)條件。

3優(yōu)化新能源接入的電網(wǎng)技術(shù)

3.1合理選擇新能源電源的接入方式

分布式電源越接近系統(tǒng)末端，對發(fā)電裝置所在節(jié)點電壓抬升越大。為了保證節(jié)點電壓不越限運行，分布式電源并不適合安裝在系統(tǒng)末端，并網(wǎng)點盡量靠近系統(tǒng)，盡量減小電氣距離。

局部節(jié)點電壓的抬升，使局域電網(wǎng)中局部支路的潮流不再以單方向流動，會導(dǎo)致系統(tǒng)的網(wǎng)損產(chǎn)生變化。網(wǎng)損與系統(tǒng)的分布式電源的具體位置、容量以及電網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)密切。在滯后功率因數(shù)下運行，且接入位置靠近負側(cè)的條件下，可以減少因分布式電源接入引起的系統(tǒng)網(wǎng)損。

如果分布式電源的物理位置只能在系統(tǒng)末端接入，可以選擇多點接入的方式，這樣可有效控制節(jié)點電壓運行在正常水平。

3.2加裝無功補償裝置

由于分布式電源單點并網(wǎng)，并網(wǎng)點電壓的提升幅度最大。為了控制節(jié)點電壓在正常范圍內(nèi)運行，優(yōu)先選擇在電源并網(wǎng)點安裝合適容量的無功補償裝置，如電抗器等。當(dāng)分布式電源多點并網(wǎng)時，為了保證無功補償方案的經(jīng)濟性、合理性，應(yīng)采用分布式電源接入的最佳無功優(yōu)化方案，在系統(tǒng)多點配置無功補償裝置。

3.3采用雙回線路

雙回線路可防止單一線路出現(xiàn)故障時，因為片區(qū)出現(xiàn)孤島供電，可能會對系統(tǒng)、維修人員等造成的危害。而且負荷可能出現(xiàn)的供需不平衡，將嚴重損害電能質(zhì)量，從而降低配電網(wǎng)的供電可靠性。當(dāng)片區(qū)孤網(wǎng)運行的時候，可將調(diào)頻系統(tǒng)的頻率自動跟蹤改為手動設(shè)置頻率 50Hz，以保證孤網(wǎng)片區(qū)頻率的穩(wěn)定，提高孤網(wǎng)運行的穩(wěn)定性。

結(jié)束語

電力能源革命的主要任務(wù)就是將太陽能和風(fēng)能等這些新能源發(fā)電技術(shù)更加合理的開發(fā)和應(yīng)用。分布式發(fā)電技術(shù)使得傳統(tǒng)的供電網(wǎng)不再是傳統(tǒng)的單向輸送和分配電能的配電網(wǎng)。對新能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的認識并掌握其關(guān)鍵技術(shù)，能提高新能源的并網(wǎng)容量，提高新能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的可靠性和運行效率。

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（作者單位：新疆新能源研究院有限責(zé)任公司）