探討新能源發(fā)電技術(shù)在電力系統(tǒng)中的有效應(yīng)用

譚 建 李先鋒

（中機(jī)國(guó)際工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司 湖南省長(zhǎng)沙市 410000）

近年來(lái)，我國(guó)大力發(fā)展新能源，推動(dòng)著新能源發(fā)電技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。從當(dāng)前新能源發(fā)電量的比重來(lái)看，處于穩(wěn)步提高的狀態(tài)。根據(jù)2019年前三季度發(fā)布的風(fēng)電和太陽(yáng)能累計(jì)發(fā)電量數(shù)據(jù)顯示，發(fā)電量為4629億kWh，占據(jù)總發(fā)電量的8.7%，同比提升了0.7個(gè)百分點(diǎn)。當(dāng)前，風(fēng)電與光伏開(kāi)發(fā)布局不斷優(yōu)化，新能源發(fā)電技術(shù)釋放著能量，具有較大的發(fā)展前景。

1 新能源的發(fā)展現(xiàn)狀

基于低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展背景，開(kāi)發(fā)以及利用清潔能源，追求綠色GDP，最核心的是積極發(fā)展清潔能源，通過(guò)減少污染氣體的排放，達(dá)到綠色發(fā)展的目標(biāo)。新能源為可再生能源，具有儲(chǔ)量的優(yōu)勢(shì)。近年來(lái)，我國(guó)大力發(fā)展新能源，以此保障能源安全，同時(shí)推動(dòng)友好型社會(huì)的建設(shè)。以湖南為例，優(yōu)化調(diào)度的同時(shí)，優(yōu)先消納風(fēng)能、光伏發(fā)電、水電等清潔能源，2019年8月末新能源并網(wǎng)規(guī)模同比增長(zhǎng)23.3%，清潔能源發(fā)電量同比增長(zhǎng)57.8%，占全省發(fā)電量的45.0%。不過(guò)新能源發(fā)電技術(shù)尚且處于發(fā)展階段，還有很多技術(shù)以及運(yùn)用不夠成熟，面臨著極大的挑戰(zhàn)，需要不斷創(chuàng)新和探索，推動(dòng)新能源發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，釋放技術(shù)的能量。

2 新能源發(fā)電技術(shù)在電力系統(tǒng)中的具體應(yīng)用

2.1 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)

從資源的儲(chǔ)量來(lái)說(shuō)，風(fēng)能資源儲(chǔ)量比較高，同水資源相比突出，為水資源儲(chǔ)量的10倍。借助風(fēng)力發(fā)電，主要是將風(fēng)力轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)風(fēng)力的機(jī)械力，借助發(fā)電機(jī)進(jìn)行能源轉(zhuǎn)換，形成電能。

技術(shù)的應(yīng)用分析如下：①風(fēng)機(jī)類(lèi)型。依據(jù)裝機(jī)容量指標(biāo)進(jìn)行劃分，主要包括小型機(jī)、中型機(jī)、大型機(jī)以及特大型機(jī)。一般來(lái)說(shuō)，風(fēng)機(jī)的容量越大，那么槳葉的長(zhǎng)度就越大。根據(jù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速指標(biāo)，細(xì)化為恒速機(jī)、變速機(jī)、多態(tài)定速機(jī)。②設(shè)備的組成和功能分析。使用的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，組成結(jié)構(gòu)為風(fēng)輪、機(jī)艙以及基礎(chǔ)等。運(yùn)行的風(fēng)輪，組成結(jié)構(gòu)包括葉片和變槳系統(tǒng)等。葉片的形狀如何，影響著風(fēng)能的吸收程度。運(yùn)行時(shí)，風(fēng)機(jī)風(fēng)速如果大于切出風(fēng)速，利用旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的葉尖，來(lái)完成氣動(dòng)制動(dòng)。如果葉片處于異常狀態(tài)運(yùn)行下，那么要及時(shí)有效應(yīng)對(duì)覆冰或者腐蝕等問(wèn)題，確保葉片得到有效保護(hù)以及防護(hù)。③風(fēng)機(jī)控制技術(shù)。使用的并網(wǎng)發(fā)電機(jī)，類(lèi)型包括雙饋機(jī)、雙速異步機(jī)以及變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)。新的并網(wǎng)技術(shù)，引入了模糊控制技術(shù)，高效調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速以及功率。利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)葉片漿距進(jìn)行控制，并且預(yù)測(cè)風(fēng)輪氣動(dòng)特性，有著不錯(cuò)的效果。當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)處于并網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，吸收無(wú)功，為了保證運(yùn)行的效益，為風(fēng)電場(chǎng)配置SVC或者其他無(wú)功補(bǔ)償裝置，通過(guò)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，減少因?yàn)檩斔凸β室l(fā)的系統(tǒng)振蕩情況，優(yōu)化電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)。

2.2 光伏發(fā)電技術(shù)

從地球能量的釋放層面來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)輻射為主要部分，通過(guò)向地球輻射，為地球提供能量。太陽(yáng)能每秒鐘輻射產(chǎn)生的能源，相當(dāng)于大約500萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤。若能夠高效利用太陽(yáng)能，則會(huì)獲得很高的經(jīng)濟(jì)效益以及環(huán)保效益。

技術(shù)分析：

（1）光電效應(yīng)。當(dāng)物質(zhì)被特定電磁波照射以后，那么內(nèi)部相應(yīng)的電子將會(huì)被激發(fā)，進(jìn)而形成電子。運(yùn)行的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)，具體由蓄電池和電池控制器以及光伏電池組等裝置組成。

（2）電池組。目前來(lái)說(shuō)，使用的太陽(yáng)能電池類(lèi)型很多。應(yīng)用較為廣泛的晶硅電池，主要包括單晶電池和多晶電池。從應(yīng)用效能方面來(lái)說(shuō)，硅基薄膜光伏電池的能效略有不足；化合物薄膜電池的應(yīng)用，存在著污染以及危害問(wèn)題，因此應(yīng)用很少；聚光光伏電池的應(yīng)用，需要配置散熱器以及聚光系統(tǒng)，成本較高，還需要加大成本控制的研究。

（3）光伏陣列。使用單抽式支撐光伏組件，可將系統(tǒng)工作效率提高20%；使用固定式組件，可將系統(tǒng)工作效率提高25%；使用雙軸跟蹤組件，可將系統(tǒng)工作效率提高30%，為了保證效能的實(shí)現(xiàn)，要做好安裝環(huán)節(jié)的把控。

（4）逆變器。不用類(lèi)型的逆變器，優(yōu)勢(shì)差異。例如組串式，MPPT路數(shù)多；最高配比組件為1：1；采購(gòu)成本高；維護(hù)點(diǎn)位多；設(shè)備提供商多；適用于山地以及屋面。

（5）光伏電站SVG的調(diào)壓技術(shù)。運(yùn)行的光伏電站，尤其是末端電源點(diǎn)電站，極易被電壓因素影響，整個(gè)電站的調(diào)整能力不強(qiáng)，需要借助SVC的性能作用進(jìn)行調(diào)節(jié)。采用的SVG調(diào)節(jié)模式，具體包括恒功率因數(shù)模式、恒電壓模式等。一般來(lái)說(shuō)，電壓省調(diào)的狀態(tài)下，恒功率因數(shù)具體負(fù)責(zé)日常運(yùn)行的控制，同時(shí)依據(jù)符合的動(dòng)態(tài)變化，進(jìn)行無(wú)功變化的調(diào)整。若系統(tǒng)電壓高于額定電壓，高出10%，那么對(duì)于電壓的調(diào)整需求，采用恒功率控制措施難以達(dá)到，要采取恒電壓模式。

（6）PID效應(yīng)。從光伏組件的使用角度來(lái)說(shuō)，電位處于某種情況下會(huì)產(chǎn)生逐漸衰弱的情況。由于長(zhǎng)期處于高壓狀態(tài)下運(yùn)行，受到電荷因素和漏電流因素的影響，使得組件的性能會(huì)被影響，出現(xiàn)50%左右的降低情況。如果濕度和溫度等很高，那么PID效應(yīng)會(huì)更高。對(duì)于PID效應(yīng)，要采取相應(yīng)的治理措施。首先，做好系統(tǒng)方面的處理。利用新工藝以及新設(shè)備，例如設(shè)置逆變器，實(shí)現(xiàn)減弱或者降低PID效應(yīng)以及系統(tǒng)電壓，減少對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行的影響。其次，做好組件方面的優(yōu)化。從組件PID效應(yīng)的產(chǎn)生原因來(lái)說(shuō)，高濕為主要因素，需要增強(qiáng)組件的密封性能。采取優(yōu)化EVA生產(chǎn)工藝和原材料的配比方式，增強(qiáng)EVA膠膜的抵抗能力，減少PID效應(yīng)的影響。最后，做好電池方面的控制。若想有效抵抗PID，充分發(fā)揮電池的作用，能夠獲得不錯(cuò)的效果，比如改變SiN減反層以及發(fā)射極。

3 新能源發(fā)電技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用策略

3.1 整合各方力量推動(dòng)新能源的發(fā)展

從新能源發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用角度來(lái)說(shuō)，還面臨著系列挑戰(zhàn)。若想不斷加快新能源發(fā)電技術(shù)的發(fā)展以及應(yīng)用，需要政府相關(guān)部門(mén)能夠協(xié)同作戰(zhàn)，結(jié)合當(dāng)前電力新能源的發(fā)展實(shí)際情況，圍繞存在的問(wèn)題和需求，制定完善的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)以及要求，為電力新能源的發(fā)展提供動(dòng)力。與此同時(shí)，細(xì)化明晰各個(gè)部門(mén)肩負(fù)的職責(zé)，推動(dòng)電力新能源發(fā)展，推廣新能源發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用。通過(guò)頒布相應(yīng)的政策，不斷提升新能源發(fā)電的比重，釋放電力新能源的價(jià)值和優(yōu)勢(shì)。

3.2 科學(xué)規(guī)劃

推動(dòng)新能源的發(fā)展以及應(yīng)用，當(dāng)前的重要任務(wù)為科學(xué)合理規(guī)劃，這也是發(fā)展電力新能源的基本要求。具體落實(shí)方面，需要相關(guān)主管部門(mén)能夠堅(jiān)持經(jīng)濟(jì)和綠色的基本原則，深度分析當(dāng)前能源市場(chǎng)的基本需求，除了做好水電和火電的規(guī)劃外，制定符合發(fā)展實(shí)際的可再生能源目標(biāo)[1]?；谔岢龅男履茉窗l(fā)展以及利用總目標(biāo)，對(duì)新能源發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用，進(jìn)行合理規(guī)劃，優(yōu)化規(guī)劃方案，并且提出相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，為電力新能源發(fā)展和應(yīng)用面臨的問(wèn)題，提出具體的解決措施，推動(dòng)新能源發(fā)電技術(shù)的高效發(fā)展。

3.3 增強(qiáng)應(yīng)用可靠性

新能源發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用，并網(wǎng)運(yùn)行可靠性問(wèn)題比較突出。隨著新能源技術(shù)的不斷優(yōu)化和完善，電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性得到了有效增強(qiáng)，不過(guò)借鑒傳統(tǒng)電力系統(tǒng)建設(shè)和運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)，系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境比較復(fù)雜，若想提供穩(wěn)定的電力服務(wù)，合理規(guī)劃以及控制電路結(jié)構(gòu)，有著重要的意義。建設(shè)新能源發(fā)電系統(tǒng)時(shí)，要做好全面的調(diào)查和分析，保證規(guī)劃的科學(xué)性以及合理性，最大程度上保證技術(shù)的應(yīng)用效益[2]。

3.4 著力解決供需矛盾

從新能源發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用分布來(lái)說(shuō)，早期主要布局在中東部，即經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的區(qū)域，因?yàn)檫@些區(qū)域的電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)相對(duì)成熟，應(yīng)用新技術(shù)，只需要結(jié)合需求，對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整便能夠達(dá)到發(fā)電要求。電力新能源需求不斷增加的背景下，我國(guó)需要著力解決上述部分不均衡問(wèn)題[3]。目前來(lái)說(shuō)，風(fēng)電開(kāi)發(fā)布局持續(xù)優(yōu)化。2019年前三季度，中東部和南方地區(qū)新增風(fēng)電并網(wǎng)228萬(wàn)kW，占全國(guó)的44.7%。截至2019年9月底，中東部和南方地區(qū)風(fēng)電裝機(jī)5826萬(wàn)kW。結(jié)合實(shí)際需求，不斷優(yōu)化電力新能源的部署，滿(mǎn)足多樣化需求。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，新能源發(fā)電技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，依托相應(yīng)的設(shè)備和系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)新能源的有效轉(zhuǎn)化，形成所需的電能，能夠有效替代傳統(tǒng)電力，減少不可再生資源的消耗。文中結(jié)合當(dāng)前新能源發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用情況，提出了推動(dòng)技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展的策略，具體如下：增強(qiáng)應(yīng)用可靠性；著力解決供需矛盾等。