電力系統中新能源發電的運用

崔文剛

【摘 要】隨著可再生能源技術的進步，分布式發電技術的成熟，泛在電力物聯網的興起，預示著能源革命和數字革命的融合是電力能源發展的必由之路，為電力行業新一輪的發展創造出機遇。有效緩解環境、資源等方面存在的問題，應充分重視可再生能源的開發利用，重視新能源發電技術的應用研究，以達到構建完善的可再生能源供給系統的目的，為新經濟模式提供更多的綠色能源。

【關鍵詞】電力系統；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境問題，使得人類利用化石能源所進行的經濟發展已經難以為繼。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經濟為主的可持續發展的道路。以太陽能和風能為代表的新能源是重要的可再生能源，利用新能源發電技術可以使資源和環境問題得以緩解。同時，促使全球的電力能源需求發生根本性的變革，從而實現資源和環境的可持續發展。

1新能源概述

1.1新能源的含義

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

新能源指的是除去常規能源之外的多種能源形式，又可以稱為非常規能源；是當前正在積極研究或推廣、正在開發利用的能源。例如：核聚變能、生物質能、海洋能、風能、地熱能以及太陽能等。

1.2 當前主要的新能源形式

根據當前的技術發展水平，電力系統、電力規劃中以太陽能發電和風力發電為主要新能源發電形式。我國高度重視太陽能發電技術，不斷加大對太陽能發電的規劃、研究與應用，不斷提高太陽能發電的相關政策支持力度，2013 年后我國的光伏發電呈現跨越式發展態勢。就風力發電而言，世界各國都較為重視這一風能利用的重要形式；我國的風力發電行業也呈現出迅速發展的態勢，風力發電技術的研究以及應用在不斷深化，風電和光電在電網中的容量占比也在不斷的提高。

隨著智能電網技術、分布式發電技術的進一步成熟，會進一步促進清潔能源的消納和綠色能源轉型。以光伏、風力發電為代表的新能源具有廣闊的發展空間。

2電力系統中新能源發電的運用

2.1 太陽能發電

光伏發電和光熱發電是太陽能發電的主要形式。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的轉換效率，這樣才能降低太陽能發電的成本。光伏發電以多晶硅材料受太陽光輻射的 “光生伏特效應” 產生直流電能。直流電是光伏電池板產生的電能屬性，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電輸出的波動性進行穩定。光熱發電主要是聚集自然界的光產生熱能，使水受熱變為蒸汽，蒸汽推動汽輪發電機發電。塔式太陽能光熱發電和蝶式太陽能光熱發電是按照不同的形式進行分類的。目前受到研究技術的限制，光能發電技術還具有較低的轉化率和較高的成本，因此其應用范圍較小。

2.2風力發電

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

風力發電主要是將風力發電系統通過風的動能帶動起來，之后向發電機傳遞其轉化的機械能，通過發電機實現機械能轉化為電能。當前 AC690 V為當前風機輸出的電壓量，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%轉化為風能，風能資源是可供人類開發利用的風能。估計全球風能資源總量為1.3萬億kW，比可利用的水能總量還要多。中國10m高度層的風能總儲量為32.26億kW，這個儲量稱作“理論可開發總量”。實際可供開發的量按上述總量的1/10估計，并考慮風能轉換裝置風輪的實際掃掠面積再乘以面積系數0.785，得到中國10m高度層實際可開發的風能儲量為2.53億kW。

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

2.3 地熱發電

熱水型地熱發電技術和蒸汽型地熱發電技術是地熱發電技術的兩種主要表現方式。地熱發電技術的主要原理就是將熱能轉化為機械能，之后在發電機中將機械能轉化為電能。這種轉化技術就是將汽輪機的轉動通過蒸汽熱能來實現，從而使發電的目標得以實現。我國的地熱電站出現在 20 世紀 70年代，截止到目前為止地熱發電站在山東和江西等各個地區都有建設。由于地熱發電技術裝備水平的不斷提高，新型地熱發電技術需要的設備裝置并不多，而且地熱發電技術在實際的應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 生物質能發電

在電能的產生中可以對自然界中的生物進行充分的利用。這種電能產生的原理就是通過對綠色植物光合作用的應用，用化學能代替太陽能，并且儲存在生物體內，這就是生物質能。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能所具備的特點。所以，當前新能源研究的一個方向和熱點就是生物質能發電技術。通過轉化生物質為可燃氣，之后再燃燒可燃氣來推動燃氣發電設備，從而使生物質發電目標得以實現，這就是生物質能發電技術的主要原理。通過生物質能發電技術不僅可以將生物質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電技術較為清潔和設備緊湊的優勢充分的發揮出來。使得生物質能發電技術成為有效和潔凈的一種新能源發電技術。

2.5 海洋能發電

當前波浪能和潮汐能是兩種主要應用的海洋能發電形式。波浪能發電技術的基本原理主要是通過動力轉換系統依次將波浪能轉化為機械能，同時也是轉化電能的過程。雖然波浪能發電技術具有較高的成本、復雜的技術和較長的回收資源期等，但是我國未來開發和利用波浪能技術發電依然具有非常巨大的發展前景。潮汐能發電技術，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發電。潮汐能發電技術污染較小，但是由于潮汐發電站較高的建設成本導致該技術還不具備廣泛應用的基礎條件。

3優化新能源接入的電網技術

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末端，對發電裝置所在節點電壓抬升越大。為了保證節點電壓不越限運行，分布式電源并不適合安裝在系統末端，并網點盡量靠近系統，盡量減小電氣距離。

局部節點電壓的抬升，使局域電網中局部支路的潮流不再以單方向流動，會導致系統的網損產生變化。網損與系統的分布式電源的具體位置、容量以及電網拓撲結構關聯密切。在滯后功率因數下運行，且接入位置靠近負側的條件下，可以減少因分布式電源接入引起的系統網損。

如果分布式電源的物理位置只能在系統末端接入，可以選擇多點接入的方式，這樣可有效控制節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，并網點電壓的提升幅度最大。為了控制節點電壓在正常范圍內運行，優先選擇在電源并網點安裝合適容量的無功補償裝置，如電抗器等。當分布式電源多點并網時，為了保證無功補償方案的經濟性、合理性，應采用分布式電源接入的最佳無功優化方案，在系統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故障時，因為片區出現孤島供電，可能會對系統、維修人員等造成的危害。而且負荷可能出現的供需不平衡，將嚴重損害電能質量，從而降低配電網的供電可靠性。當片區孤網運行的時候，可將調頻系統的頻率自動跟蹤改為手動設置頻率 50Hz，以保證孤網片區頻率的穩定，提高孤網運行的穩定性。

結束語

電力能源革命的主要任務就是將太陽能和風能等這些新能源發電技術更加合理的開發和應用。分布式發電技術使得傳統的供電網不再是傳統的單向輸送和分配電能的配電網。對新能源并網發電系統的認識并掌握其關鍵技術，能提高新能源的并網容量，提高新能源并網發電系統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任公司）