新能源發電技術在電力系統中的有效應用

文/趙晉京

1 概述新能源發電技術

1.1 新能源介紹

新能源是指通過對新技術的應用開發的如水能、風能、太陽能、地熱能等的可以有效利用的再生能源；還包括甲醇、酒精、沼氣、氫能等，如石油、天然氣、煤炭等應用廣泛的能源則被稱作是常規能源。由于常規能源是有限的，而因為其也產生了突出的環境問題，各個國家和地區紛紛致力于研究和開發環保型可再生能源。

1.2 新能源技術的發展

從相關科研技術的轉化成果來看，新能源技術的發展主要分為以下四個階段，研發階段、示范階段、推廣階段以及生產階段。目前，部分新能源技術的發展已逐步進入完善和成熟階段，如，核電、太陽能熱水器以及沼氣等等，并且諸如生物質發電、太陽能光伏發電以及地熱發電等也在不斷的研發中走向成熟，大中型沼氣池、地源熱泵只有具有一定規模才能使其成本降低，當前還正在逐步推廣；而燃料電池、氫能制備和儲存、潮汐發電、太陽能熱發電已經在技術上獲得成功，但還有較大的提升空間，當前也在做進一步的示范工作等；其中開采和勘探天然氣水合物、纖維素乙醇等工作、受控核聚變等技術的研發還正在進行。

2 新能源發電技術及其應用

基于應用程度、規模和技術安全性方面分析新能源發電技術，其中風電和光伏發電技術是相對成熟的，下文就針對這兩種技術及其應用做了相關論述。

2.1 風電技術

風力資源在全球都占有重要的地位，其儲量高于人類所能掌握的任何能源。風力發電指的是利用風能形成相應的機械能，可以有效驅動風力，而把機械能向電能轉化則靠的是風力發電機。

2.1.1 風機類型

從裝機容量來看，可以大、中、小不同類型對風機進行劃分，并且在某種程度上風機容量與槳葉長度存在密不可分的關系。而水平軸和垂直軸的風輪是按照其結構劃分的；以相關功率為基礎對定漿、主動失速、變槳風機進行系統調節；而變速、恒速、多態定速風機則是以發電機的轉速進行劃分的；根據風能驅動主要包括順風與逆風、低速與高速等類型的風機。

2.1.2 設備的組成和功能

機艙、塔筒以及風輪等是風力發電機的基礎組成部分，其中，就是風輪又涵蓋多子系統，如，輪轂、葉片以及變槳系統，而葉片的形狀又對其吸收風能的程度起著決定性的作用。假如切出的風速小于風機的風速時，它主要利用葉尖的旋轉完成了氣動制動。如果葉片的運行出現異常，要及時的針對裂紋、腐蝕、覆冰等現象對風機葉片做好防護和保護。

2.1.3 風機控制技術

一般情況下，并網發電機主要分為三種不同類型：

（1）變速異步發電機；

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（2）雙饋異步發電機；

（3）雙速異步發電機。

風機并網對機組功率和轉速控制效果的實現主要依賴于對漿距的改變，可在此過程中最大限度的利用最大功率追蹤法，轉換風電功率。基于新技術的依托，基于優化應用模糊控制方式，新型并網技術能夠在極大程度上系統調節轉速和功率，通過運用神經網絡合理的預測風輪的氣動特性和控制葉片的槳距，可使其得到最大程度的應用。

2.1.4 無功電壓控制技術

由于風電并網點和無功補償兩者在電壓穩定性方面趨于一致，因此在實際并網過程中，風電場在無功吸收的基礎上，將無功補償裝置安裝于風電場設備之上，以此完成對其動態性補償，使系統由于輸送功率造成的震蕩情況有效降低，也是電網運行環境得以改善的重要途徑。

2.2 光伏發電技術

地球能量作為太陽輻射的重要部分，太陽能不斷的向地球進行輻射，這種能量每秒鐘的輻射大約相等于500 萬t 標煤產生的能量。通過對該部分能量的合理利用，可獲得更多的經濟和環保效益。

2.2.1 光電效應

物質在接受特定電磁波照射后，內部相關電子被有效激發。由PN 結所構成的光生伏效應主要是由于半導體光照所導致。不穩定的電子—空穴對的移動，而電勢通過對P 與N 兩側的電子的影響使其形成相應的電勢。太陽能光伏發電系統的組成主要包括蓄電池、電池控制器、光伏電池組、直交流逆變器等。

2.2.2 電池組

因太陽能電池包括的類型較多。晶硅電池可分為兩種，一種是單晶電池，另一種為多晶電池；相較于其他類型，硅基薄膜光伏電池在工作效率方面能力表現略顯不足，而化合物薄膜電池對環境和人類容易產生嚴重污染和危害，因此該類型電視使用頻率較低。當前最高效率的電池主要是聚光光伏電池，但需要有散熱器和聚光系統配備，為對其聚光效率提供保障而投入的設備成本，要比其發電產生的效益大出許多，因此想要在商業方面對聚光電池進行有效的應用還需要對其加強研究。

2.2.3 選擇光伏陣列方式

支撐光伏組件主要包括單軸、固定式、雙軸跟蹤三種。這三種光伏組件可使其工作效率分別提升20%、25%、30%，但應重視安裝過程中的傾角問題。

表1為光伏組件的陣列對比。

2.2.4 逆變器其作為重要的光伏發電的一部分，應該在綜合分析性能、效率、采集數據、保護功能的基礎上對逆變器進行合理的選型。當前可以選擇的逆變器形式主要有三種，表2主要比較了逆變器的優缺點。

3 新能源發電技術的難點

3.1 低電壓風機穿越技術

在風里發電技術中比較關鍵的技術是低電壓穿越技術。當降低風機出口的電壓時，如果不對低電壓的穿越情況進行考慮，造成風區內風機出現大面積的拖網現象，導致正片風區全部發生癱瘓，電力系統也因此出現不穩定的情況。因此當前在設計的時候都對風機的低電壓穿越能力有較高的要求，使這種低壓運行的影響對風場的安全性的威脅發揮有效控制的效果。此外，在處于低電壓狀態時，若要保證風機繼續保持強大的穿越能力，應以電壓本身為切入點，對其進行更加科學合理的設計，如果發生凹陷的電壓區域是風機出口，可通過對SVG、AVC 等技術的有效應用使其快速接近正常水平，最大限度的為低電壓風機穿越性作業的開展提供有利環境。

3.2 光伏電站SVG調壓技術

對于光伏電站而言，特別是末端電源點電站容易受到電壓的影響，而電站調整能力相對較低，所以此時有效發揮SVG 的性能就顯得非常重要。SVG 的調節主要分為恒功率因數、恒電壓模式、恒無功模式情況下功率因數為0.98 的模式等。根據電壓省調的模式，恒功率因數主要對其日常的運行實現合理的控制，并按照負荷動態的調整其武功變化情況；假如系統電壓相比較于額定電壓，有10%的超出量，這時針對電壓相應的調整需求恒功率的控制模式是無法實現的，此時便需要投入恒電壓模式，例如某電站（35kV）調整SVG 電壓時，如果把其負荷增加，達到38.5kV 的母線電壓，在其運行時，SVG 應投入目標電壓為38kV 的“恒電壓”模式，在小負荷情況下，其運行時SVG 應投入0.98 的恒功率因數。

3.3 光伏組件PID效應治理

所謂PID 光伏組件效應主要是指電位在某種程度上出現逐漸衰弱現象，因為在高壓下組件的工作時間較長，受集聚的電荷與漏電流的制約，降低了組件的性能，甚至可出現超過50%的下降情況，而且在溫度、濕度和鹽堿區域較高的情況下PID 效應程度更高。

關于PID 效應的有效治理主要分為以下幾個方面：

（1）系統方面：針對作業于夜間的電壓以及大地反向電壓的不斷施加，可通過對新工藝和新設備，如逆變器的有效應用，達到減弱和降低PID 效應和系統電壓的目的；

（2）組件方面：因組件PID的誘因是高濕，因此亟需提升組件的密封性，可實現對EVA生產工藝以及原料配比等進行系統強化，從根本上促使EVA 膠膜抗PID 效果的全面提升；

（3）電池方面：電池是十分重要的抵抗PID 因素，可以把SiN 減反層和發射極改變，但是會影響到發電設備的造價和效率等。

4 結語

總之，隨著電力系統中廣泛的應用新能源發電技術，通過對設備的設計、選型、對比等有效掌握，分析生產和運營新能源過程中的難點，并制定針對性的措施，同時還要根據當前生產模式，對電力系統中新能源發電技術的作用加強研究，并通過新設備和技術的及時更新，促進電力系統的發展。