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新能源发电:绿色清洁更美好
2018-05-25 09:27:38 来源: 亮报 作者: 【 】 浏览:216次 评论:0

当前,世界各国都将风能、太阳能等新能源作为支撑未来经济社会发展的主力能源之一。在新能源大规模开发利用的情况下,如何将其安全、可靠地接入电网成为亟待解决的世界性技术难题。国家电网公司不断推进新能源发展,成功攻克了从科研理论到工程应用的多个难关,开辟了“清洁中国 领跑世界”的全新路径。

风驰电掣 风能资源丰富

风能是太阳辐射造成地球各部分受热不均匀,引起各地温差和气压不同,导致空气运动而产生的能量。风能是一种清洁能源。从广义上说,风能是太阳能的一部分。风除了具有随机性,以及随高度增加而增大等特性外,还具有随季节、日夜变化的特点。风能储量巨大。

风力发电受到世界各国的重视。风力发电机组由风轮(包括尾舵)、发电机和铁塔三部分组成。风轮是把风的动能转变为机械能的重要部件,它由两只(或更多只)螺旋桨形的叶轮组成。当风吹向桨叶时,桨叶上产生气动力驱动风轮转动。在带动发电机之前,还必须附加一个齿轮变速箱和调速机构,然后再联接到发电机上。为保持风轮始终对准风向以获得最大的功率,需要在风轮后面装一个类似风向标的尾舵。铁塔是支撑风轮、尾舵和发电机的构架。它一般建得比较高,同时需要具有足够的强度。风能不可控且随机波动,不能按计划发电,调度困难;对于大容量风电厂接入系统,其对电力系统的影响可能是局部范围的,也可能是全系统范围的。

到处阳光到处电 万物生长之源

太阳能是地球永恒的能源,特点是广泛性、分散性、随机性、间歇性、区域性和清洁性等。太阳能发电的方式包括光伏发电、光化学发电、太阳能热发电等。太阳电池是一种具有光—电转换特性的半导体器件,可将太阳辐射能转换成直流电,是光伏发电的最基本单元。在光照下,具有特殊电性能的半导体内产生自由电荷,电荷定向移动并积累,进而在其两端形成电动势,用导体将其两端闭合时便产生电流。这种现象被称为光生伏打效应,简称光伏效应。目前应用最广的是晶体硅太阳电池,其厚度大约为0.35mm。

太阳能光伏发电系统通过太阳能电池吸收阳光,将太阳能直接转变成电能输出。但是,单个太阳能电池由于输出电压低、输出电流不合适,晶体硅太阳能电池本身又比较脆,不能独立抵御外界恶劣条件,因此,在实际使用中需要把单体太阳能电池进行串联、并联,并加以封装,成为太阳能电池组件。若干块光伏组件经过串联、并联后组成太阳能电池方阵。光伏发电系统由电池方阵、控制器、逆变器、支架、输配电缆、开关、熔断器等组成。太阳能能量密度低、稳定性差,受地理分布、季节变化、昼夜交替等影响。

厚积薄发 电力储能技术

电力储能是通过物理或化学手段将电能储存起来,并在出现用电需求时释放。电力储能技术主要分为物理储能(如抽水储能、压缩空气储能、飞轮储能等)、化学储能(如铅酸电池、氧化还原液流电池、钠硫电池、锂离子电池)和电磁储能(如超导电磁储能、超级电容器储能等)三大类。物理储能中最成熟、应用最普遍的是抽水蓄能,主要用于电力系统的调峰、填谷、调频、调相、紧急事故备用等。化学储能根据所使用化学物质的不同,可以分为锂离子电池、铅酸电池、液流电池、钠硫电池等。锂离子电池、铅酸电池技术成熟,可制成大容量存储系统,是目前最实用的储能系统。液流储能电池在国内及美国、德国、日本等国有示范性应用。电磁储能以超级电容器储能为主,超导储能目前还处于探索研究阶段。

风光无限好 国家风光储输示范工程

风能和太阳能发电具有波动性、随机性、间歇性的特点,在新能源大规模开发利用情况下,如何安全、可靠地接入电网成为亟需解决的技术难题。2009年6月,国家电网公司会同国内知名高校、研究机构、设备供应商联合开展技术攻关,采用全球首创风光储输联合发电技术路线,建成全球规模最大的集风电、光伏、储能及智能输电于一体的新能源示范工程——国家风光储输示范工程(以下简称示范工程),其中风电450兆瓦、光伏100兆瓦、储能33兆瓦。工程位于河北省张家口市坝上地区,国网冀北电力有限公司为建设运营单位。

示范工程实现多项技术创新及突破,包括风光储联合发电系统集成、运行调控、风光功率预测、大规模储能、风电入网检测等多项核心技术,达到国际领先水平,解决了制约大规模新能源集中并网的世界性技术难题。示范工程攻克了联合发电优化调度、全景监控、电池储能大规模系统集成、风光储设备并网友好性、风光联合功率高精度预测等一系列重大难题,建立了完整的风光储联合发电核心技术体系,取得了多项自主知识产权,总体达到国际领先水平。

风电技术用了国内最典型的6种型号风机,包括陆上最大5兆瓦直驱风机,机型均系首台首套,引领风电技术向大容量、高效率发展;光伏应用了最全光伏组件和跟踪方式,多角度、全方位开展技术经济比较;储能在全球首次实现了30多万节电池集成应用,协调控制技术世界领先,是全球种类最多的大规模化学储能电站。

国家风光储输示范电站成功完成“黑启动”实验,成为全球首家具有“黑启动”功能的大规模新能源联合发电站,填补了国内外该领域技术空白,确保了新能源涉及的局部微电网在特殊情况下的可靠运行。

2016年12月,示范工程获得第四届中国工业大奖,这是我国工业领域最高奖项;2017年11月,示范工程荣获第十七届全国质量奖卓越项目奖,这是我国质量管理领域中的最高荣誉。

绿电7日 让新能源成为主角

青海省清洁能源资源丰富,具有建设大型清洁能源基地的优越条件。以创建全国清洁能源示范省为牵引,青海省稳步建设海南、海西两个千万千瓦级新能源基地,相继建成全国首座规模化储能光热发电示范项目、世界上最大的光伏电站群和全球最大的龙羊峡水光互补电站,光伏电站以平均每年100万千瓦的速度有序增长,年均增速达58%,太阳能开发利用走在了全国前列。

2017年6月17日0时~6月23日24时,国家电网在青海创新开展了连续7天168小时全清洁能源供电。期间,累计用电量11.8亿千瓦时,真正实现了用电“零”排放。这次测试从持续时间、运行难度、供电结构等方面,全面超过了葡萄牙国家电网2016年5月连续4天107小时清洁能源供电。“绿电7日”成为能源发展的绿色样本,不仅彰显了国家电网公司在促进清洁能源发展方面的领先水平,而且向世人展示了清洁能源使用的广阔前景。

青海的清洁能源分布广、时空互补性强,光与光、风与风、风与光、风光与水之间存在互补特性,能够平滑新能源出力波动;利用水电快速调节能力以及光热的储能作用,显著改善新能源发电品质,可以实现清洁电力大规模外送。

【链接】

本版部分内容来源于《电网新技术读本》《新能源发电技术》、国网冀北电力有限公司、国网青海省电力公司。金雍奥对本文有贡献。


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