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關鍵詞:分布式光伏發電;關鍵技術;發展前景
中圖分類號:TM615 文獻標識碼:A 文章編號:1674-7712 (2014) 04-0000-01
隨著能源短缺與能源需求的矛盾日益突出,能源價格會不斷升高,嚴重阻礙了社會發展的步伐,尋找可再生能源,走可持續發展道路迫在眉睫。太陽能作為一種最常見的可再生能源,不僅分布廣,無污染,而且可再生,被國際上認為是最好的化石能源替代品[1]。
太陽能光伏產業作為可再生能源產業,引起了各國政府的重視和大力支持。很多國家正積極研究光伏發電技術,并出臺分布式光伏發電的財政補貼等政策,以促進光伏產業的快速發展,來應對能源短缺現象[2]。
光伏發電技術是一項優化未來能源構成的高新發電技術,分布式光伏電站的快速發展將加速遠程監控系統的開發和推進相關技術的市場需求。隨著計算機網絡技術和通信技術的快速發展,遠程監控系統將成為一種重要的手段。
一、分布式光伏電站簡介
分布式光伏發電特指采用光伏組件,將太陽能直接轉換為電能的分布式發電系統。是指在用戶現場或靠近用電現場配置較小的光伏發電供電系統,支持現存配電網的經濟運行,或者同時滿足這兩個方面的要求。
二、分布式光伏發電特點
分布式光伏發電是一種新型的、具有廣闊發展前景的發電和能源綜合利用方式,它倡導就近發電,就近使用,就近轉換,就近并網的原則,以滿足特定用戶的需求,可以有效提高同等規模光伏電站的發電量,還可以降低電力在升壓及長途運輸中的損耗。具有以下特點:
一是輸出功率相對較小,一般而言,一個分布式光伏發電項目的容量控制在數千瓦以內但小型光伏系統相比大型的投資收益率并不會降低;
二是污染相對很小,沒有噪聲,也不會對空氣和水產生污染,環保效益突出;
三是可以在一定程度上改善當地的用電狀況,但是分布式光伏發電的能量密度相對較低,并不能從根本上解決用電緊張問題,而且具有間歇性;
此外,還有安全可靠性高,抗災能力強,非常適合于遠離大電網的邊遠農村、牧區、山區供電,不需要遠距離輸送電力,成本低、效率高[3]。
三、分布式光伏電站監控體系結構
分布式光伏發電系統的基本設備包括光伏電池陣列、光伏方陣支架、直流匯流箱、直流配電柜、并網逆變器、交流配電柜等設備,另外還有供電系統監控裝置和環境監測裝置。其運行模式是在有太陽輻射的條件下,分布式光伏發電系統的太陽能電池陣列組件將太陽能轉換輸出的電能,經過直流匯流箱集中送入直流配電柜,由并網逆變器逆變成交流電供給建筑自身負載,多余或不足的電力通過聯接電網來調節。
四、分布式光伏電站監控系統技術
分布式光伏發電倡導盡可能就地消納,通過配電網接入電力系統,配電自動化系統需要對光伏發電進行監控和管理,以保證電網的安全可靠運行。分布式光伏發電一般在農村、牧區、山區,發展中的大、中、小城市或商業區附近建造,通常建在工業廠房、公共建筑以及居民屋頂上。這給分布式光伏電站的監控和管理都帶來了挑戰,我們可以通過遠程監控來解決這一難題。
(一)通訊技術。分布式光伏發電系統的通信方式有多種類型。主要取決于城市中心、市區、郊區、農電等不同的地理位置。通信介質也分多種,包括:光纖、電力線載波、無線等方式。光纖通信具有容量大、傳輸距離遠、抗電磁干擾、無輻射等特點,是市區配電網自動化首選的一種通信方式。隨著光纖通信技術的不斷普及和發展,其性價比也比較適中。無線方式通信實施比較方便,而且布置靈活,但容易受干擾。電力線載波通信方式比較適合農電及遠距離線路,價格也相對便宜。
(二)監測系統的構成。由數據采集系統、數據傳輸系統、數據中心組成。數據采集系統應至少包括環境監測設備,電參數監測設備等。
1.數據采集。數據采集是指從傳感器和其它待測設備等被測單元中采集需要的數據,送到上位機中進行分析、處理的行為。電壓傳感器用于采集光伏陣列的輸出電壓、蓄電池電壓、逆變器輸入電壓、直流負載的輸入電壓。電流傳感器用于采集光伏陣列的輸出電流、蓄電池電流、逆變器輸入電流、直流負載的輸入電流。智能傳感器用于采集逆變器的輸出電壓、電流、功率、功率因數。溫度傳感器和調理板用于采集室外、光伏組件和蓄電池的溫度。輻照儀用于測量水平面的太陽總輻照度和光伏陣列表面的輻照度。
2.數據傳輸系統。電站數據監測系統中監測裝置與數據采集裝置之間、數據采集裝置與數據中心之間的數據傳輸。根據分布式光伏電站、電力部門的不同情況選擇相應的通訊方式進行數據傳輸,并確保數據傳輸的方便和安全。
3.數據中心。通過實現統一的數據定義與命名規范,集中多個光伏電站數據的環境。軟件部分是整個監測系統的核心,從傳感器采集得到的信息量將全部送至該部分進行數據處理和顯示。提供了強大的圖形界面,顯示畫面生動,一目了然。
中國光伏產業的發展曾過度依賴國外市場,尤其是歐洲市場,受歐債危機、歐盟及美國“雙反”等事件的影響,國外市場持續低迷,中國光伏產業的持續發展也因此呼吁國內光伏市場的快速啟動。
目前分布式光伏發電已被廣泛應用在家庭供電、道路照明、景觀照明、交通監控、大型廣告牌、發電站,市場規模逐步擴大,呈現出廣闊的市場前景。2012年12月19日,國務院召開常務會議提出要著力推進分布式光伏發電,鼓勵單位、社區和家庭安裝和使用分布式光伏發電系統。在《關于申報分布式光伏發電規模化應用示范區的通知》文件中,將在每個省建設500MW分布式光伏的規模化應用示范區[4],這是國內啟動的至今最大的光伏項目,這些政策極大鼓舞了國內分布式光伏產業的發展,我國分布式光伏產業迎來了重大的挑戰和機遇。
參考文獻:
[1]陳晨,陳明明.太陽能光伏發電現狀分析及發展方向[J].動力與電氣工程,2013.
[2]王斯珍.我國已成為全球主要太陽能電池生產國[J].四川水利發電.2008(124):14-15.
關鍵詞:光伏產業 福建
一、福建太陽能產業發展現狀
福建省非常重視太陽能光伏產業的發展。2007年4月起,先后出臺了《福建省促進LED和太陽能光伏產業發展的實施意見(2007~2010年)》《太陽能產業發展行動計劃2007-2009》,《福建省新能源振興實施方案》。這些文件包括推進公共應用,獎勵自主創新,推廣ED和光伏產品,對產業實行優惠的財稅和用電政策,鼓勵優先采用省內生產的LED和光伏產品,建立公共技術服務平臺等。在這些政策的推動下近年來,福建省太陽能光伏產業迅速發展,已經形成礦山開采、粗晶冶煉、精制提純、晶體制作、硅片切割、擴散印刷、組件封裝等環節在內的較為完整的產業鏈。2010年LED和太陽能光伏產業規模約200億元,其中LED外延片和芯片產能占全國50%以上。主要分布在福州、廈門、漳州云霄、龍巖永定、泉州晉江和南安、莆田城廂等光電園區。
工業硅。福建硅礦資源豐富,產量約占全國的9.4%,世界的6.7%,是國內乃至世界上品位,純度最高的礦區之一,這為當地較低成本獲取多晶硅原材料提供了充足的資源儲備。福建省的硅石資源豐富、品位高;而且小水電站遍布全省各區,由于豐水季節電價較低有利于與硅礦資源配套,降低了生產成本,為福建省的初級硅提純提供了重要的基礎。目前省內硅材料生產企業多集中在硅石資源與水電資源相對豐富且配套的山區縣,尤以三明、龍巖地區為主。2010年福建有各類工業硅冶煉企業40多家,工業硅年產量約10.85萬噸,產能20余萬噸,已成為國內重要的工業硅生產地。
多晶硅材料。目前,福建省還不能規模化生產太陽能級硅材料,均由省外國外采購。2010年福建多晶硅產量614噸,僅占全國的0.14%,世界的0.04%。福建的企業、科研單位從上世紀90年代中后期開始就一直在探索采用物理冶金法從工業硅中提取高純度硅相關技術。長期以來福建多晶硅提純技術落后,2012年8月中科院福建物質結構所承擔的太陽能級多晶硅材料提純關鍵技術研發及檢測服務平臺標準化建設項目通過驗收,項目成果已在福建億田硅業有限公司獲得應用,大規模產業化在即。
太陽能電池制造。福建晶硅電池目前不具備規模生產能力,但非晶硅薄膜電池有優勢,南安市三晶電力陽光有限公司,福建鈞石能源有限公司,臺資企業創輝,金寶利公司等一批光伏電池企業先后建成投產,2009年福建太陽能電池組件產能達500兆瓦。福建LED和光伏產業專業園區建設已進入,企業超150家,產值超100億元。全省12個專業產業園區,分布在福州,廈門,泉州及云霄,華安,長汀等地,區域性光電產業聚集效應顯現。福建光伏產業鏈正逐步完善,發展規模也躍居全國前列。
經過多年的發展,福建光伏產業的產業鏈比較完整,上游有多晶硅生產企業、硅片生產商,中下游則有陽光大地等太陽能電池及組件生產企業。自2011年以來,受債務危機的影響,歐洲光伏市場需求下降,這對福建光伏產業造成重創。在困境面前,只有促進國內市場發展,光伏產業才有可能得以突破重圍,健康發展。
二、太陽能光伏產業發展前景與趨勢
隨著全球能源短缺和環境污染等問題的日益突出今天,人們不得不越來越依賴新能源,太陽能光伏發電是最具發展前景的新能源發電技術,今后會不斷地發展壯大,并最終成為人類能源的主體。太陽能光伏發電具有十分明顯的優勢,首先是資源豐富,且不會枯竭,是可再生清潔能源,特別是光伏發電過程不耗水,光伏電站建設不受水資源制約,可以在任何空閑土地上、特別是可以在沙漠土地上建設光伏電站。其次是光伏電池安裝建設簡單,裝機規模靈活,運行管理方便,既可以利用空曠場地進行建設,也可以與建筑物結合建設,幾乎不需要進行運行維護,開發利用的潛力很大。
福建省“十二五”能源發展專項規劃提到至2015年全省光伏發電裝機容量達10萬千瓦。新增太陽能熱水器40萬平方米,2015年累計保有量達100萬平方米。太陽光伏制造業方面到2015年福建省要實現LED與太陽能光伏產業銷售收入1200億元以上,其中太陽能光伏產值達600億元。但歐債危機及美國的光伏電池“雙反”案件勢對福建省這一產業發展帶來不利影響。只有加快啟動國內市場,才能走出困境。
太陽能被視為取之不盡、用之不竭的清潔能源,國內市場潛力巨大,用途廣泛。福建海岸線長、島嶼多,太陽能可供應島上居民用電和漁民出海打魚使用。城鄉公交亭使用太陽能的棚頂,既能遮風避雨,又能充電照明。太陽能還可用于農村灌溉用電,解決景區、偏僻農村用電難,也可用于城市夜景工程,既經濟又省力。
2011年我國光伏安裝量達到2.2吉瓦,首次突破吉瓦級,成為全球第三大光伏安裝國。從資源優勢、技術水平、生產能力、產業基礎等各方面來看,我國都已具備了加快啟動光伏市場的條件基礎。而迫切需要生產生活用電并擁有豐富土地資源的農村市場,則成為光伏內需的新增長點。
光伏系統初始投資成本及發電成本大幅下降。2008年,國家批準的4個上網的光伏系統上網電價是4元/ k W h。受金融危機的影響,2008年底和2009年初光伏產品價格出現了大幅下降,使光伏電站建設的初始投資大大減少。2009年3月,國家能源局啟動的特許權招標結果,產生了1.0928元/kWh的上網電價,光伏發電成本已經不像早些年那樣高不可攀。并網型地面光伏系統和附加在建筑物屋頂的光伏系統初始投資已經下降為2萬~2.5萬元/ k W p,在資源條件好的地區,上網電價已經接近1元/kWh。離網系統的初始投資,也已經下降到約4.5萬~5.5萬元/kWp。
太陽能電池及組件主要供應兩大應用領域,一是電站建設與商業供電,一是居民消費品及照明應用。目前電池組件價格的下跌總體有利于下游應用產業降低成本,增強其產品競爭力,延展應用領域等。太陽能電站發電成本目前已降至每千瓦時0.8元,預計未來仍將持續下降。雖然與煤電0.2至0.3元的發電成本相比仍有很大差距,但從環境成本及成本趨勢等綜合分析,太陽能發電已日趨現實。一旦通過提高太陽能轉換率降低電池生產成本,最終實現光伏發電平價上網,中國光伏業將徹底完成從政府補貼型向市場驅動型的轉變,整個行業才能迎來變革式的大發展。
三、光伏產業存在的問題
近20年來,光伏產業的發展已初具規模,但同國外相比在總體生產水平上還有很大的差距,光伏產業“兩頭在外”,福建沒有高純多晶企業,光伏應用市場弱小,即外銷工業硅――購進高純多晶及電池片――外銷電池組及太陽能產品(太陽能燈及工藝品),市場、原料均高度以來外部,市場風險大。太陽能光伏產業發展不盡如人意,存在核心技術落后、產業鏈發展不平衡、產品附加值低等問題。而產業鏈的發展與產業前景關系密切。其主要表現以及制約因素有以下幾點:
1 、生產數量巨大,國內消費較小。雖然現在我國太陽能電池制造廠的生產能力較大,但其成品主要出口,國內的需求并不是很大,這就勢必造成生產與消費的不均衡,同時也就制約了光伏行業的發展。福建的光伏應用市場。我國生產的太陽電池連續5年96%以上出口,國內安裝量不足2%~4%。2009年我國當年安裝量約占全球2.2%,累計安裝量只占到1%左右。目前省內光伏應用產品基本是太陽能燈系列,以外銷為主。
2、 主要材料需進口。光伏發電系統的核心是太陽能電池板,而太陽能電池板的主要原材料為晶體硅,在目前就技術而言,我國的硅生產能力雖然達到一定的水平,但是大多數還是需要進口,然而成品加工完畢以后又大多數出口,這就造成了“兩頭在外,大進大出”的發展模式,造成了太陽能光伏產業發展和應用市場發展出現極大的不平衡,極大嚴重阻礙我國光伏技術的跨越式發展。同時國外對光伏行業的一系列政策等都會給我國光伏產品的出口帶來直接影響;
3、 光伏技術研發投入有限,研發能力和技術創新能力薄弱。相比國外而言,我國的光伏技術比較之后,另外,雖然國家近幾年的投入資金研發的力度比較大,但是總體比國外還相差甚遠。再者,在國內對光伏行業的教育力度還遠遠不夠,國內大學中開設與之相關專業的本科學校共計兩所。這就造成了相關的專業人員的短缺,從技術方面極大地制約了行業的發展;
四、光伏企業的可持續發展之路
在資源日趨匱乏,可再生能源逐步為人所重視的今天,光伏產業前景依然被看好,目前的困境只是暫時的。那么,靠什么來復興光伏產業呢?國家出臺了一系列的政策鼓勵、扶植,這就相應的給光伏發電企業帶來了又一個春天。對于光伏企業的可持續發展可以從以下幾點來著手:
1.加速啟動國內市場
隨著2014年1月23美國第二次對中國光伏產品發起“雙反”調查,意味著今后相當長時間,我國光伏產業主要依賴國際光伏市場的狀況將難以持續,政府必須著力擴大我國國內光伏發電市場,為我國光伏產業發展提供基本的支撐。我國是能源消費大國,煤炭占能源消費結構的70%左右,面臨的資源和環境壓力巨大,發展光伏發電勢在必行,國內需求是新興產業發展的動力。2011年我國新增太陽能發電裝機容量約220×104kW,僅為歐盟新增容量的1/10,與發達國家相比,我國太陽能發電上網發電的比例較低,除了技術水平因素外,太陽能發電并網消納不足更多是體制原因,是體制性過剩。在新能源領域,中國無疑具有優勢,最大的優勢在于廣闊的市場,我國正處于工業化、城市化進程中,能源需求增量大,而新能源在能源結構中比例微小。太陽能資源的主要特點是分布廣泛,有太陽照耀的地方就有太陽能資源,因此太陽能光伏發電的優勢是分布式應用,應該采取與用戶用電相結合的方式安裝光伏系統,低電壓接入配電網,實現就近開發就近利用,不應該集中建設大型光伏發電,以遠距離高壓輸電方式利用,或者說至少在近期不應該以這種方式大規模建設光伏電站。
2.推進行業兼并整合
解決光伏產業產能過剩必須經歷行業整合,這是一個殘酷的過程,也是一個重生的過程,政府應該拯救光伏行業,施以必要“援手”維持中國光伏產業的國際地位,不能由于一些國家和地區的貿易保護使其受挫。我國太陽能產業在國際上已經占有一席之地,維持領先地位是使我國在新能源革命中立于不敗之地的重要保障,同時一些龍頭光伏企業已經存在“大而不倒”的問題,光伏產業的興衰已經影響到銀行貸款、當地就業、地方稅收等方方面面,如果出現大規模的倒閉潮,必將引發關聯企業破產、銀行受損、失業增加等一系列嚴重問題。不過,“救市”不是救企業,而是救行業,政府應該在光伏企業整合過程中,盡量把手從企業當中抽出來,將企業的優勝劣汰交給市場決定,只要加強行業指導即可。
3.提高技術創新能力
危機本身也是機遇,面對當前我國光伏產業的困境,光伏行業應該加強技術創新、降低成本、提高轉換效率,通過技術取暖來度過寒冬。光伏發電技術包括光伏電池材料、光電轉化效率、光伏電池生產裝備、光伏系統集成和建設,以及以光伏發電系統為主的電力系統的運行管理等等,目前這些技術仍然處于發展初期,全球的差距并不很大,但我國光伏發電技術及其應用水平相對落后,缺乏自主創新和發展能力,要使我國光伏產業在未來的發展中立于不敗之地,必須把光伏發電技術的研發放在更加突出的位置,這就要加大光伏產業技術創新力度。福建省太陽能產業發展重點:一是太陽能電池為代表的光伏產業。重點發展低成本太陽能級硅材料提純工藝技術及其關鍵設備、高光電轉換率的晶體硅電池和薄膜電池;發展太陽能發電、太陽能LED一體化、太陽能光電建筑一體化、離網型太陽能發電模塊化產品,支持開發大功率太陽能并網發電系統集成設備,推進太陽能光伏專用玻璃、電池生產輔助材料、組件封裝用相關輔助材料、照明器件等配套產業發展,發展硅錠和硅片制造、太陽能電池制造以及封裝等光伏制造設備,形成晶硅鑄錠、硅片切割、電池組件、光伏發電產品、輔助材料及裝備、工程設計施工與應用產業鏈,逐步實現太陽能光伏產業相關制造設備省內配套。二是太陽能發電設備。重點支持開發或引進大功率太陽能并網發電系統集成設備。到2015年,產業規模將突破1100億元,其中LED500億元,太陽能光伏600億元。
4.轉變政府補貼方式
光伏發電與常規電力相比經濟性較差,目前尚缺乏市場競爭力,要通過優化資金使用,以有限的補貼帶動盡可能多的光伏發電,通過合理的制度安排和競爭機制,促進光伏發電成本不斷下降,最終達到可以與常規電力相競爭的水平。近年來推動的“金太陽工程”就是以投資補貼的方式支持用戶端分布式光伏發電系統的應用,但實施的效果并不理想,應盡快調整新能源產業政策,把政策重點由過去的扶持產業轉到培育與擴大國內新能源市場方面,促進新能源產業從生產到消費的均衡發展。要改變補貼方式放大帶動效應。將光伏發電補貼方式從補貼裝機改為補貼發電量,從補貼發電端改為補貼用戶端,補貼發電量可避免虛報裝機、以次充好,補貼用戶端相當于降低了部分銷售電價水平,可比補貼發電端效率提高數倍。
參考資料
1、魏政,于冰清:《我國光伏產業發展現狀與對策探討》[J].中外能源,2013(6)
2、鄧洲:《國內光伏應用市場存在的問題、障礙和發展前景》[J].中國能源,2013(1)
[關鍵詞]光伏產業;歐美“雙反”調查
[中圖分類號]F062.9 [文獻標識碼]A [文章編號]2095-3283(2012)10-0053-02
作者簡介:劉先雨(1968-),男,遼寧對外經貿學院國際商品交易與模擬實驗室副教授。
一、引言
隨著社會經濟的快速發展,資源日益緊缺,世界上許多國家確定了發展以太陽能為主的新能源產業,以應對能源、環境及氣候問題。利用太陽能的最佳方式是光伏轉換,利用光伏效應使太陽光射到硅材料上產生電流直接發電,以硅材料的應用開發形成的產業鏈條稱之為“光伏產業”。
近年來,我國光伏產業抓住這一歷史機遇,在政府的大力扶持下,在制造水平、產業體系、技術研發等方面取得積極進展,國內外市場前景總體看好。但自2008年國際金融危機爆發以來,光伏產業遭遇了需求持續萎縮、供給不斷增長的嚴重挑戰,2011年受美國 “雙反”調查的影響,我國光伏產品出口形勢更加嚴峻。2012年4月和5月,同比下降幅度均在50%左右,2012年6月美國進口中國太陽能產品總值為9960萬美元,同比下降近60%。
二、我國光伏產業發展面臨的危機和困境
(一)美歐“雙反”的現狀及原因分析
2011年10月,7家美國光伏企業向美國商務部和美國國際貿易委員會提出申訴,稱中國光伏企業向美國市場非法傾銷多晶硅光伏電池,中國政府向國內生產企業提供包括供應鏈補貼、設置貿易壁壘等非法補貼,要求聯邦政府對來自中國的光伏產品征收超過10億美元的關稅。同年11月,美國商務部正式公告,宣布將對中國輸美太陽能電池(板)展開反傾銷和反補貼“雙反“調查,該調查涉及到多達75家的中國光伏企業。同時,國際光伏巨頭Solarworld正式向歐盟提交對中國光伏產品反傾銷立案調查的申請。對多數中國光伏企業而言,相較于已經失去的美國市場,失去歐洲市場的后果將更加嚴重。數據顯示,2011年中國出口的光伏產品約為358億美元,近六成以上輸往歐盟,歐盟是全球最大的太陽能板消費地區,一旦這個市場的大門關閉,中國光伏出口企業將面臨毀滅性打擊。
美歐“雙反”的根源是貿易保護主義。新能源是全球第三次產業革命的核心,而以光伏和風電為代表的中國新能源產業近年來快速發展,并在國際市場覓得先機。歐美國家相繼對中國新能源展開“雙反”,從表面上看是一場國際貿易糾紛,但從深層次分析則是在全球第三次工業革命中爭奪市場的一場殘酷戰爭。
(二)光伏產業發展現狀與困境
近年來,中國光伏產業高速發展,2005年無錫尚德電力集團在美國上市,僅浙江省就有200多家從事光伏產品制造的企業。但2008年國際金融危機爆發以來,光伏產業遭遇了需求持續萎縮、供給不斷增長的嚴重挑戰。2011年形勢更加急轉直下,多晶硅已從2008年的500美元/公斤跌至21美元/公斤~28美元/公斤。目前,該行業庫存高企、經營性現金流銳減,面臨資金鏈條緊繃甚至斷裂的風險。2012年一季度,包括江西賽維、尚德電力、英利在內的10家境外上市光伏企業全部虧損,總計虧損高達6.12億美元。
造成這一局面是因為光伏產業雖投入大,但能創造高額GDP且環保節能,符合“經濟發展方式轉型”的政策要求,從而造成光伏產業的過度發展和各地方政府的過度激勵。中國光伏產業迅速崛起,不是因為中國光伏企業的技術如何領先,而是因為中國的污染成本極為低廉,擁有歐美企業難以奢望的成本優勢。國內光伏企業普遍采用電弧法用炭還原制取低純度的工業硅,然后作為工業原料常常以1美元/公斤的極其低廉的價格出口國外,工業技術極為簡單卻需要消耗大量的電力資源,從生產工業硅到太陽能電池全過程綜合電耗約220萬千瓦時,同時帶來極為嚴重的環境污染。
(三)面臨進入新興市場的門檻
當前,日本已經正式通過可再生能源激勵政策,批準了太陽能補貼政策,將鼓勵本國新增至少96億安裝量即320萬瓦的光伏以及太陽能,輸出量相當于三個核反應堆的發電量。這個政策意味著日本政府將為光伏發電提供每千瓦時42日元的補貼,這個補貼量是德國補貼金額的兩倍,是中國補貼金額的三倍之多。面對日本高額的補貼政策,中國光伏企業躍躍欲試,但結果卻不盡人意,并非日本無需求,而是中國光伏企業很難進入該市場。尷尬的市場門檻、復雜的操作流程讓中國光伏企業無所適從。此外,印度、中東、非洲、南美、澳洲等被行業分析機構看好新興市場,同樣讓許多中國企業感到極度困惑。這些新興市場國家的市場需求、未來潛力、盈利模式、行業標準、產品操作模式等一直困擾著中國一大批光伏企業。
三、我國光伏產業發展的對策建議
(一)國家層面
面對國外“雙反”調查,要正面交鋒,據理力爭,充分利用世貿規則以維護自身權益;要創新機制,對國內產業運行機制進行大力改革,強化光伏企業的市場化地位,爭取國際貿易的平等地位;政府應尋找在國際產業鏈分工中占據主動地位的產業,對歐美國家實行相應制裁,以此緩解光伏產業遭遇“雙反”調查的危局;國家應在財政上資助戰略性科技研發,以國家的力量研發多元化光伏材料,攻克具有自主知識產權的光伏裝備技術,提高轉換率,大幅降低成本;改革能源管理體制,發展分布式能源系統,積極推進綠能回購;優化國家產業的區域分布,倡導高耗能產業追隨光伏電站的腳步向西部轉移。
(二)企業層面
積極布局海外,由于“雙反”制裁的僅僅是光伏產業的某個環節,所以在牢牢掌握產業核心的基礎上,可以將其制裁的環節轉移到第三方國家,或者直接投向美歐國家,進行產業滲透;積極開發日本、澳大利亞、東南亞、中東、非洲、南美等國際新興太陽能市場,認真研究新興市場國家的市場規則和操作流程,爭取快速進入;積極投資科技,創新產品,保證質量,保持產品在全球的良好信譽。
[參考文獻]
除了光伏電池板和電器元件以及變壓器的使用時間較長之外,光伏并網逆變器整機的有效使用時間只有25年,內部電容元件等使用壽命一般為15年,更換的光伏元件一般可進行返廠處理進行再利用,較少產生固體廢棄污染。但光伏產業中的主變壓器所產生的廢油若在事故中處理不當則很有可能產生泄漏造成污染。
多晶硅電池組件的玻璃表面結構也會產生化學光污染,因此光伏企業一般都會采用透光率高的防眩光涂層材料,這種材料透光率高達98%,主要散射陽光,防靜電、高耐磨,如合理利用放置地點則可以有效避免產生光污染。
二、光伏產業環境污染的對策
1.加大監管力度
加大光伏產業監管力度,對光伏產業項目進行嚴格把關,完善光伏產業投資監管制度,做到光伏產業既高產又安全環保。企業根據國家相關法規進行項目審批,環保部門要嚴格按照“98.7%HCI(氯化氫)、99.3%SiCl4(四氯化硅)、99.5%Cl2(氯氣)的回收利用標準”的規定對光伏產業的尾氣回收執行嚴格執法監管。
大力支持太陽能多晶硅環保產業技術的研發,引導光伏企業中的多晶硅電廠與化工聯營的生產模式,對不合格企業進行堅決取締與嚴懲,確保企業在進行多晶硅提純時所生產出的有害物質能夠被有效回收和處理,使我國盡快成為低能耗、低污染的高純硅材料生產大國。
2.鼓勵企業升級
國家和政府鼓勵光伏企業產業進行升級改造,進一步優化我國的工業布局,同時加快我國產業結構的調整,有效節約土地資源,加強環境保護,實現節能減排。
美國是擁有最先進的多晶硅生產技術國家,而我國目前的多晶硅生產企業項目技術仍然處在短缺階段,若我國能夠獲得美國的強大資金支持,成功引進美國先進的多晶硅提純生產技術,這將勢必成為我國光伏產業進行自我調整和升級的重大契機。因此,我國應盡快制定相應的政策鼓勵企業和地方政府積極參與產業升級。
3.建立CDM機制
CEM清潔能源發展機制可有效提高能源節約,根據現有能源結構來看,我國CDM項目主要是可再生能源的研究,這類項目成本低、收益高,往往能夠給企業帶來較好的發展前景。
關鍵詞:光伏產業;現狀;問題;戰略
1前言
近些年來,我國的光伏產業經歷了飛速的發展,特別是在2007年,光伏產業主要是呈現出爆發式的增長,在很多的關鍵生產技術裝備上的研究都取得了非常令人鼓舞的進展。但是,我國的光伏產業也出現了一系列的問題,引起了高度的關注和激烈的爭議,主要包括:不是特別協調的產業鏈結構、生產過程中導致的國內的高能耗、全球技術的競爭、光伏發電的商業化前景等。這些問題都備受人們的爭議,同時也是推動我國光伏產業利用的重大課題。
2中國光伏產業發展現狀分析
2.1在光伏產業鏈的各個環節當中,中國的中下游的優勢要強于上游
從整體上來看,國內的很多企業進入的是后端的太陽能電池和組件的生產環節,但是像晶體硅這類型的主要材料則掌握在發達國家的手中。中國在多晶硅的環節上并沒有什么優勢,在建設的多晶硅廠中主要是采用西門子改良的工藝,成本比較高,污染較為嚴重。而下游的電池封裝產業的發展最為成熟,具有明顯的優勢。
2.2競爭較為激烈
因為競爭的激烈,產品的價格下降的趨勢會比較快,自從2009年供給超越需求,規模比較小的企業將被并購或者倒閉,存在的企業也將面臨著很大的壓力。
2.3光伏產業面臨著局部調整
光伏產業鏈主要包括硅料、硅片、電池片、電池組件和應用系統五個環節。一般來講,上游是硅料、硅片的環節;中游是電池片和電池組件環節;下游是應用系統等環節。隨著上游的利潤長期處于低水平,企業將會越來越多的將中心投向下游。上游廠商及其風險投資將會加大太陽能電池片及其應用系統的資金投入,從而導致產業化趨勢加強。
2.4技術逐漸的趨于多元化
當前薄膜太陽電池技術已經逐漸的成為光伏領域的熱點,在未來的兩年里,薄膜技術的進步和轉換率的提高,將逐漸的凸顯薄膜太陽能的優勢。受到硅材料的限制,各個較大的廠商已經逐漸轉向投產薄膜技術,這都促進了薄膜技術的成熟。
3中國太陽能光伏產業發展存在的問題
3.1全球產業鏈上的“依附性發展格局”
在我國全球化的背景下,產業活動主要是基于全球化產業鏈的垂直分離使價值創造活動成為跨越地理空間、不同區域內的多個企業共同完成。同時,中國的光伏產業也逐漸的嵌入到了全球光伏產業鏈當中。但是從國內光伏產業鏈內部發展的情況來看,中國的企業大多是處于光伏產業鏈的最末端的環節,在多晶硅的生產上處于一個落后的狀況,特別是在循環工藝的控制上,仍存在著很大的差異,而太陽能光伏技術的整體水平并不是很高,核心技術基本上都是依賴于國外。
3.2產業與市場倒掛
近些年來,我國的太陽能光伏產業飛速的發展,成為全球第一大太陽能電池生產大國,與中國巨大的太陽能電池生產能力相比,中國的太陽能需求確是比較緩慢的,與生產大國的地位相差較遠。目前我國的大多數的依靠消耗能源制造的太陽能電池主要是應用于出口,與國外需求相比,國內的應用較少,內需嚴重的不足。可見,中國的光伏產業主要是一個典型的出口導向型的產業,原料和市場主要是在國外,產業和市場的倒掛現象較為嚴重。
3.3環境污染較為嚴重
在我國,主要是以金屬硅生產出口為主。金屬硅的生產處于冶金產業,在生產的過程中排放出的二氧化碳等氣體及其廢渣等對于環境具有很大的影響。而我國因為政策和意識等方面的原因,并沒有對此采取相應的措施。同時,采用改良西門子法的生產過程中會產生大量的四氯化硅以及其他的物質都排放掉,也是造成太陽能光伏產業環境污染的重要原因。這些與低污染低排放、甚至是污染零排放的循環經濟的模式相差的較遠。
3.4原料及其廢棄物不能夠重復利用
我國的硅企業是單一的進行生產,只是為生產太陽能用硅而進行生產,國外生產多晶硅的企業一般是從事符合的化工生產。假如能夠將循環經濟中的工業生態園區模式應用到我國的太陽能光伏發電產業當中,形成相互利益轉化,這是一個非常關鍵的問題。
3.5政策不夠完善,技術不夠成熟
光伏發電的配套技術現如今還不是很成熟,生產出來的產品可靠性低,基本上是依賴于進口;獨立系統中的蓄電池技術還沒有過關,并且壽命比較低。雖然鼓勵光伏發展的政策已經出臺,但是并沒有相關的可操作性措施能夠與之配套。所以,怎么樣才能夠將循環經濟的理論應用到太陽能光伏產業生產鏈當中,使太陽能利用不僅在使用的過程中,同時在生產的過程中更好的實現效率的最大化,實現環保的要求。
4我國光伏產業循環經濟發展的對策
4.1以整體為對象,以長遠的發展進行宏觀調控
在推行產業循環改造的過程當中,需要特別注重企業間的信任機制的管理。企業之間的信任機制能夠強化光伏產業及其企業之間的一體化物質和能量的共生關系,從而更好的實現光伏產業網絡成員之間的信息共享。以上是提高生態效率和實現工業生態化的非常重要的步驟。信任機制的建立同時需要依靠于企業之間的合作,這里包括企業與企業之間在心理上的契合、開發者的管理等,這些都對于企業的合理制度的安排起到重大的作用,這也是環境管理創新的必然性選擇。
4.2堅持技術創新,提升核心競爭力
當前來講,光伏產業鏈的發展還不是很平衡,科研實力和產業鏈的各個環節與國外相比還是比較落后的。加強光伏產業的全球競爭力,就需要在技術上取得突破。未來的市場主要體現的是產品的成本和品質,技術創新能力是企業發展的原動力。中國應該建立高水準的技術研究中心,使之成為促進光伏產業技術進步的平臺。
4.3加大政策扶持,營造良好發展環境
在2009年,財政部推出的補貼政策主要標志著中國光伏產業將逐漸的補位。中國的光伏產業的大門已經開啟,并且有望在政策的推動下像發達國家一樣進入到快速的發展階段,中國有望形成生產強國和消費大國。在今后,中國應該在包括科技攻關、融資服務、人才開發和物流等政策的扶持下,為光伏產業的快速發展營造一個良好的發展環境。
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【關鍵詞】太陽能;光伏發電;發展前景
前言
太陽能是人類取之不盡用之不竭的可再生綠色能源,不產生任何的環境污染。我國76%的國土光照充沛,光能資源分布較為均勻;與水電、風電、核電等相比,太陽能發電沒有任何排放和噪聲,應用技術成熟,安全可靠(圖1)。進入21世紀,中國光伏行業逐漸發展起來,中國具有如無錫尚德、江西LDK、常州天合、天威英麗、浙江昱輝等一批世界級光伏企業以及世界最大的太陽能光伏制造基地,但是由于成本較高,中國95%的太陽能產品只能出口到發達國家。近年來,在國家大力倡導發展新型能源的大背景下,大陽能光電研發是近些年來發展最快、最具潛力的研究領域,隨著成本問題將逐步解決,加之國家政策支持,中國太陽能市場將變得很大。
圖1 能源消費組成展望圖
1、光伏發電的基本原理以及優勢
光伏發電是利用半導體界面的光生伏特效應而將光能直接轉變為電能的一種技術。在陽光照射下,電池兩端出現異號電荷的積累,即產生“光生電壓”,這就是“光生伏特效應”,而這種技術的關鍵元件是太陽能電池。太陽能電池經過串聯后進行封裝保護就可形成大面積的太陽電池組件,再配合功率控制器和逆變器等部件就形成了光伏發電裝置。
光伏發電作為新型能源與常用的火力發電系統相比,具有以下優勢:
a)無枯竭危險。太陽能每秒鐘到達地面的能量高達80×104kW,如果把地球表面0.1%的太陽能轉為電能,轉變率5%,每年發電量可達5.6×1012kW·h,相當于目前世界上能耗的40倍;
b)安全環保,無噪聲,無公害。由于光伏電路是利用光能和電能之間的轉化,故其無污染物的排放;
c)采集太陽能的地點的地理位置要求不高,不受資源分布地域的限制。太陽能電池板只要能接受光照就能產生電能,所以可以安裝在屋頂或者是始終能接受到光照的墻壁,充分利用空間資源;
d)可靠穩定壽命長,安裝維護簡便,適用范圍廣,就算一般家庭也可以利用太陽能發電。
2太陽能光伏產業應用現狀
1)在各國政府對再生資源的重視和大力支持下太陽能光伏產業得到了快速的發展,2011年,全球光伏新增裝機容量約為27.5GW,較上年的18.1GW相比,漲幅高達52%,全球累計安裝量超過67GW。全球近28GW的總裝機量中,有將近20GW的系統安裝于歐洲,但增速相對放緩,其中意大利和德國市場占全球裝機增長量的55%,分別為7.6GW和7.5GW。2011年以中日印為代表的亞太地區光伏產業市場需求同比增長129%,其裝機量分別為2.2GW,1.1GW和350MW。此外,在日趨成熟的北美市場,去年新增安裝量約2.1GW,增幅高達84%。
圖2 光伏產業的發展
其中中國是全球光伏發電安裝量增長最快的國家,2011年的光伏發電安裝量比2010年增長了約5倍,2011年電池產量達到20GW,約占全球的65%。截至2011年底,中國共有電池企業約115家,總產能為36.5GW左右。其中產能1GW以上的企業共14家,占總產能的53%;在100MW和1GW之間的企業共63家,占總產能的43%;剩余的38家產能皆在100MW以內,僅占全國總產能的4%。規模、技術、成本的差異化競爭格局逐漸明晰。國內前十家組件生產商的出貨量占到電池總產量的60%。
2)太陽能光伏電池材料主要有晶體硅材料,主要分為單晶硅電池、多晶硅電池和薄膜電池三種。單晶硅電池技術成熟,光電轉換效率高,單晶硅電池的光電總轉換效率可以達到20%~24%,是目前普遍使用的光伏發電材料。但其生產成本較高,技術要求高;多晶硅電池成本相對較低,技術也成熟,但光電轉換效率相對較低,多晶硅光電池的轉換效率最高才達18.6%,與單晶硅相比多晶硅的轉換效率少多了;而薄膜電池是一種可粘接的薄膜,有以下優勢:①生產成本低,所以可以大批量生產;②發光效率更好地利用太陽能,但目前其在技術穩定性和規模生產上均存在一定的困難。隨著技術的進步,目前CdTe、CIS等薄膜光伏電池已逐步進入市場,但現在只占市場的9.3%,隨著薄膜光伏電池技術不斷進步,薄膜光伏電池的市場份額將快速增長相對而言有更大的發展空間,未來薄膜電池會有更好的發展前景。
表1 市場份額分析
在2000年以前中國的電力供應不是很緊張,2001年以后,在中國經濟高速發展下,電力需求以每年超過20%的速度在增長,2003年在全國出現電力供遠遠少于求的嚴重現象,電力供應的緊張情況在以后的一段時間內很難緩解。可再生能源得到了中國政府的重視,在中國政府大力支持下已形成了完整的太陽能光伏產業鏈。截至2010年底,我國光伏發電裝機規模達到60萬千瓦,光伏新增并網容量為21.16萬千瓦,累計并網容量為24萬千瓦,較上年的2.5萬千瓦,增長了960%。從產業布局上來看,國內的長三角、環渤海、珠三角及中西部地區業已形成各具特色的區域產業集群,并涌現出了無錫尚德、江西賽維、浙江昱輝等一批知名企業。2011年中國多晶硅產量達到7.8萬噸,占全球比重約33%;國內產能結構中,成本低于35美元/千克的企業不足十家,約9.5萬噸,其他40余家中小企業總產能近5萬噸。
3、太陽能發展趨勢
關鍵詞:高職院校;光伏專業;建設目標;人才培養模式;課程體系
中圖分類號:G718 文獻標識碼:A 文章編號:1672-5727(2013)08-0161-02
作為工業大省的湖北,面對“缺煤少油乏氣”,風電、核電等清潔能源應用難度較大的現實,用可再生的新能源來補充、取代傳統能源是大勢所趨。作為21世紀最有潛力的能源,光伏產業是新興的朝陽行業,我國的光伏產業正以每年30%的速度增長。與江蘇、江西等省光伏企業扎堆相比,湖北省的光伏產業發展相對滯后,企業的數量和規模都有很大的差距,省內比較強的光伏企業僅三家。近幾年,我省日益重視光伏產業發展,出臺扶持政策,鼓勵和支持光伏產業做大做強。
光伏產業人才發展現狀
“十二五”規劃之際,湖北省已經將光伏太陽能作為戰略性新興支柱產業,正謀劃打造一個千億產值的光伏產業鏈,即在未來數年內,通過對光伏電站百億元的投入,拉動從太陽能電池核心元素硅的生產到發電設備安裝等全產業鏈,形成千億元產值。屆時,高技能光伏行業人才缺口將逐年加大。據悉,在全國1 200多所高職院校中,真正開設光伏發電技術應用專業的不超過30家。由于光伏行業的專業性和特殊性,其需要的是復合型技能人才,短期培訓難以達到崗位要求,巨大的缺口亟待高職畢業生填補。
我院位于武漢腹地,準備依托光電子專業開設光伏技術專業。在前期工作中,我們對“武漢·中國光谷”核心圈和武漢都市圈內的光伏企業,如珈偉太陽能(武漢)有限公司、武漢日新科技有限公司、武漢興隆源太陽能科技有限公司等進行了詳細的調研,對光伏專業的建設進行了探討。
對高職光伏技術專業建設的思考
(一)建設目標
基于湖北光伏產業當前發展布局呈現的特點,未來5年我省將形成以武漢為主體,以宜昌、黃石為兩翼的“一體兩翼”格局,推進“沿江光伏產業帶”的形成和發展。我們應依托光谷核心圈、武漢城市圈光伏產業的領先地位和集團優勢,培養區域產業升級急需的、熟悉光伏組件工藝流程、掌握光伏組件焊接與檢測的初級技能型人才,培養太陽能電池應用、光伏電站安裝等方面的高級技能型人才。我院要將本專業方向建設成為湖北省同類院校中在課程體系和校企深度合作等方面具有顯著特色、起骨干示范作用的專業方向。
(二)建設重點
實踐“項目引領”的情景式工學結合人才培養模式 實施校內實踐基地與校外實訓基地教學場所相補充、校內專業教師與企業兼職教師相結合、學習過程與工作過程相一致、融“教學做”為一體的理實一體化教學模式。根據企業崗位的知識、能力和素質要求,與相關光伏企業共同制定人才培養方案。將太陽能光伏技術和光伏系統相關技能作為教學的重點,實行“項目引領”的情景式教學。主要項目應包括:太陽能電池片壓帶、串帶焊接,太陽能電池片焊接、檢測,太陽能電池的選擇和使用,蓄電池的選擇和使用,控制器和逆變器的使用和維護,簡單太陽能發電系統的使用和維護,風光互補發電系統的使用和維護、簡單太陽能發電系統的設計和安裝,太陽能發電系統的運行維護、故障排除。
構建“任務驅動,能力遞進”的專業課程體系 根據光伏材料加工與應用崗位(群)進行工作任務分析,從掌握原理、制造工藝等基礎能力到相關電池生產等專項能力,再到設備安裝與調試等綜合能力,構建基于工作任務的能力遞進專業課程體系。2008年9月,江西新余高等專科學校的光伏材料加工與應用技術專業開班,是我國高校首個光伏專業。高職院校光伏專業才剛剛起步,適合高職教學的教材很少,因此,有必要與企業合作、與行業專家合作,開發出適合學生實際的光伏教材。當前,我系正與企業合作,開發《光伏組件加工》和《光伏發電系統設計與控制》實訓教材和學材。
建設校企合作實驗實訓基地 除了電工電子線路等必需的實驗實訓設備外,加快建設具備光伏發電系統所特有的實驗實訓設備。下頁表1是我系即將建設的校內光伏技術實訓室部分設置。校內實訓室可以完成太陽能電池和蓄電池的相關實驗,包括串焊、層壓、組裝等訓練以及電池電特性的檢測訓練;完成太陽能光伏系統的相關實驗實訓,包括系統的組裝以及各部分的使用、維護訓練;完成風電、光伏發電模擬系統實驗。此外,由校企雙方人員共同實施“校中廠”、“廠中校”和校外實訓基地建設與教學質量監控。爭取校企共建小型光伏發電系統以及組件加工實訓室,前者可以提供校內部分照明用電,讓學生參與一些管理、維護和檢修的工作;后者可以滿足生產性實訓要求,實現“學校、學生、企業”三贏的局面。
建設專兼結合、“雙師”結構合理的教學團隊 我系已建立專業帶頭人、骨干教師和“雙師”素質教師到企業鍛煉的機制,每個教師到相關企業進行不少于半年的頂崗實踐。對于光伏專業教師,同樣可以通過到企業頂崗實踐,參與企業項目、技能培訓,提高師資隊水平,培養在光伏行業具有影響力的骨干教師。在條件允許的情況下,創造條件讓教師參與企業的技術改造和產品研發,形成教師水平提高與深層次校企合作的良性循環。
光伏產業是湖北省經濟“十二五”規劃的戰略性新興產業。湖北各高職院校應抓住有利機遇,在相關專業中增設光伏專業方向,培養多層次的光伏專業技能型人才,為湖北省經濟發展添磚加瓦。
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作者:陳育明 定價:48.00元 出版日期:2011年7月
本書系統介紹了太陽能LED照明技術的基本原理、系統構成和設計應用。全書共8章,第1章簡要敘述了太陽能LED照明技術的背景、意義和基本原理;第2~5章主要介紹了構成太陽能LED照明系統的各部件的基本原理和使用特性,包括了太陽電池、LED光源、蓄電池和控制系統;第6章介紹了太陽能LED照明系統的設計;第7章介紹了太陽能LED照明系統的應用情況;第8章介紹了太陽能LED照明系統的安裝和維護。
本書可供從事太陽能光伏系統設計、應用、研究和管理的相關科技人員、技術人員以及相關高等院校、專業技術學院的師生參考。
《太陽能光伏發電系統及其應用 》
作者:楊貴恒、強生澤、張穎超、鄭勇 編著
定價:39.00元 出版日期:2011年5月
本書緊緊圍繞我國節能減排工程計劃和新能源開發利用的方針與宗旨,以從事太陽能光伏發電系統設計、開發與應用工程技術人員為讀者對象,著重討論了太陽能光伏系統及其應用技術,將光伏發電技術基礎知識、光伏發電系統工作原理、光伏電池與陣列、儲能裝置、光伏發電系統中的電能變換技術、光伏發電系統的控制與管理、光伏發電系統的設計與應用以及光伏發電系統的運行管理與維護有機結合,以供讀者在實際設計工作中參考。
本書通俗易懂,把科學性、針對性和實用性有機結合起來。
《中國生物產業發展報告(2010)》
作者:國家發展和改革委員會高技術產業司、中國生物工程學會編寫
定價:98.00元 出版日期:2011年5月
本書由國家發展和改革委員會高技術產業司與中國生物工程學會組織編寫,全書包括6篇,共39章,對生物產業發展戰略與政策、生物技術發展前沿與熱點、生物產業發展現狀與趨勢、生物技術專利分析、生物產業投資情況、國家生物產業基地情況等進行了闡述和說明,從多角度對中國生物產業狀況進行了清楚的透視和實在的分析,對中國生物產業發展戰略進行了認真深入的思考與討論。
《現酵微生物實驗技術(第二版)》
作者:諸葛斌、諸葛健 主編
定價:45.00元 出版日期:2011年3月
本書延續了《現酵微生物實驗技術》(第一版)編寫中“圖文并茂,有論述,有操作,有結果”的特色。在內容上保留了顯微技術、微生物細胞特殊結構的觀察、噬菌體、標記菌種獲得與應用、原生質體系列育種技術和固定化細胞生物轉化等實用技術,并結合本研究室近幾年的研究經驗,對基因工程育種技術部分實驗進行了修訂,增加了基因敲除、定點突變、表達蛋白提純等實驗技術,使該章節體系更完善。
新增了第八章“菌種保藏與機構”和第二章中“酵母菌子囊孢子的形成及觀察”等相關實驗技術。
《基于生物質的環境友好材料》
作者:張俐娜、陳國強、蔡杰、
周金平 等編著 定價:48.00元
[關鍵詞]大規模 光伏發電 電力系統 影響
中圖分類號:TM615;TM721.1 文獻標識碼:A 文章編號:1009-914X(2014)46-0135-01
隨著人類的發展,自然資源的不斷開發與利用,資源短缺的現象越來越嚴重。因此,如何合理利用可再生資源成為人類共同面臨的主要問題。太陽能發電的使用為電力系統注入了新的活力。大規模光伏發電在電力系統中的地位越來越重要。
一、 大規模光伏發電的現狀和發展前景
(一)大規模光伏發電的現狀
光伏發電是一種將光能轉化為電能的一種技術,它的產生原理是利用半導體界面的光生伏特效應原理。光伏發電由太陽能電池組件、控制器和逆變器組成。 太陽能是一種分布廣泛的可再生資源。在我國太陽能資源的分布很廣,尤其是我國的西北地區。伴隨著光伏組件的成本越來越低和技術的不斷創新,將太陽能轉化為電能成為電力系統中越來越重要的一部分。大規模的光伏發電是今后不可限量的可再生資源。
當前我國太陽能光伏發電主要應用于獨立光伏發電系統中,比如農村電氣化和通信、工業供電、建筑集成系統和荒漠光伏電站中都有應用。獨立光伏發電系統的供電電源是利用光伏組件方陣,成立小型電網為居住在一個區域的居民進行供電的系統。其供電半徑不超過一千米,以確保處于最后位置的用戶的供電電壓正常運行。此系統通常應用在偏遠山區和沿海的村落中,幫助他們解決供電困難。除了獨立光伏發電系統還有并網光伏系統,它是將太陽能電池組合通過電力變換器與電網并聯發電。
太陽能光伏發電不僅僅在獨立光伏系統、并網光伏系統以及大規模光伏電站領域中有運用,太陽能光伏發電的應用還在不斷地延伸和發展,比如石油、交通、野外監測、城市應用、軍事領域、通訊事業等方面。
但是,在太陽能光伏發電的應用上,我國光伏發電還存在很多不足。首先,對于光伏發電的原材料需要國外進口,而制作太陽能電池卻用于出口。因此,光伏發電的成本很高。其次,由于國外市場限制進口太陽能電池,影響到我國的伏電產業的經濟利益,不利于伏電產業的發展,再加上國內光伏產業的不斷增加更影響其產業的發展。第三,對偏遠地區的獨立光伏電站的維護沒有得到及時地處理,成為光伏發電的效能得不到發揮。最后,雖然有《可再生能源法》的保障,但是其實施的效果卻不明顯,有待提高。
綜上所述,太陽能光伏發電雖然存在一定的問題,但是,其發展前景確是光明的,大規模的光伏發電在許多領域都會得到有效的利用。同時,可以解決可再生資源的開發與運用。
二、 大規模光伏發電對電力系統的影響
(一)大規模光伏發電對有功頻率特性的影響
光伏發電的特性決定了大規模光伏進入系統時,會使系統的狀態發生改變,因而影響系統的正常運行。光伏波動對系統的有功頻率具有很大的影響,進而使頻率的質量超越限制的風險增大。光伏的進入也會影響系統備用優化策略,同時多種類型電源的有功頻率和調頻參數也要及時適應。而且,光伏電源是不旋轉的靜止元件,因為要替換常用的電源,系統相同效果旋轉動慣量下降,使系統應對功率缺額和功率波動的能力降低了,特殊的功率狀況功率會發生極大的變化,造成許多運行方面的問題。
(二)大規模光伏發電對無功電壓的影響
大規模光伏發電主要在沙漠地區,這樣的地區負荷水平偏低,電網的短路容量小,大規模光伏發電要通過高壓輸電網進行長距離送到,其波動的有功頻率穿過附近區域電網和輸電通道,對電網無功電壓有影響,對途徑的主線電壓會產生影響。而且,光伏電源無功電壓的控制能力不高,產生電壓質量和穩定性的危險。大規模光伏進去既定的電網,改變了電網的原本構架,單一電源演變成兩個甚至兩個以上的電源模式,使整個電網的控制增加了難度。
(三)大規模光伏發電對功角穩定性的影響
光伏電源由于是靜態元件,其自身不參加功角振蕩,因此,它的穩定性不會有波動。但因為它擁有隨機波動等特點,大規模光伏進入電網,影響了電網既定的傳輸速度和潮流的分布,縮減了系統的等效慣量。由于光伏具有動態的控制功能,大規模光伏進入,電網功角穩定性受到很大的影響,光伏進入對功角穩定性具有雙面的影響,既能改進功角穩定性也能對功角穩定性造成危害。光伏并網還能造成脫網的風險,影響系統的穩定性。青海光伏基地是我國第一個大規模的光伏基地,它的大規模進入影響了整體布局,影響了功角的穩定性。因為光伏發電系統具有獨立控制的特征,因此可以利用光伏發電系統來控制電網功角振蕩的方法。
(四)大規模光伏發電對小擾動穩定性的影響
光伏電池雖然沒有動力學穩定問題,卻有電氣運行不穩定問題,因此大規模光伏進入對電網的穩定性有影響。小擾動分析法可以分析出電網運行的不穩定性部分,其不穩定部分多出現在與最大功率接近的地方。不穩定功率的發生使直流側電壓升高,影響電源的穩定運行。
(五)大規模光伏發電對電能質量的影響
伴隨著大規模光伏的進入,電子的應用系統加入了大量非線性負載,造成電力系統污染,使電能質量受到影響。在太陽光劇烈變化和輸出功率低下的狀況下,會產生很大的諧波,也會產生電流諧波疊加等問題。國內外許多大型光伏電站的運行經驗說明了多臺并網逆變器的電流諧波很有可能超出標準。面對這個問題,可以對多臺逆變器電流諧波問題進行建模,分析出電網阻抗耦合效應在大型光伏電站逆變器并聯系統中的存在,是影響并網電流諧波含量超標的關鍵,濾波電容是光伏電站長距離輸入電網,造成諧波不穩的可能因素。光伏波動會影響電壓變動的諸多問題。對光伏進入電網后的電能質量問題,提出了控制諧波的有效途徑:比如增加諧波補償器、無源固定頻次濾波器、有源濾波器和混合濾波器等。
(六)大規模光伏發電對配電系統保護的影響
光伏電源接入配電網后會對配電網故障有影響,繼電保護和自動裝置會受到不同程度的影響。首先,多電源的復雜結構會影響故障的電流的各個方面。第二,以變壓器連接方式為依據,逆變器形成接地回路影響著電流和電壓,會對繼電保護的動作特性產生影響。第三,對敏感的并網光伏變換器添加了一定的保護,低電壓超越、輸出直流分量超出標準和輸出諧波超出標準等。第四,非同期合閘是 PV系統反孤島保護功能時間無法配合自動重合閘等裝置引起的。為預防非同期合閘的發生,對有逆變器接入的線路,逆變器反孤島保護最大動作時間要大于三相一次重合閘起動時間。
高密度光伏發電系統是數條或者一條低壓配電線路接入相同主線而發電。光照變化受到光伏發電功率的影響,導致配電網部分電壓發生波動。當一些與高密度光伏發電系統相同主線的饋電線路發生短路時,可能會導致上下級熔斷器無法配合,嚴重地會使流過某些負荷支路上的短路功率超過斷路器的遮斷容量。
結語
隨著人類資源的不斷開發,資源出現匱乏的狀態,因此,可再生資源的開發成為全人類共同面臨的難題。以太陽能為主要形式的大規模光伏發電的應用,對電力系統有許多方面的影響,大規模光伏發電的發展前景也是可觀的。
參考文獻
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