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1太陽能光伏發(fā)電介紹

隨著化石能源的短缺以及人們對(duì)環(huán)境的日益重視,開發(fā)新能源是未來發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。太陽能分布廣泛,用之不竭且廉價(jià)易得,一直是人們理想的清潔能源。光伏發(fā)電是利用太陽能的一種重要方式。光伏發(fā)電原理主要是是利用半導(dǎo)體的光生伏特效應(yīng),將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)。光伏電站,是一種利用太陽能,通過太陽能電池板、逆變器、箱變等電子元件,將太陽能轉(zhuǎn)換成電能,并向電網(wǎng)輸送電力的發(fā)電系統(tǒng)。我國(guó)太陽能光伏產(chǎn)業(yè)起步較晚,截至2017年底,我國(guó)太陽能光伏發(fā)電累計(jì)并網(wǎng)裝機(jī)量已達(dá)130GW。[2]“農(nóng)風(fēng)光”互補(bǔ)型發(fā)電項(xiàng)目是將太陽能光伏板下方移栽種植適當(dāng)?shù)霓r(nóng)作物,同時(shí)在風(fēng)功率密度較大的地方安裝風(fēng)機(jī)進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電,既可防止水土流失,提高土地利用率,也可最大限度利用自然資源。本文以四川省鹽邊縣“農(nóng)風(fēng)光”互補(bǔ)型光伏電站為例進(jìn)行分析,對(duì)未來四川地區(qū)光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供參考。

2“農(nóng)風(fēng)光”互補(bǔ)型發(fā)電項(xiàng)目介紹

四川省攀枝花市鹽邊縣“農(nóng)風(fēng)光”互補(bǔ)型發(fā)電項(xiàng)目位于四川省攀枝花市鹽邊縣大面山,光伏電站設(shè)計(jì)運(yùn)行期25年,投運(yùn)后每年可節(jié)約標(biāo)煤約0.90萬噸,減少二氧化碳(CO2)2.19萬噸,二氧化硫(SO2)9.35噸,氮氧化物(NOx)9.35噸,煙塵2.81t以及節(jié)約用水8.0萬m3。該項(xiàng)目于2016年12月10日開工建設(shè),從建成到投產(chǎn)僅用6個(gè)多月的時(shí)間。該項(xiàng)目與100MW風(fēng)電項(xiàng)目以及450畝生態(tài)農(nóng)業(yè)園組成了四川省首個(gè)“農(nóng)風(fēng)光”發(fā)電互補(bǔ)項(xiàng)目,標(biāo)志著“新能源+”發(fā)展戰(zhàn)略初見成效。[3]

3“農(nóng)風(fēng)光”互補(bǔ)型發(fā)電項(xiàng)目的優(yōu)勢(shì)

光伏與農(nóng)業(yè)相結(jié)合可以提高土地利用率,不會(huì)占用額外資源。光伏所發(fā)的電可以用于農(nóng)業(yè)用電需求。一些地區(qū)的光伏農(nóng)業(yè)大棚成為當(dāng)?shù)氐目萍际痉俄?xiàng)目,將觀光、休閑、體驗(yàn)等旅游項(xiàng)目與光伏農(nóng)業(yè)融合,形成極具特色化、規(guī)?；氖痉俄?xiàng)目。但是,光伏大棚目前來說成本相對(duì)較高。隨著光伏發(fā)電平價(jià)上網(wǎng)到來,現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)與清潔能源相結(jié)合會(huì)成為一種發(fā)展趨勢(shì)。因此,農(nóng)業(yè)與光伏項(xiàng)目具有較大的發(fā)展?jié)摿Α｛}邊縣大面山土地遼闊,不良地質(zhì)相對(duì)不發(fā)育,冬春季節(jié)季風(fēng)明顯,全年太陽輻射量較高,屬于風(fēng)能,太陽能資源可利用區(qū)。鹽邊縣已建成大面山一期,二期73臺(tái)風(fēng)機(jī)共計(jì)146MW風(fēng)電項(xiàng)目,20MW光伏發(fā)電項(xiàng)目以及450畝生態(tài)農(nóng)業(yè)園區(qū),成為四川省首個(gè)“農(nóng)風(fēng)光”互補(bǔ)產(chǎn)業(yè)試驗(yàn)項(xiàng)目基地。在風(fēng)電場(chǎng)及光伏場(chǎng)區(qū)周圍,種有芒果,藍(lán)莓,火龍果等水果。由于光伏項(xiàng)目占用土地面積較大,在其周邊種上水果蔬菜可以提高土地利用率,不會(huì)改變土地性質(zhì),防止水土流失,光伏項(xiàng)目發(fā)電可以用于農(nóng)業(yè)需求,不需額外資源。而風(fēng)機(jī)占地面積較小,周圍也可以種植蔬菜水果等。建設(shè)完成后,風(fēng)力發(fā)電,光伏發(fā)電以及農(nóng)業(yè)種植可以成為吸引游客旅游觀光的一大特色,促進(jìn)當(dāng)?shù)剞r(nóng)民收入和經(jīng)濟(jì)發(fā)展。目前,國(guó)家政策大力支持產(chǎn)業(yè)共同發(fā)展,光伏產(chǎn)品在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用市場(chǎng)有較大潛力,光伏和農(nóng)業(yè)的結(jié)合不僅有利于光伏行業(yè)本身,同時(shí)對(duì)于農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)型也具有重要意義,成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的一種全新模式。在環(huán)保方面,風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電都屬于新能源產(chǎn)業(yè),對(duì)環(huán)境污染較小。在同一片土地再進(jìn)行農(nóng)業(yè)種植,將大大提高土地利用率。因此,從經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境保護(hù)兩方面來看,“農(nóng)風(fēng)光”互補(bǔ)試驗(yàn)項(xiàng)目具有較大發(fā)展前景。

4存在的問題和建議

雖然目前新能源發(fā)展迅速,但是在技術(shù)方面還是存在諸多問題。比如光伏發(fā)電的效率轉(zhuǎn)換,風(fēng)力發(fā)電的蓄電儲(chǔ)電問題。另一方面,在四川盆地地區(qū),風(fēng)能和太陽能資源豐富的地區(qū)大都位于山區(qū),水資源缺乏,因此,如果在發(fā)展新能源的同時(shí)發(fā)展農(nóng)業(yè),灌溉問題將成為需要首先解決的難題。風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電雖然都屬于清潔可再生能源,但是它們的來源都具有很強(qiáng)的不確定性,都會(huì)受到季節(jié),氣候,海拔等自然因素的影響,因此輸出功率會(huì)有極大的波動(dòng)性。因此,這兩種發(fā)電方式都需要借助儲(chǔ)能裝置來提供穩(wěn)定的電力輸出。除此之外,很多地區(qū)一般晚上風(fēng)更大,而光伏發(fā)電只能在白天進(jìn)行,在一定的季節(jié),太陽能輻射強(qiáng)度最高,而此時(shí)風(fēng)力一般較小。為了提高發(fā)電效率及設(shè)備利用率,可以考慮風(fēng)電和光伏共用一些儲(chǔ)能設(shè)備,運(yùn)用智能化控制裝置,來提高整體轉(zhuǎn)換和利用效率。[4]風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)采用雙饋異步發(fā)電機(jī),為了更大提高風(fēng)力發(fā)電效率,國(guó)內(nèi)外很多專家在雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制策略進(jìn)行研究,提出基于MPPT、電網(wǎng)電壓、矢量控制等方面的算法和控制系統(tǒng)。也有一些學(xué)者提出了雙饋電機(jī)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的一種無功極限計(jì)算方法,給出了相應(yīng)的無功分配策略。[5]對(duì)于風(fēng)電機(jī)組的控制系統(tǒng),應(yīng)該關(guān)注風(fēng)電行業(yè)最新發(fā)展趨勢(shì),及時(shí)了解最新研究結(jié)果,更新系統(tǒng)控制,提升發(fā)電量和效率。對(duì)于光伏發(fā)電系統(tǒng),目前研究著重于太陽能電池板材料的研發(fā),以吸收更多太陽能輻射,提高轉(zhuǎn)換效率,比如采用EVA膠膜將復(fù)合材料薄膜粘接于光伏板受光面。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)資料統(tǒng)計(jì),目前已經(jīng)通過現(xiàn)代電力電子技術(shù)和控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電最大功率控制點(diǎn)跟蹤(MPPT),一些專家經(jīng)過研究,提出了一種改進(jìn)的自適應(yīng)爬山算法,通過Matlab/Simulink進(jìn)行仿真,在此算法控制下,系統(tǒng)可穩(wěn)定快速地追蹤最大功率點(diǎn),具有較高的跟蹤精度結(jié)果,可對(duì)光照突變等惡劣情況下可實(shí)現(xiàn)光伏電池的最大功率跟蹤,有較強(qiáng)的適應(yīng)能力。[5]光伏電站應(yīng)采用專門的監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,可以將不同時(shí)間的發(fā)電量進(jìn)行對(duì)比,了解不同方陣發(fā)電量情況,未來如果擴(kuò)大電站規(guī)模,可以為光伏陣列的安裝位置,角度等提供參考。對(duì)于光伏電站的農(nóng)業(yè)發(fā)展,由于電站位于山區(qū),雜草叢生,可能存在火災(zāi)隱患,另一方面,雜草太高會(huì)遮擋光伏板,影響發(fā)電效率。所以需要專門的人定期進(jìn)行雜草清理。所以在進(jìn)行農(nóng)業(yè)種植時(shí),需要考慮植物生長(zhǎng)情況,不能影響光伏板發(fā)電。另一方面,光伏板可能遮擋陽光,因此在選擇種植植物時(shí),應(yīng)該傾向于選擇喜陰的植物類型。

5結(jié)論

綜上所述,“農(nóng)風(fēng)光”互補(bǔ)型發(fā)電項(xiàng)目可以彌補(bǔ)風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電的各自缺陷,提高土地綜合利用率,降低管理成本,對(duì)環(huán)境基本沒有污染。但是,在真正實(shí)施的過程中,仍然面臨很多困境,一方面山區(qū)水資源的匱乏導(dǎo)致農(nóng)業(yè)灌溉困難,另一方面新能源的技術(shù)也存在很多問題,需要大量專業(yè)型人才進(jìn)行維護(hù)和管理。除此之外,由于“農(nóng)風(fēng)光”項(xiàng)目發(fā)展時(shí)間仍然較短,對(duì)環(huán)境的綜合影響在短時(shí)間難以分析,因此,在發(fā)展的過程中,還需要密切關(guān)注環(huán)境變化,及時(shí)做出合理措施。在未來的發(fā)展過程中,新能源仍然是重要的發(fā)展目標(biāo)之一。新能源的技術(shù)還需大力發(fā)展,太陽能發(fā)電的轉(zhuǎn)換效率問題,風(fēng)力發(fā)電的蓄電儲(chǔ)電問題都還需要解決。盡管新能源技術(shù)目前還存在缺陷,但是隨著環(huán)境問題日益嚴(yán)重,技術(shù)發(fā)展日新月異,新能源產(chǎn)業(yè)在未來具有很大的發(fā)展?jié)摿?。四川盆地地區(qū)山地較多,山區(qū)人煙稀少,噪聲,塵土等不會(huì)造成太大影響,適合發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)和農(nóng)業(yè)。“農(nóng)風(fēng)光”發(fā)電項(xiàng)目既可以提供清潔電力,又可以促進(jìn)產(chǎn)業(yè)共同發(fā)展。因此,“農(nóng)風(fēng)光”互補(bǔ)型發(fā)電項(xiàng)目是未來值得大力發(fā)展的項(xiàng)目。

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作者:李思雨 單位:四川省能投風(fēng)電開發(fā)有限公司