基于太阳能光伏发电站节能技术应用探讨.docx

          基于太阳能光伏发电站节能技术应用探讨                    Summary：针对目前太阳能光伏发电站的能耗问题，本文从节能的角度对太阳能光伏电站的设计提出了自己的观点和应对措施介绍了太阳能光伏发电的发展历程以及常用的节能降损措施，并对其进行了应用的探讨Key：太阳能光伏发电站；节能降损1前言1.1太阳能光伏发电的背景历史上人类社会经历了三次工业革命，分别是第一次工业革命、第二次工业革命以及第三次工业革命，三次工业革命都极大地推动了人类社会的进步，大大解放了生产力通常意义上，三次工业革命是以不同机器的广泛应用划分的，比如，第一次工业革命革命是以工作机的诞生开始的，以蒸汽机作为动力机被广泛使用为标志的；第二次工业革命是19世纪后半期至20世纪初，以电力的广泛应用为标志，用电力驱动机器取代第一次工业革命的蒸汽动力；第三次工业革命以原子能、电子计算机、空间技术和生物工程的发明和应用为主要标志，涉及信息技术、新能源技术、新材料技术、生物技术、空间技术和海洋技术等诸多领域的一场信息控制技术革命与此同时，三次工业革命也可以从其他角度划分，比如从能源的角度：第一次工业革命中广泛应用的蒸汽机使用煤炭作为它的燃料，用煤炭代替木柴。

建立了全新的煤炭经济；第二次工业革命是“电力时代”，其中发电机产生的电能是至关重要的电力来源，而石油又代替了上一次的煤炭成为了这次工业革命的主要燃料，建立了石油经济；第三次工业革命与前两次不同，不以某种特定的燃料作为主要能量来源，而专注再“绿色能源”、“清洁能源”这种大类能源上[1]太阳能因其来源广泛、绿色清洁的特性，成为其中最耀眼、最具发展前景的能源之一，而将太阳能转换为电能的最重要方式，则是太阳能光伏技术，那么对于处在正发生的第三次工业革命中的我们，完全可以用可再生的太阳能代替传统的化石能源，建立全新的“光伏经济”1.2太阳能光伏的发展历程人类历史上从而停止过对太阳能利用的脚步最早的真正意义上利用太阳能的发动机可追溯到1615年，法国工程师所罗门•德•考克斯在1615年发明了第一台全部能源为太阳能的发动机其工作原理很简单，利用“热胀冷缩”的原理，工作时收集太阳能并将其转换成热能用来加热容腔中的空气，空气受热体积膨胀，从而对外做功推动物体前进但是，真正意义上为光伏发电奠定基础则要追溯到1954年，当年美国的贝尔实验室研制成功人类历史上第一块实用型硅太阳能电池，该项技术为今后太阳能光伏发电的广泛使用奠定了坚实的理论基础同时指明了利用太阳能的一条行之有效的道路。

在1958年，太阳能光伏电池随着美国的先锋1号卫星第一次进入太空，在人类探索太空的进程中留下了自己的脚步，为今后航天领域的广泛使用奠定了基础在1960年，太阳能光伏发电站首次实现了并网运行，开启了太阳能光伏发电进入电网实际应用的新阶段进入到21实际中，随着世界各国对太阳能光伏发电的重视，相关政策的大力推动下太阳能光伏发电技术有了十足的进步，相比于上个世纪在技术上有了突飞猛进的发展，进入了一个发展的新纪元1.3太阳能光伏发电站的发展现状太阳能光伏电站也是发电站的一种，和其他电站的区别主要在是用于转换电能的能量来源是太阳能而非其他，准确定义是通过太阳能电池方阵将太阳能辐射能转换为电能的发电站称为太阳能光伏电站按照太阳能光伏电站的运行方式，可以将其分为独立太阳能光伏电站和并网太阳能光伏电站两种同时，按照是否与公共电网相连接，又可以分成离网光伏电站以及并网光伏电站两种离网光伏电站按照字面的意思可以知道，其未与公共电网相联接，自己是一个独立供电的光伏电站主要应用在远离公共电网的无电地区和一些无法安装传输电缆的特殊场所，比如边远偏僻农村、牧区、海岛、高原、沙漠等地区，离网光伏电站可以为当地的农牧渔民提供照明、看电视、听广播等基本的生活用电，也可以为通信中继站、沿海与内河航标、输油输气管道阴极保护、气象电站、公路道班以及边防哨所等特殊处所提供电源。

独立系统的组成包括太阳电池方阵、系统控制器、蓄电池组以及直流/交流逆变器与离网光伏电站相对的是并网光伏电站，其直接与公共电网相联接并且一起承担供电任务它是太阳能光伏发电进入大规模商业化发电阶段、成为电力工业组成部分的重要发展方向，是当今世界太阳能光伏发电技术发展的主流趋势并网系统的组成包括太阳能电池方阵、系统控制器以及并网逆变器等目前，我国已经确定将太阳能光伏发电作为一种至关重要的能源利用来源，并且进行了重点的开发、利用，随着太阳能光伏发电的装机容量和应用范围不断提高，截止到2018年，我国太阳能光伏发电新增装机发电量高达约41GW，已经成为全球光伏发电装机容量最大的国家根据国家能源局提供的规模发展指标，在“十三五”时期，国内的太阳能发电产业规模有望得到进一步的提升，每年将新增1500万~2000万kW的光伏发电到2020年底，太阳能光伏发电装机容量有望达到1.6亿kW，全年发电量有望达到1700亿kW/h太阳能光伏发电站具有供电线路长、发电设备分布广、发电量大同时损耗也高的特点，但是节电潜力巨大，妥善解决好各生产环节的节电，是节约能源的重要手段，通过努力完全可以将一个中等规模的光伏发电站每年的损耗减小几十万千瓦时。

1.4太阳能光伏发电的优势及劣势汉能控股集团董事局主席李河君有一句顺口溜，该顺口溜言简意赅、生动形象的概括了光伏发电的所有优点，顺口里的内容：“太阳能，量无限，面无边，照无时，盖无偏，取无价，用无染”太阳能光伏发电的过程没有机械转动部件也不消耗燃料，并且不排放包括温室气体在内的任何物质，具有无噪声、无污染的特点；太阳能资源没有地域限制，分布广泛且取之不尽，用之不竭因此，与其它新型发电技术(风力发电与生物质能发电等)相比，太阳能光伏发电是一种具可持续发展理想特征（最丰富的资源和最洁净的发电过程）的可再生能源发电技术[2]展开来说，优势主要有以下几点：1太阳能资源取之不尽，用之不竭，而且能量巨大，照射到地球上的太阳能是人类目前消耗能量的6000倍；2太阳能资源随处可得，可就近发电，就近用电，避免长距离输电；3光伏发电是直接从光子到电子的转换，无中间过程（如热能转换机械能，机械能转换为电磁能等）和机械运动根据热力学原理分析，光伏发电具有很高的理论发电效率，未来技术开发潜力大4光伏发电对环境友好，是真正的绿色能源，发电过程不排放温室气体和污染物5光伏发电不需要冷却水，无环境问题，选址范围比较广，沙漠、戈壁滩、高原等不适合人类居住的地方都可以安装光伏电站。

6光伏发电过程无机械传动部件，维护简单，基本可实现无人值守，维护费用低，但一次投资高7光伏电站建设周期短，容量可大可小，极易组合、扩容8建设太阳能光伏发电站以及分布式发电站首先需要三大条件，分别是光电转化率、电网发展以及储能技术目前，需要的三大主要条件已经具备首先，对于光电转化率，由于晶硅技术在这些年得到了长足的发展，其直接导致的结果就是光电转化率的大大提高，现在光电转化率已经高达21%；接着，智能电网技术这些年一直都是各个领域的研究热点，得到了大大的发展，并网的实现越来越简单、代价原来越小，使太阳能光伏电站的并网更加普通；再者，储能技术发展迅速，高能量密度的储能装置也已经出现；最后，由于国家对太阳能光伏的发电的重视，有非常多的政策支持、鼓励光伏发电站的建设这些条件都已经具备，可以开始广泛建设太阳能光伏发电站了随着光伏组件及上下游设备价格的下降，平价上网时代将从梦想进入现实，分布式发电站就可以得到普遍认可与普及据相关机构预测，2020年左右光伏发电的度电成本将会下降到0.31元/kW•h，低于火电的度电成本届时即使没有国家相应的财政补贴政策，各个厂矿企业、家庭也将积极投入资金建设光伏电站，那么光伏发电装机总量会发生从量变到质变的过程，光伏发电终将会代替传统的化石能源。

太阳能光伏发电也具有一些缺点，如下：1光伏发电转换效率低，占地面积大，这个缺点可通过技术进步逐步解决；2光伏发电只能间隙性工作，有太阳时才能发电，晚上不能发电，阴天、雨雪天、雾霾天都会影响发电量，这个缺点导致光伏发电在可预见的未来不可能完全替代其他发电，缓解这一矛盾的技术发展方向就是研究大容量储能设备3地域依赖性强，虽然太阳可以找到地球的各个角落，但各地的太阳能资源是不同的4发电成本高，现阶段光伏的度电成本是火电的两倍，光伏电站收益的保障是靠国家补贴，未来随着技术的逐渐进步，光伏发电成本也会逐步下降；而随着化石能源的逐步枯竭，可再生能源将是人类的唯一选择5晶体硅电池的制造过程高污染、高耗能，晶体硅电池的主要原料是纯净硅，硅的主要存在形式是沙子——二氧化硅，从沙子变成纯净硅需要经过多道化学和物理工序处理，不仅要消耗大量能源，也会造成一定的环境污染针对上述提出的缺点，尤其是在能量损耗上，在之后的章节会进行详细的论述并给出具体、可行的实施策略2太阳能光伏发电站的节能技术2.1实现节能技术的前提太阳能光伏发电站具有两个主要的特点，分别是供电线路长、发电设备分布广本章主要介绍了通过采用合理选择传输电缆的截面积、变压器的合理选择以及通过无功功率补偿等技术措施，以期实现节能降耗的目的。

为了做好节能工作，第一步需要做的是了解常见的电能损失种类，因为可以略去一些不明原因的损失电能损失主要可以分为两种：固定损失和可变损失1.固定损失顾名思义，固定损失是指不随着负荷波动而变化的损耗部分，也可以称为基本损失，例如变压器、消弧线圈和各类仪表、电抗器、互感器的铁损以及电力电容器的介质损失等，这部分损失完全取决于电压以及频率在给定的通电时间内，可以认为这部分的功率损失是一个不变的常数其损失数值的大小可认定为这个恒定的功率损失和通电时间的乘积大小2.可变损失可变损失按照字面意思是指随着线路中负荷大小的变动而变化的部分损耗例如输电线路上的电量损失，变压器、电抗器、仪表、互感器等设备的铜损，这些损失都会随负荷电流大小的变化而变化，电流越大损失也越大，它的大小与电路中电流的平方成正比第二步也是最重要的一步，因为针对的是太阳能光伏发电站，因此需要在一定的条件下进行节能改造需要满足的前提主要有以下几点：1.不影响产品的质量、性能和产量2.不造成生产环境的恶化如减少照明灯具时，必须考虑对工作人员的视觉影响3.能够在较短时间内收回投资费用4.能够较快的收回投资，才有可能引起投资方对节电技术的兴趣5.不引起其它费用的提高和增加额外的工作。

最理想的节电措施是既节能又不增加其它额外的工作量1.1常用的节能降损措施2.2.1选择合适的并网电压等级独立发电厂或小电力系统与相邻电力系统(见电力系统卷电力系统)发生电气连接，进行功率交换的行为称为并网[3]并网电压是指独立电网向公共电网并网送电的电压等级，并网电压有三种，分别是高压（660KV及以上）、中压（3-35KV）和低压（380/220-690V）在相同线路输送相同功率或容量的电能时，流入较高电压等级的线路其中的电流较小，因此功率的损失也较小故通常情况下优先选择较高的电压进行送电，比如中压送电在不考虑成本等条件下最好选择35KV等级2.2.2升压装置深入负荷中心变压器是一种常见的电气设备，可用来把某一数值的交变电压变换为同频率的另一数值的交变电压升压变压器就是用来把低数值的交变电压变换为同频率的另一较高数值交变电压的变压器其在高频领域应用较广，如逆变电源等[4]升压变压器的位置应该设置在负荷中心处附近太阳能光伏发电是一种可再生绿色能源，因此电站运行不需要原料就可运行，也不会产生污染物，同时考虑电站运行所需的人力、物力较少，所以可以将大中型光伏发电站并网升压站设在接近公共电网。