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      關(guān)于兩種太陽能發(fā)電前景的對比分析

      2018-09-17 06:42占瑜
      科教導(dǎo)刊·電子版 2018年16期
      關(guān)鍵詞:光伏發(fā)電經(jīng)濟性

      占瑜

      摘 要 本文對光伏與光熱發(fā)電的基本原理進行了介紹,并對兩者的應(yīng)用地域、應(yīng)用領(lǐng)域、發(fā)電可調(diào)度性、經(jīng)濟性進行了對比分析。

      關(guān)鍵詞 光伏發(fā)電 可調(diào)度性 經(jīng)濟性 綠色電力

      中圖分類號:TM615 文獻標(biāo)識碼:A

      隨著煤炭、石油等化石能源的逐漸枯竭,傳統(tǒng)火力發(fā)電也逐漸面臨著燃料短缺的問題,因此迫切需要新的可再生能源來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的發(fā)電方式。而太陽能作為當(dāng)今世界可再生能源領(lǐng)域中最清潔、最直接、最有大規(guī)模開發(fā)利用前景的發(fā)電方式之一,是實現(xiàn)向用戶提供“綠色電力”,實現(xiàn)我國“節(jié)能減排”目標(biāo)的重要舉措。根據(jù)發(fā)電方式的不同,太陽能發(fā)電可分為光伏和光熱發(fā)電兩種。光伏發(fā)電的原理是當(dāng)太陽光照射到太陽電池上時,電池吸收光能,產(chǎn)生光生伏打效應(yīng),在電池的兩端出現(xiàn)異號電荷積累,若引出電極并接上負載,便有功率輸出。光伏發(fā)電相比于傳統(tǒng)發(fā)電方式,具有無污染、無噪聲的特點,其發(fā)電過程不需要消耗化石燃料也不需要進行機械操作,不會對大氣產(chǎn)生污染,是一種可持續(xù)的能源利用方式。太陽能光熱發(fā)電首先是利用聚光太陽能集熱器把太陽輻射能聚集起來,然后利用能量將某種工質(zhì)加熱到數(shù)百攝氏度,并以此工質(zhì)來驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電的一項太陽能利用技術(shù)。光熱發(fā)電按所加熱介質(zhì)的溫度高低分為高溫發(fā)電和低溫發(fā)電。從以上介紹情況可知,光伏發(fā)電和光熱發(fā)電的基本原理完全不同,這樣就造成兩種發(fā)電方式有很多的不同,對于電網(wǎng)來講,也會有很大的影響,兩者的不同可以從以下幾個方面展開分析。

      (1)應(yīng)用的地域不同。光伏發(fā)電和光熱發(fā)電對太陽能輻照的要求不同,光熱發(fā)電對太陽輻照的要求更高,尤其是高溫光熱發(fā)電,一般采用DNI(直接輻照強度)來衡量某地區(qū)是否適宜建設(shè)光熱電站,而光伏發(fā)電一般則采用GHI(地表總輻射值)來衡量即可,同樣一個地方,DNI的總量一般為GHI總量的65%~85%。這是因為光伏發(fā)電對光照的要求低,即便是散射光也可用來發(fā)電,而光熱發(fā)電由于對工作溫度要求較高,只有直射光照才可以滿足運行要求。所以這也就決定了兩者的應(yīng)用地域有所不同,在太陽能輻照不高的地方,可以建設(shè)光伏電站,未必就適合建設(shè)光熱電站。

      (2)應(yīng)用的領(lǐng)域不同。從能量轉(zhuǎn)化的過程看,光伏發(fā)電僅需要經(jīng)過光電一次轉(zhuǎn)換即可,而光熱發(fā)電則需要經(jīng)過光導(dǎo)熱再到電的二次轉(zhuǎn)換。這雖增加了系統(tǒng)集成的難度,但熱量發(fā)生作為光熱電站運行的一個中間環(huán)節(jié),也擴大了光熱發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。比如可以利用其產(chǎn)生的過熱蒸汽與傳統(tǒng)的燃煤電廠、燃氣電廠或生物質(zhì)能電廠進行混合發(fā)電。另外,其產(chǎn)生的熱也可作為副產(chǎn)品進行海水淡化、工業(yè)用熱等領(lǐng)域。

      (3)能量存儲方式不同。在能量的存儲方面,光熱發(fā)電優(yōu)勢明顯,光伏發(fā)電一般只能采用蓄電池存儲的方式,光熱發(fā)電有熱量的轉(zhuǎn)換過程,可以采用熱量的存儲方式。熱量的存儲要比電能的存儲方便得多,熱量的存儲技術(shù)也比電能的存儲技術(shù)成熟且廉價得多。

      (4)應(yīng)用的前景不同。由于光伏電池自身的特性,光伏發(fā)電具有較大的不穩(wěn)定性,目前儲能技術(shù)不能保證大規(guī)模地存儲電能,無法平滑地輸送給電網(wǎng),這就造成電網(wǎng)不可能無限制地接納光伏發(fā)電。而光熱發(fā)電,由于熱量存儲的方便性,就像常規(guī)火力發(fā)電機組一樣,在電網(wǎng)需求的前提下,可以無限制地接納。從這一層面上考慮,光熱發(fā)電比光伏發(fā)電有更廣闊的應(yīng)用前景。

      (5)發(fā)電的可調(diào)度性不同。①對電網(wǎng)負荷波動的響應(yīng)不同。由于光伏發(fā)電受光照的影響較大,夜晚以及陰天時發(fā)電受限,另外,現(xiàn)階段光伏電站普遍還未配有大規(guī)模存儲設(shè)備,這就造成光伏發(fā)電的不穩(wěn)定性,無法正常滿足電網(wǎng)不斷波動的負荷,這會對電網(wǎng)的運行造成很大的挑戰(zhàn)。光熱發(fā)電則可以利用熱量的存儲技術(shù),能平滑地輸出其功率,可以像火電一樣并入電網(wǎng),滿足電網(wǎng)負荷不斷波動的需求,不會對電網(wǎng)的運行產(chǎn)生不利的影響。②旋轉(zhuǎn)備用問題。在電網(wǎng)方面,當(dāng)光伏大規(guī)模接入,占有全網(wǎng)發(fā)電負荷一定比例后,為了保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行,電網(wǎng)方面必須考慮全網(wǎng)的旋轉(zhuǎn)備用問題,以防止光伏發(fā)電功率的波動對電網(wǎng)造成影響。備用的必須成一定的比例,30%備用或50%備用等,這就造成很大的浪費情況,現(xiàn)階段電網(wǎng)備用一般為火電機組,光伏發(fā)電雖然為清潔能源,但旋轉(zhuǎn)備用機組卻需要同時燃燒大量相當(dāng)?shù)拿簛砭S持旋轉(zhuǎn)備用以保證光伏發(fā)電大規(guī)模接入后電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。這樣一方面會對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行造成影響,另一方面也并沒有達到節(jié)能減排的目的,還造成了巨大的浪費。③削峰填谷的作用。光伏發(fā)電由于其儲存難度較大,并不能實現(xiàn)削峰填谷的作用。而光熱發(fā)電不同,熱量發(fā)生作為光熱電站運行的一個中間環(huán)節(jié),可以方便地實現(xiàn)存儲以及重復(fù)利用,使其可以像抽水蓄能電站一樣充當(dāng)電網(wǎng)的調(diào)度電力來源。利用峰谷電價的差異,在谷電價時加熱儲能,在峰電價時放熱發(fā)電,從而達到削峰填谷的作用,有利于電網(wǎng)的穩(wěn)定運行,并且也節(jié)能環(huán)保。 經(jīng)濟性對比。從光熱發(fā)電的幾種發(fā)電方式的成本對比來看,成本電價最便宜的是槽式發(fā)電,技術(shù)也最成熟,槽式光熱發(fā)電的保本電價在1.6~1.7 元/kWh,而光伏發(fā)電的保本電價在1.28 元/kWh。光熱發(fā)電成本比光伏發(fā)電要高很多。但是,以上電價的計算過程中并未考慮光伏儲能的成本,太陽能光熱發(fā)電可以利用500℃以上熔融鹽作為蓄熱介質(zhì),儲存的能量在1?06 kW·h 以上,比利用蓄電池的光伏發(fā)電的能量存儲成本低一個數(shù)量級。從電網(wǎng)的需求看,若要大規(guī)模接入新能源發(fā)電,必須要求有相應(yīng)的儲存,以滿足電網(wǎng)調(diào)度。所以光伏發(fā)電的經(jīng)濟成本還需考慮這方面的費用,綜合計算,其電價成本還要提高一個等級。而且,光熱發(fā)電技術(shù)現(xiàn)在還在工業(yè)應(yīng)用的初級階段,還沒有進入大規(guī)模應(yīng)用階段,在光熱發(fā)電技術(shù)日趨成熟,工業(yè)應(yīng)用越來越規(guī)模化的情況下,光熱發(fā)電成本還有很大的下降空間。所以,從長遠看,光熱發(fā)電的經(jīng)濟成本有光伏發(fā)電方式不可比擬的優(yōu)勢。

      結(jié)論

      文章對光伏與光熱發(fā)電的基本原理進行了介紹,并對兩者的應(yīng)用地域、應(yīng)用領(lǐng)域、發(fā)電可調(diào)度性、經(jīng)濟性進行了對比分析,從分析可以看出:光熱發(fā)電在應(yīng)用領(lǐng)域、能量存儲,發(fā)電可調(diào)度性等方面都有自身獨特的優(yōu)勢,但由于光熱發(fā)電對太陽能輻射要求較高,其應(yīng)用地域易受限制;經(jīng)濟性方面,目前光熱發(fā)電成本依然較高,當(dāng)然,目前光熱發(fā)電技術(shù)還處在初步應(yīng)用階段,在其技術(shù)上還有很大的發(fā)展空間,經(jīng)濟性上還有很大的降低空間。

      參考文獻

      [1] 廖志帆,祁新梅,鄭壽森等.光照強度快速變化時光伏系統(tǒng)穩(wěn)定性分析[J].電網(wǎng)技術(shù),2011,35(07):60-65.

      [2] 崔巖,蔡炳煌.太陽能光伏系統(tǒng)MPPT 控制算法的對比研究[J].太陽能學(xué)報,2006,27(06):535-539.

      [3] 陳愚,易經(jīng)緯,劉清輝.聚光熱發(fā)電技術(shù)的分析和簡評[J].能源與環(huán)境,2011(03):20-22.

      [4] 李波.淺談太陽能低溫有機朗肯循環(huán)[J].能源與節(jié)能,2012(03):19-20.

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