主题：【原创】电力系统漫谈（六）新能源（1）风力发电 -- 乃力

其实风力发电的效率还是可以：并网型的风力发电机首先是利用叶片将流动空气的动能转化为机械能，而后通过发电机将机械能转化为电能；在动能转化为机械能的过程效率低些，目前这个阶段世界上最好的大型并网风机的风能利用系数能做到约50％；驱动链和电能转化装置一般都会有90％的效率；所以综合起来是40％多，这样的效率还是可以的。2007年的统计数据风电的度电成本为0.6元，考虑到环保效益，还是相当有竞争力的。

目前，国内的龙头企业有金风科技，华锐和东方汽轮机。主力机型都是1.5MW，技术来源都是国外，不过都在联合开发或者自研2MW以上的机型。还有其他数十家整机制造商。国内风电制造业是相当激烈的。在大型铸件和齿轮箱，轴承等关键部件的生产资源上的争夺也是很激烈的，相比与整机制造商，这些关键零部件供应商的日子更好过些。

目前，并网型风机的发展方向是向海上发展，因为海上的风况好，但同时也对机组可靠型相当严苛。还有一个方向是向离网型风机发展，这就要和其他能量转化方式联合工作了。

因为种种原因，自从写完了前一节风力发电，一直没再动笔往下写。时间拖太久，以前收集的一些资料也都散落了。上个星期刚参加了个关于太阳能发电的会议，想了想，还是趁热打铁，把这一节补上。

随着美国经济拯救计划逐渐出台，新能源在媒体上出现的频率越来越高。在电力系统内部，搞科研的人明显感到关于新能源和智能电网的经费增加，申请变的容易。大家开玩笑说，现在写论文，只要和新能源有关的肯定能发表。在风能已经在前几年被热炒的情况下，太阳能这次无疑占据了主角。

很多时候一提到太阳能发电，就会出现一片片太阳能电池板的镜头。实际上，太阳能发电的方式有很多种。大体上分为光热式和光电式两种。网上关于这两种太阳能发电的介绍已经非常多了。除了那些专业往站，我发现最全面的关于太阳能发电的介绍是在Wiki。这里是两个Wiki的连接：

太阳能电池

光热式太阳能发电

因为具体的太阳能利用原理和设备制造安装等我都不是很在行，所以对这些太阳能发电方式只是简单介绍。主要还是谈和电力系统直接相关的东西。因为以前收集的一些关于现在美国太阳能发电应用的数据找不到了，所以没法写这部分内容。以后有机会在说。

太阳能电池板属于光电式太阳能发电，直接把太阳能转换成直流电，再通过交之流转换送到电网。现在已经发展到第二代，Thin Film技术，代表性的公司就是去年和前年股市上和GOOGLE媲美的First Solar。但一些早期的技术因为更成熟，产量也有保证，所以现在也有大量应用。不过，说是大量应用，只是相对而言，总量现在都不是很大。

顾名思义，光热式发电就是先把光转成热能，再用传统的热力发电方式去发电。Wiki里也有很好的总结。据我所知，实际应用较多的有两大类，三种形式。一类是用太阳能烧水的集中式热力发电，一类利用Stirling电机技术的分布式发电。

集中发电是把太阳能转换成热能以后，集中送到发电单元，一般就是传统的同步蒸气发电机。主要有两种热量采集方式，一个是槽式，如图1。每一排反光镜上方都有一根管子，是接收器，用来吸收热量，加热里面的流体（合成机油、熔盐、蒸气等）。

图1 槽式光热太阳能集中发电

另一种是塔式，如图2，接收器在塔上面。

图2 塔式光热太阳能集中发电

这些接受器把这些热量被收集起来以后，可以直接送到传统的热力发电单元发电，或送到热量存储单元储藏起来。这两种方式比较而言，塔式的光热转换效率高一些，现在应用前景比较看好。但是，槽式安装和运行都要简单些。从电力系统运行角度来看，槽式光热发电似乎更好一些。这主要是因为槽式发电的光热转换特性比较简单，在一个太阳能电场内基本上可以用单一模型来描述。但是塔式发电就不一样，每个反射镜的效率要受到接收塔的相对位置的影响，同时也受到太阳位置的影响。这种模型上的复杂度，对太阳能发电预测的影响很大。

和集中式光热发电不同，Stirling技术用的是一口锅一台机的发电模式，如图3。每个大锅带一个Stirling异步发电机，发出的电再经过交直流转换送到电网。这类太阳能电场的内部接线方式和风力电场很象。优点是光热效率高，缺点是电机安装比较费事，而且需要交直流转换。

图3 Stirling太阳能发电

从电力系统运行角度来看，任何需要交直流转换的太阳能发电方式（光电式和Stirling）都要吸收无功功率。虽然可以进行就地补偿，但对电网电压稳定有潜在的威胁。相反，集中光热发电因为采用的是同步发电，对电力系统电压稳定是有帮助的。

在现有技术条件下，和另外两种太阳能发电相比，集中式光热发电还有一个更大的优势，就是热存储。可以在白天把多余的太阳能存储起来，晚上再用。现在最常用的热存储方式是融盐。一般可以在日落之后保持4~5小时的发电能力。这不仅提高了太阳能的利用率，也提高了发电设备的利用率。本来，现在集中式光热发电的效率就比光电式要高，热存储技术的应用使得集中光热发电更加具有成本优势。

光电式发电的最大的优势在于可以布置到负荷侧，而且可以分布式布置，比如所谓的屋顶太阳能电池。去年，有电力公司推出计划，准备在洛山矶地区的大型仓库、超级市场的屋顶安装总发电量超过200MW太阳能电池。这个对生产太阳能电池的厂商绝对是个大利好。这种太阳能发电的布置也非常科学，因为这些大型仓储和超市的用电量都不小，特别是跟食品有关的。比如，一个WalMart Super Center的负荷有可能高达4MW。说到这里，提个小道消息。太阳能电池生产商First Solar的主要投资人就是WalMart的老板。

随着太阳能发电的推广，太阳能发电预测是现在比较热门的一个话题，对电力系统的运行和有重要影响。相对于风力发电来说，太阳能发电在预测方面具有天然优势。一般地说，风力发电希望风大一些，这样发电量也大。类似地，太阳能则是希望天更晴。不同的是，风越大，预测得越不准，或者说波动越大；而天越晴，对光强度的预测越准。但是，太阳能预测和风预测相比，也有弱点。主要是较小的云块对太阳的遮挡不好预测，即使是用卫星图片也一样。这样有可能导致太阳能发电实际输出和预测在瞬间变化很大，对电网运行带来冲击。相比之下，风乍起乍停的可能性固然很大，但根据各类数据现在都能较好地预测。太阳能预测现在也成了一个比较热门的行业。主要包括预测软件和预测设备（主要是一些传感器、探测仪）。特别是随着分布式太阳能发电的增加，太阳能预测设备的需求也会相应增加。

• 幸好Super Bowl给了我动力