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光伏发电系统在火力发电厂的应用研究

伍斌

广东大唐国际肇庆热电有限责任公司,526105

摘要: 随着国家的发展越来越好,对能源的消耗也不断增大。当前,在实现碳达峰、碳中和目标过程中,光伏发电等新能源发电系统成为关键。光伏发电系统因具有能量的无污染、可持续、可靠、获取方便等特点受到了重点关注,成为当代最具潜力的新能源之一。本文结合某家火力发电厂,对其内部的光电系统进行了结构与设计。
关键词: 火力发电厂;光伏发电系统;应用
DOI:10.12721/ccn.2024.157007
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1光伏发电技术

在光的照射下,光伏组件内部的电子会被光子激发出来,形成电流,这种现象被称为光电效应,是光能转化为电能的过程。光伏组件在光伏发电系统中发挥着重要作用,对于发电效率有积极影响。在实际应用中,光伏组件的类型较多,主要有晶硅光伏组件、硅基薄膜光伏组件、化合物薄膜光伏组件及聚光光伏组件等。其中,晶硅光伏组件分为单晶硅和多晶硅两种,单晶硅光伏组件的光电转换效率较高,最高可达24%,应用比较广泛。硅基薄膜光伏组件的优点是在弱光条件下也可发电,但光电转换效率偏低,约为10%,而且随着使用时间的延长,其转换效率会逐渐衰减。化合物薄膜光伏组件对周边环境的污染比较大,应用较少。聚光光伏组件的转换效率高,制作成本低,但实际应用中需要配置相应的散热器、聚光系统等设备,会增加生产成本,这是限制其广泛应用的主要因素。

光伏电站的末端点电站易受电压影响,需要借助无功发生器(SVG)进行电压调节。SVG调压技术主要有恒功率因数和恒电压两种模式,其中,恒功率因数模式用于日常运行控制,可以根据电压变化动态调整无功变化;当系统电压超出额定电压的10%时,需要采用恒电压模式进行调整。

光伏发电技术具有无污染、不受资源分布地区限制、没有燃料消耗及建设周期短等优势。太阳光在地球上分布广泛,只要有光照就可进行光伏发电,而且光伏发电过程是直接从光能转换为电能,发电效率高。此外,光伏部件可在建筑物顶部安装,不需要单独提供场地,而且没有机械传动部件,维护简单、运行稳定。

2.国内外发展现状

2.1国外发展现状

光伏技术的研究和开发进展很快,其技术也在不断的发展。德国、美国和日本是世界上最先进的太阳能电池技术。现在的研究主要集中在光电技术上,与传统的太阳能技术相比,太阳能发电的效率要高得多,而且它的稳定性和安全性也得到了极大的提高。美国能源部国家可再生能源实验室的研究员们近日开发出一种六结三伏的太阳能电池,在1-Sun光强时,可以实现39.2%的转换效率,而在143Suns时,可以实现47.1%的转换效率。其电池的高效性,打破了常规电池的限制,使其使用性能得到了极大的提升。

2.2国内发展现状

国内的光伏发电技术,在国外的研究上是落后的,后来很多公司都在学习国外的技术,吸取了国外的成功。经过多年的不懈努力,我国的光电技术已经逐渐赶上了国际先进水平,并逐渐成为世界领先者。目前国内的太阳能发电技术已走在世界前列,许多公司都在尝试将太阳能转换技术与建筑相结合,从而有效地解决了太阳能发电的高造价问题。我国太阳能发电技术的应用领域十分广阔,因此在今后的技术研发中具有广阔的前景。

3光伏系统发电效率的影响因素

3.1设计欠佳

光伏电站的建设是需要进行提前合理规划布局的。首先需要对光伏电站所在地理位置的太阳能资源进行合理评估,判断是否符合电站建设的要求;其次往往较大规模的光伏电站建设是需要众多的光伏阵列,这些光伏阵列的安装位置,以及光伏阵列间距的不同,都会对电站的发电效率产生影响。通常在电站建设时未考虑上述基本因素,会造成发电量损失严重。光伏电站的设计欠佳也包括光伏阵列间距的安装倾角,光伏阵列的最佳安装倾角一般是需要考虑在不同的安装位置进行试验可得的。一般来说,后排光伏阵列可能会受到前排阵列安装位置的影响,比如会在后排的下沿存在少量的阴影遮挡,这就是由于光伏组件间距设计不当所造成的。据初步计算,由于阵列的坡度差原因会使同排光伏组件被遮挡,由此造成的发电量损失达到2%,而在后排的光伏阵列发电量损失甚至高达3%以上。

3.2光伏组件安装方式

太阳辐射强度较大时,光伏组件的发电量大,且此时电池的转换效率较高,然而太阳辐射强度在早晨和傍晚时分是较弱的,且在其它不同的时间,辐射强度是不同的,所以此时就需要考虑如何安装光伏组件,从而使其得到更长时间的太阳辐射就显得十分重要了。以太阳辐照的角度为基础,光伏阵列的安装方式可以分为跟踪式和固定式。跟踪式是有一个可追踪太阳高度角或(和)方位角的旋转光伏支架,将光伏组件安装在支架上,从而最大程度地使太阳光时刻都垂直照射光伏组件,接收更多的太阳光。由于不同地区的太阳高度角、方位角不同,所以当在进行光伏电站的建设时,就需要考虑电站所在地理位置的组件最佳安装倾角。如果可以确定所在地理位置的最佳安装倾角时,为了节省安装成本,考虑选用固定式安装方式,从而使得组件与水平面形成固定不变的倾角。这两种光伏组件安装方式中,前者安装成本和维护成本均较高,但是可以获得较大的发电量及较高的发电效率。后者安装成本低、设计简单便捷,因此应用最为广泛,但接收的太阳能辐射量较前者少,光伏系统发电效率较低。

4.光伏发电技术在火电发电厂中的应用

4.1光伏发电与火力发电厂电力系统的连接

通常,在办公楼、材料库、维修大楼等大楼的屋顶上安装光电元件。一般按照邻近或分散访问的原则来访问光伏系统。在光电系统中,通过母线收集直流,然后将其送到逆变器,通过逆变器把直流电转化成AC,最后把AC电传送到相应的配电柜或变压器。一般在光伏发电系统中都会安装一个监控系统,可以实时监测到电网的温度、湿度、光照、发电量、变频器的功率等,并将所有的数据都记录在电脑上,方便工作人员及时掌握。

4.2光伏发电接入对火力发电系统的影响

太阳能发电的接入会对电网造成一定的影响,因此,太阳能发电系统的容量必须与电厂的变压器容量相适应,以减少对电网的影响,通常将其控制在上一次变压器的功率的18%以内。同时,要在电厂内部和光伏系统之间设置独立的变压机,以达到隔离直流电的目的。在光伏发电系统中,存在着多种安全保护措施,当发生电压偏低、电压偏高、电压不稳定、电流过大时,该保护装置就会自动触发,并在第一时间切断与光伏发电的连接,保证电网的正常运转。此外,当电力系统发生故障时,太阳能发电系统将为负荷提供独立的电力,从而危及到员工的生命。所以,为保证员工的人身安全,一般都会在光电设备上安装专用的保护装置。

将太阳能发电引入到燃煤电厂,可以有效地改善电厂的节能减排工作,并在一定程度上减少了电厂的能耗,从而增加了电网的上网容量。例如,一家燃煤电厂引进10MW太阳能发电后,其年发电量为1280万千瓦时,按河北南网平峰电价0.43728元/千瓦时,一年可节约4992吨标准煤炭,同时还能降低CO2和SO2的排放。这表明,采用新的能源技术能够有效地改善电厂的经济效益和社会效益。

5结语:

随着我国燃煤电厂年均使用时数持续下降,节能和环保要求日益增加,新的太阳能和热能技术成为今后发展的主要方向。在具体实现中,可以根据火电厂所处的光资源和光暗情况,对无遮蔽的辅助厂房屋顶、空闲地、储灰场地进行太阳能光伏发电。

参考文献:

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