主题：【原创】电力系统漫谈（六）新能源（1）风力发电 -- 乃力

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