光伏电站环保优势分析

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1太阳能光伏发电介绍

随着化石能源的短缺以及人们对环境的日益重视,开发新能源是未来发展的重要环节。太阳能分布广泛,用之不竭且廉价易得,一直是人们理想的清洁能源。光伏发电是利用太阳能的一种重要方式。光伏发电原理主要是是利用半导体的光生伏特效应,将光能直接转变为电能的一种技术。光伏电站,是一种利用太阳能,通过太阳能电池板、逆变器、箱变等电子元件,将太阳能转换成电能,并向电网输送电力的发电系统。我国太阳能光伏产业起步较晚,截至2017年底,我国太阳能光伏发电累计并网装机量已达130GW。[2]“农风光”互补型发电项目是将太阳能光伏板下方移栽种植适当的农作物,同时在风功率密度较大的地方安装风机进行风力发电,既可防止水土流失,提高土地利用率,也可最大限度利用自然资源。本文以四川省盐边县“农风光”互补型光伏电站为例进行分析,对未来四川地区光伏产业发展提供参考。

2“农风光”互补型发电项目介绍

四川省攀枝花市盐边县“农风光”互补型发电项目位于四川省攀枝花市盐边县大面山,光伏电站设计运行期25年,投运后每年可节约标煤约0.90万吨,减少二氧化碳(CO2)2.19万吨,二氧化硫(SO2)9.35吨,氮氧化物(NOx)9.35吨,烟尘2.81t以及节约用水8.0万m3。该项目于2016年12月10日开工建设,从建成到投产仅用6个多月的时间。该项目与100MW风电项目以及450亩生态农业园组成了四川省首个“农风光”发电互补项目,标志着“新能源+”发展战略初见成效。[3]

3“农风光”互补型发电项目的优势

光伏与农业相结合可以提高土地利用率,不会占用额外资源。光伏所发的电可以用于农业用电需求。一些地区的光伏农业大棚成为当地的科技示范项目,将观光、休闲、体验等旅游项目与光伏农业融合,形成极具特色化、规模化的示范项目。但是,光伏大棚目前来说成本相对较高。随着光伏发电平价上网到来,现代化农业与清洁能源相结合会成为一种发展趋势。因此,农业与光伏项目具有较大的发展潜力。盐边县大面山土地辽阔,不良地质相对不发育,冬春季节季风明显,全年太阳辐射量较高,属于风能,太阳能资源可利用区。盐边县已建成大面山一期,二期73台风机共计146MW风电项目,20MW光伏发电项目以及450亩生态农业园区,成为四川省首个“农风光”互补产业试验项目基地。在风电场及光伏场区周围,种有芒果,蓝莓,火龙果等水果。由于光伏项目占用土地面积较大,在其周边种上水果蔬菜可以提高土地利用率,不会改变土地性质,防止水土流失,光伏项目发电可以用于农业需求,不需额外资源。而风机占地面积较小,周围也可以种植蔬菜水果等。建设完成后,风力发电,光伏发电以及农业种植可以成为吸引游客旅游观光的一大特色,促进当地农民收入和经济发展。目前,国家政策大力支持产业共同发展,光伏产品在农业中的应用市场有较大潜力,光伏和农业的结合不仅有利于光伏行业本身,同时对于农业的转型也具有重要意义,成为现代农业发展的一种全新模式。在环保方面,风力发电和光伏发电都属于新能源产业,对环境污染较小。在同一片土地再进行农业种植,将大大提高土地利用率。因此,从经济效益和环境保护两方面来看,“农风光”互补试验项目具有较大发展前景。

4存在的问题和建议

虽然目前新能源发展迅速,但是在技术方面还是存在诸多问题。比如光伏发电的效率转换,风力发电的蓄电储电问题。另一方面,在四川盆地地区,风能和太阳能资源丰富的地区大都位于山区,水资源缺乏,因此,如果在发展新能源的同时发展农业,灌溉问题将成为需要首先解决的难题。风力发电和光伏发电虽然都属于清洁可再生能源,但是它们的来源都具有很强的不确定性,都会受到季节,气候,海拔等自然因素的影响,因此输出功率会有极大的波动性。因此,这两种发电方式都需要借助储能装置来提供稳定的电力输出。除此之外,很多地区一般晚上风更大,而光伏发电只能在白天进行,在一定的季节,太阳能辐射强度最高,而此时风力一般较小。为了提高发电效率及设备利用率,可以考虑风电和光伏共用一些储能设备,运用智能化控制装置,来提高整体转换和利用效率。[4]风电场风机采用双馈异步发电机,为了更大提高风力发电效率,国内外很多专家在双馈风力发电系统控制策略进行研究,提出基于MPPT、电网电压、矢量控制等方面的算法和控制系统。也有一些学者提出了双馈电机风力发电系统的一种无功极限计算方法,给出了相应的无功分配策略。[5]对于风电机组的控制系统,应该关注风电行业最新发展趋势,及时了解最新研究结果,更新系统控制,提升发电量和效率。对于光伏发电系统,目前研究着重于太阳能电池板材料的研发,以吸收更多太阳能辐射,提高转换效率,比如采用EVA胶膜将复合材料薄膜粘接于光伏板受光面。根据相关文献资料统计,目前已经通过现代电力电子技术和控制系统实现光伏发电最大功率控制点跟踪(MPPT),一些专家经过研究,提出了一种改进的自适应爬山算法,通过Matlab/Simulink进行仿真,在此算法控制下,系统可稳定快速地追踪最大功率点,具有较高的跟踪精度结果,可对光照突变等恶劣情况下可实现光伏电池的最大功率跟踪,有较强的适应能力。[5]光伏电站应采用专门的监控系统进行数据采集,可以将不同时间的发电量进行对比,了解不同方阵发电量情况,未来如果扩大电站规模,可以为光伏阵列的安装位置,角度等提供参考。对于光伏电站的农业发展,由于电站位于山区,杂草丛生,可能存在火灾隐患,另一方面,杂草太高会遮挡光伏板,影响发电效率。所以需要专门的人定期进行杂草清理。所以在进行农业种植时,需要考虑植物生长情况,不能影响光伏板发电。另一方面,光伏板可能遮挡阳光,因此在选择种植植物时,应该倾向于选择喜阴的植物类型。

5结论

综上所述,“农风光”互补型发电项目可以弥补风力发电和太阳能发电的各自缺陷,提高土地综合利用率,降低管理成本,对环境基本没有污染。但是,在真正实施的过程中,仍然面临很多困境,一方面山区水资源的匮乏导致农业灌溉困难,另一方面新能源的技术也存在很多问题,需要大量专业型人才进行维护和管理。除此之外,由于“农风光”项目发展时间仍然较短,对环境的综合影响在短时间难以分析,因此,在发展的过程中,还需要密切关注环境变化,及时做出合理措施。在未来的发展过程中,新能源仍然是重要的发展目标之一。新能源的技术还需大力发展,太阳能发电的转换效率问题,风力发电的蓄电储电问题都还需要解决。尽管新能源技术目前还存在缺陷,但是随着环境问题日益严重,技术发展日新月异,新能源产业在未来具有很大的发展潜力。四川盆地地区山地较多,山区人烟稀少,噪声,尘土等不会造成太大影响,适合发展新能源产业和农业。“农风光”发电项目既可以提供清洁电力,又可以促进产业共同发展。因此,“农风光”互补型发电项目是未来值得大力发展的项目。

参考文献

[1]中国政府网.《太能能光伏产业“十二五”规划》,2012.

[2]董世梅,寇敏芳.“农风光”互补首个试验项目得出啥经验[N].四川日报，2015，10-20/008版.

[3]赵昕宇.风光互补发电潜力分析与系统优化设计研究[D].郑州：河南农业大学,2014.

[4]郎永强,张学广,徐殿国.双馈电机风电场无功功率分析及控制策略[J].中国电机工程学报,2007,27(9):77-82.

[5]谢震,张崇巍,张兴等.基于MPPT的变速恒频双馈风力发电机控制策略[J].农业机械学报,2007,38(7):184-151.

[6]李丽珍,刘辉,史学峰,草露。浅析光伏电站对环境影响[J].中国防辐射研究院,2012.

[7]王文兵.浅析“渔光互补”型光伏电站在苏北地区的环保优越性[J].污染防治技术,2017.

[8]徐大平,柳亦兵,吕跃刚.风力发电原理[M].北京：机械工业出版社,2011.

作者:李思雨 单位:四川省能投风电开发有限公司