光伏電站環保優勢分析

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1太陽能光伏發電介紹

隨著化石能源的短缺以及人們對環境的日益重視,開發新能源是未來發展的重要環節。太陽能分布廣泛,用之不竭且廉價易得,一直是人們理想的清潔能源。光伏發電是利用太陽能的一種重要方式。光伏發電原理主要是是利用半導體的光生伏特效應,將光能直接轉變為電能的一種技術。光伏電站,是一種利用太陽能,通過太陽能電池板、逆變器、箱變等電子元件,將太陽能轉換成電能,并向電網輸送電力的發電系統。我國太陽能光伏產業起步較晚,截至2017年底,我國太陽能光伏發電累計并網裝機量已達130GW。[2]“農風光”互補型發電項目是將太陽能光伏板下方移栽種植適當的農作物,同時在風功率密度較大的地方安裝風機進行風力發電,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資源。本文以四川省鹽邊縣“農風光”互補型光伏電站為例進行分析,對未來四川地區光伏產業發展提供參考。

2“農風光”互補型發電項目介紹

四川省攀枝花市鹽邊縣“農風光”互補型發電項目位于四川省攀枝花市鹽邊縣大面山,光伏電站設計運行期25年,投運后每年可節約標煤約0.90萬噸,減少二氧化碳(CO2)2.19萬噸,二氧化硫(SO2)9.35噸,氮氧化物(NOx)9.35噸,煙塵2.81t以及節約用水8.0萬m3。該項目于2016年12月10日開工建設,從建成到投產僅用6個多月的時間。該項目與100MW風電項目以及450畝生態農業園組成了四川省首個“農風光”發電互補項目,標志著“新能源+”發展戰略初見成效。[3]

3“農風光”互補型發電項目的優勢

光伏與農業相結合可以提高土地利用率,不會占用額外資源。光伏所發的電可以用于農業用電需求。一些地區的光伏農業大棚成為當地的科技示范項目,將觀光、休閑、體驗等旅游項目與光伏農業融合,形成極具特色化、規模化的示范項目。但是,光伏大棚目前來說成本相對較高。隨著光伏發電平價上網到來,現代化農業與清潔能源相結合會成為一種發展趨勢。因此,農業與光伏項目具有較大的發展潛力。鹽邊縣大面山土地遼闊,不良地質相對不發育,冬春季節季風明顯,全年太陽輻射量較高,屬于風能,太陽能資源可利用區。鹽邊縣已建成大面山一期,二期73臺風機共計146MW風電項目,20MW光伏發電項目以及450畝生態農業園區,成為四川省首個“農風光”互補產業試驗項目基地。在風電場及光伏場區周圍,種有芒果,藍莓,火龍果等水果。由于光伏項目占用土地面積較大,在其周邊種上水果蔬菜可以提高土地利用率,不會改變土地性質,防止水土流失,光伏項目發電可以用于農業需求,不需額外資源。而風機占地面積較小,周圍也可以種植蔬菜水果等。建設完成后,風力發電,光伏發電以及農業種植可以成為吸引游客旅游觀光的一大特色,促進當地農民收入和經濟發展。目前,國家政策大力支持產業共同發展,光伏產品在農業中的應用市場有較大潛力,光伏和農業的結合不僅有利于光伏行業本身,同時對于農業的轉型也具有重要意義,成為現代農業發展的一種全新模式。在環保方面,風力發電和光伏發電都屬于新能源產業,對環境污染較小。在同一片土地再進行農業種植,將大大提高土地利用率。因此,從經濟效益和環境保護兩方面來看,“農風光”互補試驗項目具有較大發展前景。

4存在的問題和建議

雖然目前新能源發展迅速,但是在技術方面還是存在諸多問題。比如光伏發電的效率轉換,風力發電的蓄電儲電問題。另一方面,在四川盆地地區,風能和太陽能資源豐富的地區大都位于山區,水資源缺乏,因此,如果在發展新能源的同時發展農業,灌溉問題將成為需要首先解決的難題。風力發電和光伏發電雖然都屬于清潔可再生能源,但是它們的來源都具有很強的不確定性,都會受到季節,氣候,海拔等自然因素的影響,因此輸出功率會有極大的波動性。因此,這兩種發電方式都需要借助儲能裝置來提供穩定的電力輸出。除此之外,很多地區一般晚上風更大,而光伏發電只能在白天進行,在一定的季節,太陽能輻射強度最高,而此時風力一般較小。為了提高發電效率及設備利用率,可以考慮風電和光伏共用一些儲能設備,運用智能化控制裝置,來提高整體轉換和利用效率。[4]風電場風機采用雙饋異步發電機,為了更大提高風力發電效率,國內外很多專家在雙饋風力發電系統控制策略進行研究,提出基于MPPT、電網電壓、矢量控制等方面的算法和控制系統。也有一些學者提出了雙饋電機風力發電系統的一種無功極限計算方法,給出了相應的無功分配策略。[5]對于風電機組的控制系統,應該關注風電行業最新發展趨勢,及時了解最新研究結果,更新系統控制,提升發電量和效率。對于光伏發電系統,目前研究著重于太陽能電池板材料的研發,以吸收更多太陽能輻射,提高轉換效率,比如采用EVA膠膜將復合材料薄膜粘接于光伏板受光面。根據相關文獻資料統計,目前已經通過現代電力電子技術和控制系統實現光伏發電最大功率控制點跟蹤(MPPT),一些專家經過研究,提出了一種改進的自適應爬山算法,通過Matlab/Simulink進行仿真,在此算法控制下,系統可穩定快速地追蹤最大功率點,具有較高的跟蹤精度結果,可對光照突變等惡劣情況下可實現光伏電池的最大功率跟蹤,有較強的適應能力。[5]光伏電站應采用專門的監控系統進行數據采集,可以將不同時間的發電量進行對比,了解不同方陣發電量情況,未來如果擴大電站規模,可以為光伏陣列的安裝位置,角度等提供參考。對于光伏電站的農業發展,由于電站位于山區,雜草叢生,可能存在火災隱患,另一方面,雜草太高會遮擋光伏板,影響發電效率。所以需要專門的人定期進行雜草清理。所以在進行農業種植時,需要考慮植物生長情況,不能影響光伏板發電。另一方面,光伏板可能遮擋陽光,因此在選擇種植植物時,應該傾向于選擇喜陰的植物類型。

5結論

綜上所述,“農風光”互補型發電項目可以彌補風力發電和太陽能發電的各自缺陷,提高土地綜合利用率,降低管理成本,對環境基本沒有污染。但是,在真正實施的過程中,仍然面臨很多困境,一方面山區水資源的匱乏導致農業灌溉困難,另一方面新能源的技術也存在很多問題,需要大量專業型人才進行維護和管理。除此之外,由于“農風光”項目發展時間仍然較短,對環境的綜合影響在短時間難以分析,因此,在發展的過程中,還需要密切關注環境變化,及時做出合理措施。在未來的發展過程中,新能源仍然是重要的發展目標之一。新能源的技術還需大力發展,太陽能發電的轉換效率問題,風力發電的蓄電儲電問題都還需要解決。盡管新能源技術目前還存在缺陷,但是隨著環境問題日益嚴重,技術發展日新月異,新能源產業在未來具有很大的發展潛力。四川盆地地區山地較多,山區人煙稀少,噪聲,塵土等不會造成太大影響,適合發展新能源產業和農業。“農風光”發電項目既可以提供清潔電力,又可以促進產業共同發展。因此,“農風光”互補型發電項目是未來值得大力發展的項目。

參考文獻

[1]中國政府網.《太能能光伏產業“十二五”規劃》,2012.

[2]董世梅,寇敏芳.“農風光”互補首個試驗項目得出啥經驗[N].四川日報，2015，10-20/008版.

[3]趙昕宇.風光互補發電潛力分析與系統優化設計研究[D].鄭州：河南農業大學,2014.

[4]郎永強,張學廣,徐殿國.雙饋電機風電場無功功率分析及控制策略[J].中國電機工程學報,2007,27(9):77-82.

[5]謝震,張崇巍,張興等.基于MPPT的變速恒頻雙饋風力發電機控制策略[J].農業機械學報,2007,38(7):184-151.

[6]李麗珍,劉輝,史學峰,草露。淺析光伏電站對環境影響[J].中國防輻射研究院,2012.

[7]王文兵.淺析“漁光互補”型光伏電站在蘇北地區的環保優越性[J].污染防治技術,2017.

[8]徐大平,柳亦兵,呂躍剛.風力發電原理[M].北京：機械工業出版社,2011.

作者:李思雨 單位:四川省能投風電開發有限公司