从动力学分析新能源和光伏并网问题3

从动力学分析新能源和光伏并网问题

-----------访烟台昌盛太阳能技术开发有限公司工程师冯益安 本刊记者/杨景和

我们预计，2011年全球光伏市场增速将有所放缓，新增装机容量与2010年基本相当。 尽管法国、比利时、西班牙和捷克各国的上网电价调整政策或将对2011年光伏市场造成负面影响，但从光伏大国德国2010年的市场表现可以看出，下调光伏上网电价，并不是为了限制光伏业的发展，而是由于成本的下降使得光伏系统安装商获得了超额收益。因此，上网电价的适度下调，反而有利于行业的发展。 不过，2011年欧洲市场补贴的变动仍将是光伏装机容量的最大变数。尽管德国市场可能与2010年持平，但市场要有新的增长，主要还要由美国、中国等国家光伏上网电价政策决定。因此，我们预计2011年光伏新增装机容量为15.5GW，与2010年基本持平。

2011年全球风电装机容量有望达到48GW，产能过剩显现行业整合机会。对中国而言，尽管风电市场增长较快，但是产能的更加富裕必将引发行业整合。在政策推动和市场作用下，国内市场将逐渐向龙头公司集中，中小风电企业面临被整合的命运。同时，面对竞争日益激烈的国内市场，众多风电企业选择拓展国际市场。

传统新能源即指可再生的、可循环使用的、不产生环境污染的清洁能源。包括太阳能、风能、生物质能、水力发电、海洋潮汐波浪能、核动力等。如今，火力发电热能转化成电能的效率只有40%，其余约60%的热量通过冷却水或者气冷装置向外界空间散去。并且我们人类对能源的消耗继续增加，对传统能源--石油煤炭等化石能源的消耗不可避免的依旧在增加，新产生的新能源的步伐跟不上人类对能源的需求，能源危机进一步加重。因此，气候变化在未来相当长的时间内只会更加严重。因为我们并没有采取使地球降温的具体措施。现在整个世界都在宣传节能环保，舆论的功效超过节能减排实际行动的付出。

记者：首先是我们如何理解 “低碳生活”和“新能源”概念？ 冯益安：环保清洁能源并非一定“低碳”。比如生物质、垃圾发电，低碳是指减少对化石能源的消费。生物质能源可以合成，比如营造森林，这种制造森林的经济生活要称作“高碳生活”。化石能源是自然界亿万年来经过地球“天翻地覆”的变化得以储存在地球上的一种能源。减少对化石能源的依赖不仅关乎未来能源发展、同时能够减少“热污染”。新能源概念：相对不产生化学污染和热污染的、可以再生的具有能量的物质来源。新能源环保概念中要加入“热污染”。环保不仅是指没有化学污染，还有能量耗费中的“热污染”。地球上的主要热量来自太阳，但太阳在亿万年时间里，太阳辐射给地球的热量，早已经通过地球的“气候变化”适应。而人类消费煤炭、石油等化石能源产生的热量变化需要地球的进一步“气候变化”来适应。“超量”就是污染。已经产生了明显危害，就叫做“污染”。地球热量要从总量上来考虑。

记者；我们理解了什么是“低碳生活”和“新能源”概念，那么对于各种能源的特点能阐述一下吗？

冯益安：首先，什么是物质相对和化学能源。化学能源包括煤炭、石油、天然气、沼气、生物质、垃圾同为碳氢化合物的衍生物，与大气中的氧气形成物质对立，同为化学能源，属于同一类。生物质、沼气、垃圾是可再生的。煤炭石油天然气再生时间过长，是地球经过亿万年天翻地覆的变化形成。无法解释为再生，我们人类也无法等待化石能源的再生。 化学能源都是产生酸性气体的。比如SO2、NO2、CO2，其中我们称CO2量多少为碳排放量。 生物质、沼气、垃圾等如果你不作为能源，也会在自然界中消耗掉，也同样形成“碳排放”，所以你用生物质、沼气、垃圾作能源了，实际上是相对减少了碳排放。化石能源像煤炭、石

油、天然气可以不用，不用就不形成地球热量的额外来源。但是，我们人类在一个相当长的时间内做不到，做到的只是少增加化石能源的消耗，即对化石能源的开采相对慢一点。因此，我们同样提倡科学发展，不是单纯发展。

其次，太阳能的变种，流体动能。包括水电、风能、波浪能 多为新能源开发成份。符合动能定理。

其三，核能（原子能）。来源于物质本身。虽然开发核能没有碳排放。其开发势必造成地球的继续变热。它和煤炭火力发电一样同样形成地球热污染源。但同煤炭等火力发电一样，现阶段人类无法摆脱对核能的依赖。

其四，太阳能（宇宙能）。太阳能来自地球之外，是地球必须开采利用的部分。因为即使你不利用，它也会在地球上形成热量。太阳能是能量循环中无法逾越的环节。

另外，电能（中介）。原则讲电能不是独立的能源，但它是各种能源的中介，可以迅速传播，方便使用。任何能源都可以转变成电能。主要是利于远距离传播。传播时没有运输费用。所以电能称为人们视野的核心。

记者：我们如何从动力观念分析风力谐波是否对电网的干扰？ 冯益安：我们从动力学来分析谐波和“无功”。谐波就是频率、相位不同的“电”、由电动机或发电机的“无功”产生的。无功就是异步电动机或发电机转子的感应磁场对电网形成的频率和相位与电网不一致的电流成份并传导给了电网。没有消耗掉也没有和电动机一起做功，而是在电网中穿梭，对电网形成污染。其作用力大小和方向与主流电不一致不匹配，对电网形成干扰。谐波和无功是对同一个问题两个方面的描述。

转速与电压、转矩与电流的关系：电压与磁通量的变化量成正比，磁通量的变化量与转速成正比，所以对于永磁发电机而言电机输出电压与转子转速和频率成正比。提高转子转速和频率可以提高输出电压。转矩与电流和电压的乘积成正比。

相位与作用力：同频两个电流相位相差180°证明力的方向相反，在作用点直接产生热，温度较高时即形成火花放电。或者产生电磁运动即大电流消灭小电流后产生大电流主导的电流运动。同频两个电流相位相同，表示力的方向相同。并在一起可以增加电流。

记者：现实中由于风力多变导致风机转速多变，转速多变导致电压不稳、电压多变。如何处理光伏并网这一问题呢？

冯益安：风力发电并网技巧：电压不变电流变。现实中由于风力多变导致风机转速多变，转速多变导致电压不稳、电压多变。电压多变如同河道水流水位忽高忽低，导致谐波增多如同河流会流处波浪起伏。因此变速恒频发电机如果做不到“频率恒定”及转速稳定不适合直接并网。并网需要电压稳定，没有谐波。风力大时可以直接通过增加电流的方式解决。因此需要转速稳定或可控调速。方法：增加河道宽度，即增加风机发电与主电网之间接触点的容量，即增大风机反向电流的制约作用。简单说就是增大线径，增加电机额定容量。

扩容的方法。单纯增大线径办法较笨。可以采取节点处增大电流的办法，但主线路可以通过电压与电流的转化去解决。这些都是常规办法。

光伏并网方法：通过逆变器把直流电变成交流解决的基本办法是相同的。但不同的是可以改变逆变器的输出波形与电网几乎完全一致。采取模拟信号模式，以电网信号为基础，从电网获取主流交流信号，并保护其不受干扰，准确的由逆变器中的放大器放大，成为与电网同步的交流电并入电网。而现阶段生产厂家普遍采用的逆变器是通过PWM数字控制制作正弦波形，然后经滤波、放大变成交流电。虽说PWM脉宽调制方式是近代科技数字化发展的结晶。但由于受到调制频率的限制，无法制作出精度非常高的正弦波。所以在力的方向上不能与正弦波完全一致，表现在电机转动上就形成震动、即耗能又损坏设备，同时对电网形成谐波冲击。理论上。PWM脉冲调制方式只要频率无穷大，就没有这个影响。但实际上目前远远做不到。所以建议采取连续的模拟信号作为逆变器正弦波取样，在转动的磁力变化上更

均匀，几乎没有谐波污染。采用模拟正弦波信号利用的是正弦波的连续性和纯粹性，并符合电网随机相位，这不是倒退。适合的就是最好的，而不是只有“数字控制”是最好的。