主题：【原创】电力系统漫谈（六）新能源（1）风力发电 -- 乃力

中国风力资源肯定很丰富。但建风力发电要考虑占地的问题，风力小了，要达到同样的容量，占地就大。也不能离主干网太远，要不然，建新线路的投资受不了。

风力发电也有环境污染的问题，主要是噪音污染，其次是对鸟类生存的威胁。所以佛教圣地，还是不建为妙。

恭喜：你意外获得【西西河通宝】一枚

鲜花已经成功送出。

此次送花为【有效送花赞扬，涨乐善、声望】

Wound Rotor : 这个就是绕线式绕组转子啊。

Doubly-fed： 双馈。俺研究这个有段时间了。

另，电动机和发电机本来在结构上就是一回事，只是运行时转子相对于定子中电流产生的旋转磁场的角度超前或者滞后的区别，就是法拉第电磁感应和右手螺旋发电法则的区别。感应电机或者感应发电机在运转时都需要无功支持。双馈电机早就有了，最早用于抽水蓄能电站，近几年由于电力电子功率器件的成本降低而得到推广大规模应用到风电。我两年前实地测试的几个风电场都是采用大功率双馈式风电机。

双馈电机理论上转差功率是可以控制流向从而不需要再从电网吸收无功功率，根据我实地所见，在塔座仍然需要安装无功补偿电容，可以节省变流器电路容量。

将来的发展方向是直驱式同步风电机，通过变频器将同步发电机产生的频率随风速变化的电能转换为频率固定的电能输送给电网，因为设计的多极同步发电机可在较低的风速下发电，可以取消变速齿轮箱，这样风电机就几乎不再有易磨损部件了，可用风速范围也大为拓宽，但是可以低速运转的多极同步风电机的个头实在很巨大，导致塔筒要加强，土建部分的造价成倍增加。北京官厅水库那安装的就是直驱式永磁式同步风电机。

风电对于系统的影响主要是因为风的随机性和不可控性，风电通常又在电网末端，有的风电还需要通过长距离架空线或海缆并网，电压支撑薄弱，风电场对系统接入端的冲击影响非常大，主要是闪变。平潭岛长江澳风电场启停时整个平潭县的生活用电可以明显感觉受到影响，以前还为此在风电场、当地老百姓、供电局之间扯皮。对于采用了双馈式风电机的风电场，由于变流电路的PWM控制方式，谐波问题基本上不严重。

另，一些海岛风电场旁边就是个小负荷中心，只是由于交通运输电网布局等条件限制，没有办法就近建设发电厂（不要说什么搞发电船靠在岛边发电，这种美好的设想是何不食肉糜的现代翻版），造成了在电网末端的负荷中心。风电接入后，大部分发电能力直接供给当地，但也造成了对当地薄弱电网的冲击。

提笔写风力发电时就想，要是电工兄能来指点指点就好了。

大规模风力发电对电力系统稳定和运行的影响还需要等待实践检验。也许多极同步电机的尺寸能降下来的话，会解除很多疑虑。

俺是外行，说错了莫怪。

关于气候，我也是外行。

目前，讨论比较多的风电对环境的影响主要在这样几个方面：设备制造环节产生的污染；噪音污染；对当地鸟类生活环境的影响。

对于气候，如果蝴蝶能改变气候的话，我想风力发电场大概也能吧。

你说的遍地都是风力发电的情况出现的可能性也不是太大。一般还都是在偏远地区风力比较集中的地方。

1）消磁问题影响有多大？

2）全容量换流器器件、冷却、维护带来的成本

发电船（平台）解决的是离岛供电问题，和平潭不一样。中国那么长的海岸线，像平潭那样离岛多了去了，不是每个岛都有海峡之声那样的重要用户。就算是平潭，配合电台下的35kV铠缆用了20多年还舍不得停，和110kV海缆凑个电磁环网在那儿硬挺着。建设电网，锱铢必较的。

对气候起主要影响的是高空的大气环流，貌似在3000米以上。蝴蝶效应那种事情或许是对某次天气有影响，但长期的气候，起决定意义的还是大气环流，海洋温度什么的。

如果这个说法正确，那么大规模的风力电场对天气的影响应该是随机的，对气候没影响，对生态环境影响不小吧。

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

平地而起一个巨大的烟囱一样的结构，底座向四周大大扩展，但是透明的，周边和空气连通。在太阳的加热下，玻璃伞里的热空气从烟囱上升，带动涡轮发电。

这样的好处是不用镜子对准太阳，坏处是晚上就没有什么发电能力。