电力系统中新能源发电技术的应用

周裕辉

（广东电网有限责任公司广州供电局客服中心，广东 广州 510630）

0 引 言

目前，随着国家对环保问题的重视和可持续发展战略的实施，我国大力发展新能源发电技术已成为必然趋势。如何使用现有发电技术开展实际工作，加大对各类新能源的开发力度，已经成为相关从业者所关心的主要问题之一。

1 新能源发电技术

新能源发电技术是一种新型的发电方式，这种发电方式不仅能够有效缓解我国能源供应紧张问题，而且能够减少对环境的破坏。该技术可以根据所用能源的不同分为风力发电、太阳能光伏发电以及生物质能源发电等形式。就目前我国各地新能源发电技术的实际应用情况来看，其发展速度已经呈现出超过国家电力需求增长速度的趋势，这对于促进我国国民经济持续健康发展具有重要意义。

2 新能源发电技术在电力系统中的实际应用

2.1 太阳能发电技术

2.1.1 太阳能光伏发电系统

太阳能发电技术是将太阳辐射能转化为能源的一种新型绿色环保技术。其清洁、无污染等优点越来越受到人们的重视，并逐渐成为全球范围内研究和开发的重点。其中，支撑该技术应用的主要装置为太阳能光伏发电系统。根据相关数据信息，我国绝大多数地区的建筑屋顶至今仍处于闲置和荒废的状态，未得到充分的利用和开发。随着社会经济水平的不断提升和城市化进程的加快，人们对电能的需求量也越来越大，这就给建筑行业带来了新挑战[1]。因此，在未来太阳能光伏发电技术的发展中，可以考虑将其与建筑工程相结合，构建一个网络化的光伏系统，以确保城市建筑能够获得更加可靠的电力能源供应。例如，可以预留出恰当的空隙和孔洞，以创造有利条件，顺畅摆放和连接太阳能电池。

太阳能光热发电系统是一种利用大规模阵列抛物或碟形镜面，将周围区域由太阳散发的热能转化为蒸汽并驱动发电机稳定运行的专业化设备，可以实现预期的光热发电目标和效果。同时，由于该过程中所产生的热量会直接被吸收或传导至外界环境中，不会造成能源浪费现象的发生。因此，如果采用太阳能光热发电工艺，就可以有效规避硅晶体光电转换技术在应用中所带来的高昂成本，从而减少能源消耗和经营成本，为大规模生产提供更多可能性。

2.1.2 静止无功发生器调节电压

静止无功发生器（Static Var Generator，SVG）调节电压具有范围宽、响应速度快以及动态响应能力强等优点，目前已经成为新能源发电中最常见的调压器之一。其作为一种新型的智能功率器件，具有优良的动态特性、抗干扰能力等，可以很好地满足太阳能发电技术的各种应用要求，进而使光伏电站的发电量最大化。一方面，SVG调压器通过检测电网电流信号变化，控制输出有功功率和无功功率；另一方面，在逆变器工作状态发生变化时，可以根据自身参数调整无功补偿量，从而达到良好的电能质量。

2.2 风能发电技术

2.2.1 风能发电装置

绝大部分风能发电装置由风轮、塔筒和相应的风能发电机组成。其中，风能发电机的性能是影响风能发电装置和风能发电技术发挥其实际作用的重要因素。从自身规格大小的角度上看，现有的风能发电机可以分为小型、中型、大型及特大型4 种；从自身转速的角度上看，又可将其分为恒速发电机、变速发电机、多态定速发电机3 种。相关人员需要根据实际情况选择最适合的风能发电机。例如，如果需要大容量发电机，则应首选桨叶较长的风能发电机[2]。

对于风轮来说，其在整个风能发电装置中起着能源转化的作用，在叶片和变桨系统的支撑下，风轮能够有效将所收集到的风能转化为机械能，但实际工作成效还受到自然环境、内部装置等因素的影响。

塔筒在整个风能发电装置中起着重要的支撑作用。其高度的确定受风能发电装置中风轮直径的影响，通常情况下高度数值在6 ～20 m 波动，以便获得更均匀的强大风力。

2.2.2 风能控制技术

风能控制技术在风能发电中的作用是推动电力系统实现并网发电。具体来说，在异步机的功能支撑下，可根据实际情况选择风能控制技术或模糊控制技术有效提升现有电力并网发电系统的实际转速，并以此实现该系统的运转速率与功率最大化。不仅如此，叶片间距在电力系统运行过程中发生了变动，还可以使用神经网络技术对其进行再次调整，以此来削弱系统风速变化对风能控制稳定性的不利影响，减少干扰波动。此外，风力发电机组所产生的电能也需要转换为机械能或者热能等形式才能被应用到其他领域，从而使风电机组能够获得更多的收益。

另外，风力发电机组在实际运转过程中还会受到很多因素的制约，如风轮自身特性、电网电压以及风电功率等，这些都需要通过相关的控制策略来加以应对。若机组设备达不到并网的最低要求限度，则无法进行并网工作，因此要想办法提升机组的性能与切入风速。具体来说，风电场为减少机组启用次数，降低风机的自身消耗能量，可以根据当地的空气密度进行切入风速的数值计算，最后设置该风电场的风机切入速度，以达到降低风机耗电量的目的。

2.2.3 无功电压控制技术

为使整个风力发电工作更具稳定性和实效性，还应在实际工作中合理搭配无功补偿装置和无功电压控制技术。在该技术的支撑和实际作用下，电力系统在运行过程中会受到来自无功补偿装置的实时动态补偿，电力输送的功率会在无功电压控制技术下得到稳定。这样一来，电力系统在运行过程中的振荡次数将会大大减少，使无功电压和整个输电环境都能得到有效优化。

2.3 地热能发电技术

地热能发电技术是利用地下蕴藏着丰富热量的资源，并将这些能量转换为化学能或其他形式能量供人们使用的新能源技术。该技术也是解决我国环境污染和资源短缺问题的一个重要突破口。

从目前我国电力行业的发展情况来看，地热能发电技术可以根据实际使用场景的不同搭配其他技术。例如：为实现干蒸汽地热田的有效发电，可以采用地热能发电技术与凝汽发电技术相结合的方式，在有效收集地热蒸汽的基础上，使用以蒸汽净化器为主的相关设备和装置进行净化与过滤，以此来得到纯净度较高的蒸汽，并再次将其引入汽轮发电机中，以此完成整个发电作业；为实现气温较高地区的发电，可以使用背压发电技术与地热能发电技术相结合的方式进行[3]。

以闪蒸发电技术为例，闪蒸发电系统主要包括闪蒸器、蒸发器以及冷凝器等部分。其中，冷凝器作为闪蒸发电系统中最核心的部件，它不仅能够对闪蒸后产生的冷凝水起到一定的冷却效果，还会通过冷凝管使得闪蒸器内的水汽凝结成液体状，再经由管道输送到汽轮机组中进行进一步的循环流动。在此过程中：首先，需要将地热田内的水加热至一定温度；其次，通过汽轮机组产生高压高温蒸汽，经过冷凝、凝结等一系列操作后最终形成冷凝水；最后，该冷凝水进入到换热器当中，经换热单元的处理后流回锅炉中循环使用。

2.4 生物质发电技术

生物质能发电技术是一项新兴的新能源技术，具有巨大的发展潜力。该技术指利用可再生资源（生物质燃料等）生产电能，包括直接利用生物质能源产生电力，也可以通过间接方式将生物质能转化为电力或其他形式进行使用。

生物质能发电技术的作用发挥依赖相应的生物质发电系统，主要由内燃机、发电机、燃气净化器等设备装置构成。运用生物质发电技术进行实际操作的过程中，必须按照有关文件的规定要求对其所使用的生物质材料进行预处理，在完成预处理和加工后将其投入到相关设备中。由于生物质能发电技术具有自身特殊性，在实际发电过程中可能会出现以下2 种不同的情况。一是生物质材料得到了完全燃烧。在这种情况下，直接使用气化炉、净化与冷却装置对其进行相应作用即可实现电力能源的转换与使用。二是生物质材料未得到完全燃烧。在这种情况下，需要先使用气化炉对未得到充分燃烧的生物质材料进行再次燃烧，然后将经过气化处理的气体引入到冷却装置中，在冷却结束后将该气体引入到净化装置中，并以此实现对相应气体的纯净化处理，从而实现生物质材料向电力能源的有效转化。

以沼气发电技术为例，为保证沼气能够正常运行，需要在其中加入一定量的氢气或者氧气作为原料，同时需控制好甲烷和二氧化碳含量。而要想使沼气达到稳定状态，则必须根据具体需求来确定是否需要添加氢气或者氧气。另外，沼气发酵时的温度及湿度都对品质有着一定影响。

2.5 海洋能发电技术

海洋能发电技术是一种全新的能源获取与应用模式，在海洋领域中有着广阔的发展前景。简单来说，该技术就是利用海洋中存在的大量潮汐能、波浪能以及温差能等所组成的独特能源来驱动发电机组工作，主要包括海上潮汐能发电技术、海洋光伏发电技术和海洋风能发电技术3 种。

其中，海洋光伏发电技术通过在海洋表面相应位置安装太阳能电池板的方式来实现对海洋光照太阳能的有效收集，并将相应的太阳辐射转化为滤波与稳压电路[4]。与其他发电技术相比，海洋能发电技术有3个强大优势。第一，发电成本较低且操作较为简单，既能够实现海洋能源的最大化开发，又不会破坏海洋和周边环境。该技术对于海洋环境具有良好的保护作用，可以促进海洋生物的生存发展，避免其遭受过度捕捞的影响，同时也有利于维护人类赖以生存的自然环境。第二，能够在有效扩大海洋能源发电量的同时，实现水资源合理利用效率的提升，在一定程度上缓解我国资源短缺的问题。第三，由于海洋本身的电源在形式上呈现出明显的分布特征，因此在海洋能发电技术的支撑下，供电效率和质量都会得到大幅提升。

2.6 燃料电池发电技术

燃料电池发电技术是作用在氢能等相关二次可再生能源上的一种发电技术，不仅能够实现化学能向电力资源的有效转换，还能在此基础上向各类用电设备提供源源不断的可燃能源。作为一种借助化学反应来产生电力能源的手段，相较于传统发电模式来说，燃料电池发电技术的安全指数更高且更具环保性，目前已被作为一种新型电力能源使用在电力系统运行过程中。

燃料电池在实际发电过程中的优势主要体现在以下3 个方面：第一，燃料电池对于工作环境并不存在过多要求，突破了固有高温环境的限制，即可在常温状态和自然环境下实现发电作业，且不会对周边环境和整体生态产生过多影响；第二，目前常用于我国电力系统中的燃料电池具有体积小、质量轻等优点，再加上其比电压高，自身容量较大，能够满足不同对电力系统的运行需求，确保整个发电过程的稳定性和可靠性；第三，燃料电池发电技术的效率较高且安全性较强，不仅能够长时间维持安全运行状态，还能降低对环境的影响，因此目前该技术通常被使用在煤炭行业、石油加工或冶金业等[5]。

3 结 论

新能源发电技术在我国电力系统中的有效应用已经取得了较为不错的成效，相关人员应在此基础上进一步加深对各类新能源发电技术的认识和了解，并站在全局视角下重新审视整个发电工作。在有效减少污染物排放和保护生态环境的同时，提升我国发电效率与质量，为社会大众提供更高质量的电力服务，为电力行业和整个社会的发展赢得更多经济效益、社会效益和生态效益。