超大规模荒漠并网光伏电站的建设_宋贤斌.pdf

中华民居 2014 年 4 月超大规模荒漠并网光伏电站的建设宋 贤 斌（ 中国能源建设集团安徽电力建设第二工程公司 安徽 合肥 230067）1 绪 论随着能源日益枯竭， 环境问题越来越严重的情况下， 太阳能成为一种宝贵的新能源利用形式，并且相对人类历史是一种能不断循环利用 、清洁环保的永久性能源 。 到目前为止， 人类利用太阳能已经有几十年的历史， 太阳能的开发和利用已经成为绿色能源领域的先进技术 。 近年来光伏发电和绿色屋顶发展很快， 并将继续保持高速增长的态势， 并形成光伏市场 。 这标志着光伏应用将有边远地区向城市过渡， 由特殊应用向普遍应用发展， 由补充能源发展成为替代能源 。2 我国发展超大规模荒漠并网光伏电站的条件2.1 我国的沙漠土地资源我国沙漠地区主要分布在内蒙古自治区以及新疆自治区， 沙漠总面积为 85 万 km 2， 面积较大的沙漠主要包括塔克拉玛干 （ 33.76 万 km2） ， 古尔班通古特 （ 4.88 万 km2） ， 巴丹吉林 （ 4.43 万 km 2） ， 柴达木盆地 （ 3.49 万km 2） 、 腾格里 （ 4.27 万 km2） 和库布齐 （ 1.61 万 km 2） 等沙漠， 另外， 还有许多干旱 、 半干旱土地可供使用， 开发超大规模并网光伏电站的沙漠土地资源非常丰富 。 数据统计， 1km 2 沙漠土地最大能够安装功率为 100MW 的光伏电池阵列，建设一个规 模为 10GW 的光伏电站只 需 占 用 土 地100km 2， 仅占我国全部沙漠 、 荒漠总面积的 0.012% ， 可以看出我国具有发展超大规模荒漠并网电站的巨大潜力 。2.2 光伏电站选点内蒙古自治区离我国经济发达地区较近， 即离用电高负荷中心和电网主网较近， 因此无论使用哪种方式 （ 高压交流 、 高压直流 、 高温超导 ） 向华东 、 华中地区输电， 相对其他地区建设电站都能使得输电线路成本更低 、 电损更小 、 电网运行稳定性更高， 因此内蒙古自治区的沙漠地区是超大规模光伏并网电站建设的首选区域 。此外， 西藏的羊八井可作为另外光伏开发的能源基地 。 羊八井地区海拔较高 、 地势开阔 、 太阳能充足， 现已建成地热发电站以及小型光伏发电站， 有高压输电线路也已经铺设， 可成为沙漠并网光伏发电站示范区 。3 系统构成超大规模沙漠并网光伏电站与一般小型的光伏电站不同， 除光伏组件和变换装置之外， 相关配套系统也要具备 。 一个完整的超大规模并网光伏发电系统组成如下：3.1 光伏组件是光伏电站最重要的设备， 起到核心作用， 由多个电池板相连而成，寿命一般为 20~30 年 。 其转化率通常在 13~16% 的范围内， 成本占整个系统投资的较大比例 。3.2 功率变换器包括 DC/DC 变换器和 DC/AC 逆变器，功率变换器可可将直流电转换为交流电 。 逆变器的可靠性以及转换效率是至关重要的， 其满负荷运行时的效率通常应在 90~96% 。 负载下降时效率应该保持基本不变 。3.3 太阳光跟踪系统该设备可检测季节变化和时刻变化而引起的太阳光照射角度的改变， 根据照射角度改变来调整阵列支架角度， 使得光伏组件能始终保持最大限度地接收太阳能 。 太能光跟踪系统包括单轴跟踪 、 双轴跟踪两种方式 。 具有太能光跟踪系统的光伏发电系统比相同容量的固定式发电系统具有更高的发电能力 。3.4 聚光系统聚光系统将面积较大的太阳光集聚在面积较小的太阳能板上， 使太阳能板接收的太阳能大幅度增加 。 在功率一样的情况下， 它相对传统的没有聚光系统的发电系统需要更少的光伏组件， 相对减少光伏电池的数量， 降低了系统成本 。 然而， 聚光系统运行复杂， 维护比较麻烦， 不适合在小型光伏系统上使用 。 另外， 在阴雨天气， 太阳光直射能量接近 0， 聚光系统的输出也为 0，而传统的光伏系统在阴雨天气可以利用漫射太阳光继续发电 。 所以， 带有聚光系统的光伏阵列仅适用于太阳能资源丰富的地区建立的大型电站， 尤其适用于超大规模荒漠并网光伏电站 。 目前， 欧美一些国家已经研发出反射型和折射型等方式的聚光系统 。3.5 支撑机构支撑机构不仅要坚固， 还应转动灵活， 以配合跟踪系统的运行， 低成本支撑机构的研发具有与低成本光伏组件研发相同的重要性 。3.6 变压器和输配电装置超大规模荒漠并网光伏电站发电系统位于偏远荒凉的沙漠地带， 远离电力高负荷中心， 要将其发出的电能输送到用电负荷地区， 需要有变压器 、 电缆 、 接触开关 、 断路器等配套的输配电设施 。3.7 气象测量和避雷设施超大规模荒漠并网光伏电站占地面积较大，许多设备都是露天的，为了防止设备被雷而发生损毁，必须配有防雷模块或避雷针等避雷装置 。 同时， 还须在超大规模荒漠并网光伏电站安装气象监测设施， 以获得有用的气象参数 。3.8 组件报废处理设备超大规模荒漠并网光伏电站中有大量的逆变器 、 光伏组件 、 电缆和通用设备 、 阵列支持件， 到达使用寿命年限时会产生大量的报废设备， 若处理不当将会会产生严重的工业污染， 因此要做好废旧设备回收以及循环再利用工作 。4 发展建议超大规模荒漠并网光伏电站在我国具有良好的发展前景， 当前还需要做好以下工作：4.1 减小光伏组件成本昂贵的光伏组件价格导致目前光伏发电成本一直较高， 为建设超大规模荒漠并网光伏电站并增大其规模， 首要任务应该是降低光伏组件的成本 。 可通过完善政策 、 提高行业补贴 、 扩大生产能力 、 提高市场需求 、 提高自动化水平 、 提高光伏电池转化率等措施减少太阳能电池的制造成本， 使光伏组件生产产业更加规模化 。4.2 建设示范站通过建立示范站可以对光伏组件 、 跟踪系统 、 逆变器 、 高压配电设备及聚光系统等核心设施的运行性能及系统配置等参数进行测定， 积累实验数据 、 运行经验， 为超大型荒漠并网光伏电站的建设运行提供支持 。 超大规模荒漠并网光伏电站示范电站在选址时，要综合考虑电力状况 、 自然条件以及社会条件等影响因素 。 电力状况包含负荷种类 、 最小最大负荷 、 新负荷需求 、 电力系统现存的技术材料等 。 自然条件包含湿度 、 温度 、连续阴天天数 、 太阳光辐照度 、 降雨 、 降雪以及风力条件 、 土壤条件等 。 社会条件包含建筑材料供货源 、 地方人力市场 、 示范区的交通线路和输电路线， 物资和设备运输能力及其他设施等 。目前， 在西藏自治区羊八井地区已经建有 100kW 高压光伏示范站 。羊八井地处于拉萨市西北方向约 90km 处， 海拔 4000~4300m ， 处于青藏公路沿线， 青藏铁路也从该地区经过， 交通便利， 地域开阔， 风力 、 太阳能和地热资源都比较丰富 。 羊八井 100kW 高压并网光伏示范站的建成和运行有助于我国为自主研制开发高压并网光伏转换系统 、 光伏跟踪系统等核心技术和设备提供试验场所， 通过分析该电站的运行数据， 我们可以对荒漠并网光伏发电站的技术经济情况做出评价， 并积累运行经验 。4.3 依托青藏铁路阶段开发为充分开发使用青藏铁路沿线资源， 解决青藏铁路供电难题， 我国发展超大规模荒漠并网光伏电站可分 3 个阶段进行 。 第 1 阶段， 在青藏线沿线开发建设可就地使用的中等规模电站； 第 2 阶段， 将沿线光伏电站互连， 形成电站连线， 建设成中大规模并网型电站， 并为青藏铁路提供摘 要： 超大规模荒漠并网光伏电站是极有前途的一种能源开发方式， 将在全球未来的能源结构中占有重要的地位 。 介绍了超大规模荒漠并网光伏电站的一般系统构成， 分析了我国超大规模荒漠并网光伏电站的开发条件和开发前景， 并提出了发展建议 。关键词： 超大规模； 并网； 光伏水利 · 电力· ２４０ ·中华民居 2014 年 4 月电能； 第 3 阶段， 开发建设更多大规模荒漠光伏电站， 并最终形成超大规模荒漠并网光伏发电系统 。5 结 论在沙漠地区建设超大规模并网光伏电站是很有必要的， 在技术上也是可行的， 未来它将成为能源结构中十分重要的部分， 并带来巨大的社会经济效益， 当前， 我国超大规模荒漠并网光伏电站的推广还需要解决一系列技术上和经济上的难题， 例如发电控制技术 、 输电技术 、 高温超导输电技术 、 电力调度技术 、 储存技术等 。 除此之外， 还应加大产业推广， 大力降低发电系统单位造价， 以促进超大规模荒漠并网光伏电站的建成 。参考文献[1] 司德亮， 苏洪涛， 祁东婷等 .荒漠光伏电站的电气设计分析 [J].太阳能，2011， （ 7） ： 43~45， 48.[2] 李文婷 . 荒漠并网光伏电站光伏阵列优化设计 [J].青海科技， 2010， 17（ 1） ： 25~27.[3]20 万千瓦荒漠光伏电站已在青海格尔木开建 [J]. 环境保护与循环经济， 2009， 29（ 8） ： 73.[4] 李文婷， 宋维军 .青海省建设大型荒漠并网光伏电站的可行性 [J].太阳能， 2004， （ 4） ： 49~51.!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!无人机在水利工程中的应用李 长 平（ 云南省水利水电勘测设计研究院 云南 昆明 650000）1 引 言我国是洪涝灾害和干旱灾害多发的国家 。 随着经济的发展， 技术的飞速进步， 水利信息化水平不断提高 。 采用先进空间技术， 结合通信技术 、 信息技术等先进科学技术的信息化测绘技术逐渐被应用到水利工程中， 为水利工程提供了直观的分析和科学决策的依据 。 无人机的应用就是信息化测绘技术在水利工程中应用的典型 。2 无人机在水利工程中的应用水利工程在我国拥有悠久的历史， 由于水利直接关系到农业及国民经济发展， 水利工程是民族生存及发展的重要命脉， 从大禹治水开始， 人们就不断的研究水资源的管理及利用 。 随着计算机技术及遥感测绘技术的发展， 信息化测绘技术逐渐应用到水利工程中 。2.1 无人机在水利工程中应用范围在水利行业中，工程建设及工程管理过程中涉及工程建设环境评价 、 大型水利工程的安全监测等， 都可以应用无人机进行低空遥感， 完成快速测绘及信息监测， 具有数据分辨率高 、 实施快速等优点 。 利用无人机机动性强， 图像分辨率高等特点， 结合空间信息技术手段， 将高分辨率影像和高精度 GPS 系统结合起来，为工程生态环境提高直观的分析和科学决策的依据， 为大型提防工程 、 水库及其他水利工程提高有效的安全监测 。2.2 无人机在水利工程中的应用（ 1） 无人机在水利工程测绘中的应用 。由于现有的普通航空摄影缺乏激动灵活性，而且难以获取云下图像； 卫星遥感受制于时效性不强的影响， 分辨率较低， 对于水利工程等需要重复测绘或监测的工作， 无法满足要求 。 以无人机作为遥感飞行平台，在机体上荷载数据遥感设备，利用遥感数据处理系统作为技术支撑， 融入 “ 3S” 技术， 可以实时对地或对目标水域进行观测及数据的快速处理 。采用无人机技术的测绘遥感系统， 具有快速获取高分辨率图像及快速处理的能力， 在前期检校及测试后， 都可以根据项目需要获取较大比例尺的航空影像资料， 完成数字线规划图 、 数字高程模型 、 数字正射影像图的绘制， 为工程建设提供重要的信息 。 此外， 利用无人机遥感图像技术， 根据水利工程区域内不同时间段的监测图像进行假彩色合成， 能够分析该时间段内水域的淹没范围， 能够分析水流移动方向和移动速度， 为决策者作提供有效信息；利用红外波段的水体辐射率同其他地物辐射率相比， 存在较大差异的特点， 针对目前水域， 选择合适的红外波段， 确定水体的阈值 。 将红外波段辐射过后阈值在该范围内的定位水体， 高出阈值的定义为非水体， 根据该原理， 可以计算水利工程区域内水位值及水位覆盖面积， 便于为工程提供科学参考依据 。（ 2） 无人机技术在水利工程动态监测及水域环境监测中的应用 。我国水资源丰富， 水域河流众多， 众多水利工程对国民经济发展和人民生命财产具有重大影响 。 利用无人机技术， 对水域实施动态监测， 能够查明范围内水域的变化情况， 通过掌握的水域基础数据来建立水域调查 、 水域统计及其他管理制度， 逐步实现水域管理的信息化， 满足社会经济发展和水域管理的需要 。 利用水域动态监测结果， 建立水域变化及非法水域占用资料， 为水利管理提供依据 。（ 3） 无人机在水利工程水土保持作用中的应用 。由于自然地理环境和社会经济条件的特殊性， 我国水土流失较为严重， 以成为目前最主要的环境问题 。 水土保持是水利工程重要作用之一，由于水利工程规模较大，对水域内水土保持及水土流失情况进行统计，单纯依靠人工处理， 无法确保数据的准确性 。 可以利用无人机技术调查土壤侵蚀定量来完成水土保持的研究 。 由于土壤侵蚀原因及过程较为复杂， 受到多种自然环境及人为因素影响， 根据不同土壤侵蚀类型和影响因子的不同， 参考土壤侵蚀房产因子指标， 结合遥感技术及常规方法， 在GIS 中存取 、 表达和计算， 完成土壤侵蚀定量的计算 。 利用无人机获取的遥感图像， 对水土流失情况 、 现状及发生特点和趋势， 进行科学分析并及时制定针对性改善策略， 加快水土流失治理， 确保水利工程的实际效用 。2.3 无人机在水利工程中的航摄成图（ 1） 外业像控点布设方案及测量 。 像片控制点测量采用区域网布设方案， 在照片拍摄之前进行实地布标和航拍后明显地物点相片刺点的方法 。 像控点分为平面控制点 、 高程控制点和平高点 。 根据各项目具体特点， 水利工程内所有像控点皆为平高点， 像控点一般布设在沿河道的两旁公路边或地面较平坦处， 由于涉及到淹没的问题， 所以在较平坦的耕地集中处布置较多像控点； 田间工程等区域平均布点 。（ 2） 航空摄影 。 航线网布点将航向分段设置为多个平高点， 确保航线首尾末端上下的控制点布设在通过主点并且垂直于方向线的直线上， 确保上下点在同一立体相对内 。 根据摄影区域进行航线设计， 确保测量区域之间存在重叠度，一般设置航向重叠为 60~70% ，旁向的重叠为 30~40%。 选择无扬尘 、 云雾少 、 大气透明度好 、 地表植被或其他覆盖物对成图影响较小的季节进行摄影， 根据地形条件， 选择合理的摄影时间 。（ 3） 立体测图 。 在全数字摄影测量工作站上进行内业数据采集， 像对定向元素直接由加密成果导入测图工作站， 利用已有的加密资料， 恢复测区， 每个模型在自动相对定向下重新相对定向， 然后生成核线 。 数据采集以成图的模型为单位进行， 每一幅图存放一个文件， 文件名与图幅编号一致， 扩展名为 xyz， 然后经转换程序直接转成 cass数据 。3 结束语无人机技术应用到水利工程中， 遥感技术 、 信息技术 、 计算机技术 、无线通信技术等先进科学技术的整合 。 通过无人机能够对水利工程实施测绘 、 对水域实施动态监测及环境监测 、 有利于确保水利工程的重要作用， 对水利工程具有重要意义 。参考文献[1]李德伟 .无人机航测成图在水利水电工程中的应用 [J].城市建设理论研究 （ 电子版 ） ， 2013， （ 16） .[2]张启元 .无人机航摄技术在高原峡谷区水利工程中的应用 [J].青海师范大学学报 （ 自然科学版 ） ， 2013， 29（ 3） ： 65~68.[3]张君， 李俊 .无人机遥感系统在走马塘拓浚延伸工程环水保管理中的应用 [J].水土保持应用技术， 2013， （ 5） ： 23~24.摘 要： 无人机具有机动灵活的起降方式 、 低空循迹的自主飞行方式， 具有快速响应的数据获取能力， 应用到水利工程中具有重要作用 。 利用无人机携带相关设备及时获知遥感航空影像和工程数据， 便于及时构建三维模型， 为工程提供直观的分析和科学决策手段 。 本文简单探讨无人机在水利工程中的应用 。关键词： 无人机； 水利工程； 无人机技术； 水利测量水利 · 电力· ２４１ ·