水光互补发电站推广应用的可行性分析

雪月枫林

  摘要：水力资源与太阳能辐照资源都是清洁的可再生能源。本文结合水力发电和光伏发电的特性，根据两者在实际应用过程中存在的问题，分析了水光互补发电系统的优势以及存在的难度；在偏远地区，建设大型光伏电站作为水力发电的配套工程，可以提高水力发电站的运行效率，并有利于农业生产的供电保障。从对环境的影响角度说明水力-光伏结合的电站是完全无污染的可再生能源的良好结合，是可行的。

　　随着全球经济的快速增长，能源消耗总量也大幅度增长。煤炭、石油和天然气等常规能源的消耗量越来越大。常规化石燃料能源不仅将不能满足人类社会的发展，而且因化石燃料燃烧过度消耗引起的全球变暖和生态环境恶化也给人类带来了前所未有生存危机。在这样的情势下，发展新能源就显得非常重要而紧迫。水能，太阳能都是清洁无污染的可再生能源。我国河川水能资源丰富，理论蕴藏量为5.92万亿kWh/a，技术可开发资源为1.92亿kWh/a，在世界各国中均居第一位。

       建国以来，我国水力发电工程得到了长足而快速的发展，相继建立了龙溪河、古田、狮子滩等一批中小水电站和龙羊峡、葛洲坝、三峡等具有世界先进水平的大型。水电站水电站的自动化运行监控技术和水情自动测报技术等都有了较大的进步，水力发电前景广阔。太阳能光伏发电产业是20世纪80年代以来世界上增长最快的高新技术产业之一。据专家预测，到2030年太阳能发电将在世界电力的供应中达到10％左右，2050年太阳能发电将占总发电量的13％~15％，到2100年将约占64％。我国光伏产业从2003年起增长加快，现在已经成为第一电池生产大国，到2020年我国光伏产业的技术水平有望达到世界先进行列。

       水力发电和光伏发电都具有分布分散，供应不连续以及受季节天气变化的特点。在光伏系统中，通常以增加光伏系统的规模或采用其他的电力来源-混合供电系统来满足光伏系统的大功率供电需求。水光互补发电系统就是在考虑环境效应和环境价值的基础上提出的具有资源互补的研究模型。2009年，世界第一座数10MW级水光互补电站落户玉树，实现了光能与水能之间的互补，河水结冰时照样能发电，使得冬季枯水期也能进行发电，这就可以解决玉树州水电站冬季发电不足的问题。在我国的西部和某些农村地区，推广水光互补发电模式不仅对解决农村电力供应问题具有重要意义，还能对农业的发展起促进作用。

1光伏发电与水力发电的特点

　　1.1水力发电的特性

　　水电作为清洁的可再生能源，在我国乃至全世界的能源分布中都占有极其重要的地位。水电站包括利用河川水能资源发电的常规水电站以及潮汐电站及抽水蓄能电站。它具有如下特点：

　　1）发电成本远低于以煤、石油为燃料的火力

　　发电站和核裂变电厂，一般只有火力发电成本的十分之一[7]，而且不排放有害气体和烟尘，也没有核污染；

　　2）在管理和运行上有很大的机动性和高度的适应性，有储备职能；

　　3）水电站在运行上经济可靠，一定比重的水电装机容量，对系统调峰和安全经济运行极为有利。增加了整个电力系统的安全性和可靠性；

　　4）水电站的水库可以综合利用，如防洪，防凌；向农村和城市供电，满足农田灌溉、工业和生活用水的需求；在水库下游形成良好的通航航道，发展航运等；

　　5）不需要燃料，在战争年代仍可以正常运行，具有国防意义[8]。

      1.2光伏发电的特性

　　太阳能光伏发电系统主要由光伏组件、控制器/光伏逆变器、交直流配电系统、监控系统等几部分组成。光伏电站的主要设备是电子设备及相关电器设备，因此太阳能光伏电站具有如下特点：

　　1)整个光伏系统不涉及机械部件，没有回转运动部件，运行过程无噪声；

　　2)没有燃烧过程，发电过程不需要燃料，太阳光是其能量来源；

　　3)发电过程无废气污染，无废水排放，整个发电过程零排放；

　　4)设备安装和维护都十分简便，维修保养简单，维护费用极低，系统整体性能可靠稳定，使用寿命很长，作为关键部位的晶硅太阳电池组件的使用寿命可以达到25年以上；

　　5)光伏系统环境条件适应性强，可在不同环境下正常稳定工作；

　　6)光伏系统能够在长期无人值守的条件下正常稳定工作；

　　7)光伏系统可根据需要很容易进行容量扩充，扩大发电规模。
2两种资源结合的优势
　　 2.1资源互补优势
　　水力资源与太阳能辐照资源都是清洁可再生能源，但由于自然资源本身所具有的特殊性，导致其都存在资源利用方面的瓶颈，例如：水力资源每年都存在丰水和枯水的周期性变化；太阳能光伏发电受昼夜变化的影响，以及每年春夏秋冬季节变换的影响。虽然水力、阳光因其自身资源的特殊性各有不足，但如果将两者结合起来考虑，夏季干旱缺水的时候，水力资源不足，但是天气晴朗，太阳能资源相对丰富，空气洁净度高，这对太阳能光伏发电非常有利，所以若将太阳能光伏电站与具有水库调节能力的水电站并网互补运行，不仅为充分利用清洁可再生能源，提高水力发电站的运行效率提供了一种很有效的途径，也为节能减排转变经济发展方式，以及水利水电企业创新发展并更多、更有效地利用清洁可再生能源等资源提供了新的途径。
　　2.2技术互补优势
　　光伏电站的建设和水电站的建设存在较多相似之处，主要体现在土建和电气安装部分，并且光伏电站的建设相对水电站来讲会更加简单和容易。由于光伏系统安装在山区的斜坡或上，并且基础建设部分主要是斜坡的平整和光伏阵列的支架安装，由于有了水电站建设的基础，从而使得光伏系统的户外部分安装简单易行。在输配电方面，由于水电站已经建有变电房并安装好相关的升变压装置，并且有成套成熟的输变电技术，可以为光伏电站的配电和输变电提供重要支撑。
　　2.3设备互补优势
　　在设备的使用上，由于水电站已经建有相应变电房和升变压装置，且有完整的输电网络，因此，太阳能光伏系统的变电及输电部分可完全共用已有的设备，可大大提高设备的使用率并降低系统成本，同时可缩短光伏系统的建设周期。

爱吃桔子的萝卜

好东西，在别的网站看到过，中山大学太阳能系统研究所 孙韵琳写的吧？

164zcl

好主意啊，相辅相成。

sjf2010

想法很好，目前有示范项目没有？