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光伏组件商纷纷将触角伸向下游,暂时缓解了组建的积压和库存压力,但短期内光伏电站的扎堆建成,会否让这一产业从一个泡沫演变成另一个泡沫?
当下,光伏组件市场一片萧条,制造商们亏损不止。但光伏电站市场逐渐兴起,让企业家们重新看到了希望。
政策的明朗化,无疑又给了他们一颗定心丸。12月19日,国务院常务会议确定的促进光伏产业发展的五项措施,被看成是光伏产业的救市之举。英利集团公共总监梁田表示:“国家最高层能为一个产业的发展专门召开会议,这并不多见。至少在光伏行业,从未有过。”
而早在10月份,国家电网公司《关于做好分布式发电并网服务工作的意见(暂行)》。其核心内容是:11月1日起,国内分布式光伏发电项目将可享受全程免费的并网服务,并可以自发自用、余量上网。由此,萦绕在光伏发电企业头顶最大的魔咒被打破。
密集的政策扶持以及电网前所未有的高调表态,犹如添了两把新火,致使一股浩浩荡荡的光伏电站投资热浪,正扑面而来。
逆市突围
此前,光伏危机愈演愈烈。在2011年下半年急速加剧,致使很多企业家来不及反应,便走向了破产。
现实很残酷。昔日,那些企业家仍旧怀揣着美好梦想,期待客户排队等候抢购光伏产品的场景,一去不复返。在产能过剩和欧美“双反”的打压下,他们被悉数打回了原形。
在光伏产业时,施正荣、彭小峰和他们的企业曾是财富的代名词,如今恰恰也成了这场光伏产业落潮后,裸泳者的代表。隐退、辞职、倒闭等等,撞击着每位行业人士的耳膜。
惨淡的市场行业,让光伏企业选择了集体突围。他们共同的选择是向下游挺进——建电站。在这场新一轮的光伏竞争中,无论是民企、国企还是外资企业都纷纷粉墨登场。
10多年来,一直较为谨慎、未曾涉足光伏电站领域的英利集团,目前已开始在光伏电站投资中发力。2012年12月17日,中国中材、新疆生产建设兵团、英利集团三方在保定签署光伏电站项目的战略合作框架协议,一个计划120兆瓦的光伏电站将落户新疆。
在光伏电站另一个领域——分布式发电,该公司也早已布局。有消息称:2012年6月30日前,英利集团就开始在国资委、财政部、工信部、教育部等数十个部委机关及下属单位近100座大楼的屋顶,统一安装上太阳能电池板。其规模计划为10兆瓦。
英利集团公关关系总监梁田坦言,从国家政策支持力度来看,政府不会放弃光伏产业。所以,他们需要抓住这次难得的机遇,拓展业务范围,提升企业自身的竞争实力。他说:“我们大型地面电站和分布式发电都在做,这是两个方向。”
当然,民营组件制造商涉足光伏电站投资,不止是英利一家,尚德、天合、海润等一批民营企业都有涉足。尽管在外界备受争议,但尚德也没有停止进入光伏电站的步伐。早在5月份,尚德就与江苏辉伦太阳能签订战略合作协议,双方将共同拓展国内的光伏电站工程,主要涉及大型光伏电站、屋顶电站的共同开发、建设、投资。
而天合光能与江苏盐城签订合作谅解备忘录,将在未来几年,利用盐城广袤的荒弃滩涂资源,使用公司全球领先的优质组件和依靠公司的系统技术能力,寻求开发建设百兆瓦级太阳能电站。
不单单如此。5月,力诺太阳能电力集团启动了刚刚成立后的第一个电站项目,斥资2600万元投建1MW光伏电站。7月份,保定涞源县甚至宣布,科诺伟业公司将在涞源县建设100兆瓦光伏电站。
与此同时,多年来光伏领域主要被民营企业所占据的格局正在被打破,光伏电站成为打破这一格局的突破口。国有企业正借助其优势在这个全新的领域,迎头赶超。
在青海,这个中国光伏电站最集中的竞技场,云集了数十家光伏企业。其中,单2011年就有40多个光伏发电项目得到政府核准。建成和在建的有国电、国投、中广核、黄河上游水电开发有限公司等多家大型央企。当年年底,核准的1010兆瓦容量将全部并网发电,预计累计完成投资170亿元。除了这些原有的发电企业,甚至包括中石化、中海油以及美国MEMC、法国道达尔也都投下巨资,进入国内光伏电站市场。
当然,除了青海,在甘肃、内蒙、新疆等地广袤的荒野中,皆有企业投资光伏电站的印记。那些乘机出差途经中国西北荒漠的人,时常会从高空捕获到这些蓝色电池板集群,在阳光下闪闪发光。
随着各种利好政策的密集出台,建光伏电站会成为中国光伏产业新的出路吗?
出路还是圈套
在这场史无前例的光伏保卫战中,一向低调而谨慎的“光伏教父”杨怀进,作为海润光伏的CEO终于从幕后走向了台前,他直言:做电站是当下行业唯一的出路。
2012年2月,海润光伏借壳上市成功,这为其拓展光伏电站业务奠定了基础。而为了投资光伏电站,海润光伏资本运作频频。
5月,海润光伏拟定向增发不超过5.03亿股,发行底价7.56元/股,融资约38亿元,投入海外电站和技术研发项目,其中光伏电站拟耗资19.8亿元。7月,海润光伏拟向国家开发银行申请不超过4800万欧元中长期借款,以满足在海外光伏电站项目建设的资金需求。
9月,海润光伏公告称,其将分别在甘肃省金昌市和新疆柯坪县投资设立新公司,进行20兆瓦光伏电站项目建设,投资额均为2.46亿元。公告称,金昌海润的项目回收期为6.55年,而柯坪海润的投资项目回收期为8.28年。
在杨怀进眼里,光伏组件生产企业建电站最大的好处,就是扩大产品销路,迅速回笼资金。他曾表示,只要收益率达到8%以上,建电站就能盈利。在光伏寒冬中,保持资金链显得尤为重要。2012年以来,海润光伏将已并网的电站陆续出售,保守预计均有10%的利润。
对于建光伏电站是未来电池组件制造企业的出路,宁波日地太阳能公司副总经理王振军也深信不疑。12月下旬,接通记者电话时,他正在青海忙碌光伏电站的事。这家国内光伏领域元老级的企业,几度沉浮,在如今的光伏寒冬中也在积极寻找出路。
据王介绍,由于当地政府的支持和国家电网的积极介入,如今青海省大型地面电站发电的并网情况很好,基本上都可以并入电网。对此,他们进行项目建设,少了很大的后顾之忧。此前,在格尔木市东30公里的戈壁滩上,一座330千伏变电站已经建成,作为柴达木光伏电站群最为重要的配套电网工程之一,它将用于当地光伏电站并网输送。
青海,目前是国内大型光伏地面电站最集中的区域,电网配套已经基本得到解决。但是,在青海之外,相应的配套却略有滞后。徐元江,这个入行3年多,现任力山东力诺太阳能电力集团内蒙古项目经理的年轻人,对于光伏电站也有颇多感触。
论述了大功率光伏并网逆变器的基本原理,采用先进最大功率点跟踪技术(MPPT)和高效的SVPWM逆变器技术,实现直流太阳能转换为电网工频交流电能,且确保以功率因数1输出高质量的电能波形。研制了500KW试验样机,实验结果表明该主电路拓扑及软硬件设计的正确性和可行性,且具有良好的并网性能。
【关键词】DSP 最大功率点跟踪 大功率光伏并网逆变器 SVPWM
随着光伏发电技术的不断发展,太阳能光伏发电逐渐朝着平价上网的方向前进。当前光伏电站的整体造价偏高成为限制光伏全面应用的一个重要因素,逆变器作为光伏电站中的关键设备,其技术和价格都对光伏电站有重大的影响。
目前国内光伏发电主要以大型光伏电站为主,采用的并网逆变器90%以上是单机500kW的风冷型逆变器。
本文描述一个实际应用到现场的风冷型500KW光伏逆变器设计过程,阐述三相电压源型PWM系统组成,并对控制策略进行了分析和研究,采用西门康公司的智能功率模块SKIIP2403和德州仪器(TI)公司的DSP芯片TMS320F28335设计了500KW原型样机。最后的实验结果表明采用PWM控制的逆变器适合应用于大型光伏电站,市场前景广阔。
1 光伏并网发电系统组成
光伏行业主流的大型光伏电站系统主要由主要由光伏阵列、汇流箱、直流柜、并网逆变器、双分裂升压箱变和SVG无功补偿器组成,整个系统组成如图1所示。
如图1所示,太阳能电池板将太阳能转化为直流电能,目前行业使用的太阳能电池板多为功率240W~260W,开路电压为37V~45V,通过对多块电池板串联后,使得整串电池板开路电压约为800V~900V后,送入到汇流箱中,常见的汇流箱为16路输入,1路输出。
8~10台汇流箱送入到1台直流柜中进行汇流后,送入到500KW光伏逆变器中,经过光伏逆变器的变流功能,将直流电能转化为工频交流电能,馈送到电网。
2 并网逆变器控制原理
由图1大型集中式光伏并网电站系统组成可知,并网逆变器是整个发电系统的核心装置,决定着整个系统的性能。本文所设计的并网逆变器主电路拓扑采用三相全桥DC-AC结构,其控制流程如图2所示。
从图2并网逆变器控制结构图中可知,并网逆变器控制结构本质上是自寻优MPPT算法+电压电流双环控制。
自寻优MPPT算法通过采样逆变器当前输入电压和输入电流信号,计算输入功率,进行比较,根据输入功率的大小不断调整并网逆变器的直流工作点电压,最终使得并网逆变器的工作点沿着光伏阵列最大功率曲线变化。
逆变器根据MPPT算法得出电压外环的指令信号和电压霍尔采集到的反馈信号,求取电压环误差信号,该信号经由PI调节器环节后输出电流环有功电流幅值指令。
本文设计软件控制算法是在DQ旋转坐标系下进行的研究,即电流环有分为两个支路:一路为有功电流环,其给定指令信号由电压环输出得到;另一路为无功电流环,该环给定指令由电站后台调度下发,默认为0。如此设计控制算法的一个好处,实现了无功电流和有功电流的完全解耦控制,控制思路清晰,易于独立控制。
最后,有功电流环输出和无功电流环输出,通过SVPWM算法,实现控制量由2相旋转坐标系转到3相静止坐标系下,最终直接得到三相全桥的6路PWM驱动信号。
3 硬件设计
本文设计的光伏逆变器采用DSP+FPGA双CPU作为核心数字控制器。系统以DSP(TMS320F28335)作为主控芯片,实现控制算法和PWM波发送;以FPGA(EP2C8Q208I8N )作为辅控芯片,实现ADC采样,故障处理,接口扩展。DSP通过外总线与FPGA进行数据交换。
逆变器核心功率器件采用德国西门康公司智能功率模块SKIIP2403,内部有6只IGBT组成三相桥臂,还集成了各种IGBT的驱动电路以及异常情况的检测单元,如短路检测、过流检测、欠压检测、过温检测等。当上述的任一异常信号检测到时,SKIIP模块的FO信号可以通过光耦隔离后送到DSP的功率驱动保护引脚,以实现相应的保护。
4 软件设计
利用DSP控制电路的优点结合逆变器装置的控制算法,设计了采用固定开关频率的逆变器控制系统软件。系统软件由主程序和中断服务子程序构成。其中AD采样、有效值等变量计算、锁相控制、核心控制等对实时性要求较高的模块均放在中断服务子程序中执行,而初始化、状态机及参数设置等功能模块放在主程序中执行。
5 实验结果
依据上述方案,本文设计了一台500KW光伏逆变器样机,额定电压315V,额定电流925A。考虑到并网逆变器与电网直接关联,交流侧输出电流决定着并网逆变器性能,因此系统实验主要关注电流谐波和功率因数两个指标。
从图3样机实验波形看出,三相系统具有较好的正弦输出电流波形,且三相电流保持平衡。
6 结束语
本文详细阐述光伏行业主流的大型集中式光伏并网电站系统组成,并对光伏逆变器的控制系统流程进行的概述。基于本文阐述的软硬件设计方案,设计的500KW并网逆变器能够有效实现光伏阵列并网发电功能,同时可以实现发电时能以单位功率因数输出平滑的正弦电流,基本达到满功率时的电流THD
参考文献
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关键词:太阳能光伏技术;常规能源;生态化;广场设计
1前言
随着我国改革开放成果的日益突显以及人民生活水平的普遍提高,不论城乡,人们对各类广场的需求更为迫切,广场设计不但要追求使用功能,更要注重人文景观的设计与建造,这样才能使我们的广场设计更加接近自然、更加舒适、设施更加齐全(如照明、采暖、制冷等设施)、材料更加环保等等。然而,有数据统计,如果全球的能源开采量保持在目前水平上,那么地球上的石油将在42年后枯竭、天然气和煤炭也将分别在66年和150年后耗尽[1]。因此,在设计建造各类广场项目过程中,就要合理规划利用各类能源,特别是要关注清洁能源的开发利用。太阳能作为一种使用方便简洁的再生清洁能源,把太阳能光伏技术应用在各类广场一体化设计中是值得深入挖掘和研究的。
2太阳能光伏技术在广场设计中的应用研究背景与意义
2.1研究背景
世界各国,特别是日本、德国、法国、英国、意大利、美国等发达国家都是能源消耗大国,他们对太阳能在各个行业的应用技术研究早已开始并取得了重大突破。著名的集热蓄热墙采暖技术就是由法国人菲利克斯•特朗勃发明的。同时近几年来由太阳能提供给建筑物全部能源消耗的“零能耗房屋”的面世,真正做到了能源利用清洁化、无污染,这也代表了21世纪太阳能光伏技术在建筑行业的发展趋势。我国幅员辽阔,有着十分丰富的太阳能资源。除了局部地区不太适合太阳能开发利用外,我国绝大部分地区都适合太阳能的开发与利用。据估算,每年中国陆地接收的太阳能辐射总量相当于24000亿吨标准煤,年均辐射量约为5900兆焦耳/平方米[2]。我国太阳能光伏技术应用研究始于70年代末,通过近40多年来不断地探索与实践,太阳能光伏技术设备已大量投入社会实践生活当中,得到了良好的社会与经济效益,太阳能光伏技术的开发与研究工作取得阶段性的成果。为此,在广场设计中合理、有效地利用太阳能光伏技术不但可以减少常规能源的消耗,而且对于防治环境污染、雾霾有着积极的引导作用。因此,当前应该积极提倡“广场设计生态化、能源利用清洁化”这一概念。当然随着科学技术的进步,太阳能光伏技术的开发利用效率会日益提高,施工成本会日益下降,这都为持续扩大推广太阳能光伏应用范围创造了积极条件。
2.2研究意义
各类广场建设是我国城市及新型村镇建设中不可或缺的一环,研究太阳能光伏技术在广场设计中的应用有以下几点现实意义。2.2.1倡导低碳环保生活,提高国民生活质量近些年随着我国改革开放成果的突显,人民的生活质量有了显著的提高,在各类广场设计建设中配套相应的照明、音响、制冷、制热、生活用水技术已成为广大城乡广场建设的基本要求与配置。各类广场建设施工中对太阳能光伏技术的积极引入,不但能节省大量常规能源,而且对改善城乡环境、治理雾霾,推进人民生活水平与身体健康有着积极的作用。2.2.2推进可持续太阳能绿色能源建设,逐步减少环境污染经过这些年对常规能源的无遏制开采,人们已经意识到了使用常规能源带来的一系列问题的严重性。人们在消耗常规能源的过程中排放出大量的环境污染物,这不仅导致了资源匮缺问题,而且直接影响到了人类健康和生存环境,大气雾霾日益严重,在此情况下,太阳能作为一种绿色环保的清洁能源,太阳能光伏技术的利用恰恰适应了与生态环境相协调的绿色环保能源要求。因此在广场设计中积极推广应用太阳能光伏技术,不仅可以减少因耗用常规能源而产生的污染物的排放问题,而且对于保护生态环境,减少空气污染,防霾治霾等将发挥积极的作用。2.2.3优化能源结构,积极推进可再生能源利用我国常规能源资源储存非常有限,无外乎煤炭、石油和天然气,如无节制开采,终有一天会枯竭。为此,在广场设计中大力推广利用太阳能光伏技术,不仅仅因为太阳能是一种绿色、清洁能源,而且对抑制常规能源消耗,优化能源结构,都将具有非常重要的意义,确实是一条可行的可持续发展道路,值得推广。2.2.4太阳能资源用之不竭,取之不尽我国幅员辽阔,太阳能资源取之不尽、用之不竭。据估算,每年中国陆地接收的太阳能辐射总量相当于24000亿吨标准煤,年均辐射量约为5900兆焦耳/平方米[2]。除了局部地区(如四川、贵州等地)不适合太阳能利用外,我国大部分地区都适合利用太阳能。按科学估算,太阳的寿命约600亿年,地球寿命约为50亿年,因此,相对于只有数千年文明发展史的人类社会和更短时间人类使用矿物燃料的历史,可以说太阳能是用之不竭的一种永恒性清洁能源。
3太阳能光伏技术在广场设计中的应用原则
广场作为城乡特定公共开放空间的重要组成部分,表现为一个整体的、统一的特定区域空间,从视觉上表现为设计景观元素的多样性和技术性,如植被、树木、喷泉、雕塑、健身器材和现代化照明技术、音响技术、空气净化技术、供水技术、公共厕所服务技术等在广场景观环境设计中缺一不可,这些都需要太阳能光伏技术来支撑和帮助。因此,规划设计好太阳能光伏技术在广场设计中的科学、合理开发与应用,对提升一个城市的美誉度与知名度、对外增强城市的吸引力尤为重要。太阳能光伏技术在广场设计中的应用原则可归纳为以下几个方面:
3.1“以人为本”的应用设计原则
广场设计的最终目的是应用艺术、科技等手段,来满足人在社会环境中的存在与发展的需求。城乡广场的设计与规划应充分体现对“人”的关怀情节。以前的广场一般以绿地和铺装为主,面积小,基本没有空气净化系统、音响系统、高科技灯光系统;现代广场设计则充分体现了科技为民服务,“以人为本”的设计原则,出现了大片的绿地,饮用水处理技术、空气净化技术、高科技灯光技术、音响技术、空调技术等,并通过把太阳能光伏技术引入广场设施配置和改造工程中,基本实现了广场的“功能性”、“科技性”和“环保性”,强化了绿色能源利用与环保意识,强化了广场作为城市“客厅”与“城市名片”的概念意识。现代广场的规划设计常以“人”为主体,体现“人性化”,其使用性进一步贴近了民众的生活。1)广场不仅要有足够的铺装硬地供人活动,同时也应保证不少于广场面积25%比例的绿化地,而绿化地的灌溉、除草等各类保障设施均需要太阳能光伏技术来保障,以便为人们提高生活质量、缓解气候变换,丰富景观层次和色彩。2)广场中需有灯光、坐椅、直饮水设备、公共厕所、大型电子屏、书报亭等服务设施,而且还要有一些景观雕塑、景观小品、音乐喷泉等来充实设计内容,以使广场更具有文化内涵和艺术感染力。这些基本设施的正常运行都需要太阳能光伏技术来作保障,只有做到设计有创意、布局合理、环境优美、功能齐全、节能环保,才能充分满足广大市民大到高雅艺术欣赏、小到健身娱乐休闲的不同需要。3)提高人文景观的实用性与科学性,其中形、声、色是人文景观设计三大基本要素。不论是亭台画廊、还是瀑布池水,都会给人带来回归自然的感觉,给人以无限的遐想与美的生活享受。但无论是人工飞瀑、亭台楼阁、音乐喷泉都需要太阳能光伏技术提供保障才能带给人激情,满足人的视觉享受与心灵共鸣。
3.2凸显照明景观设计应用原则
现代人的夜生活越来越丰富,城乡广场的亮化已经成为城市建设中的重点问题。城市广场照明是利用灯光塑造城乡夜景的一种照明技术,对于美化城市,展现城市个性,提高市民生活质量,改善投资环境,促进旅游业的发展等均起着积极的作用[3]。只有在设计中深度融合太阳能光伏技术,才能因地制宜、整合空间内各种元素,协调好它们的相互关系,才能取得良好的音视四维效果。
3.3结合当地光照条件,合理融合建筑设计观的原则
首先使用太阳能光伏技术建造的文化广场在设计的时候必选要做到考虑当地光照因素,因为在不同的地区与季节光照都存在着比较大的差异,整合太阳能光伏技术设计的文化广场要充分利用日照条件。同时,使用太阳能光伏技术建造的文化广场还要满足人们对于文化广场的审美需求,但是就目前的国内建筑设计情况来看,将以上两点原则综合设计到一个文化广场之中是需要下一番功夫的,这就需要我们在做设计时合理统筹设计与太阳能光伏技术的关系,最终达到技术与艺术的统一。
3.4合理开发利用太阳能,实现能源生态化原则
广场设计中要尽可能使用生态能源与材料,尽可能将材料循环使用,最大限度地发挥能源与材料的潜力[4]。太阳能光伏技术是太阳能在日常生活之中最常见的技术手段,我们在各类广场设计建设中使用太阳能光伏技术的时候首先应该考虑的就是太阳能光伏技术的绿色环保与效益,只有综合考虑太阳能光伏技术的科学参数、材料应用以及建筑物周遭环境的种种情况,才能将太阳能光伏技术恰到好处的应用到现代广场设计当中去,实现能源应用生态化,科技化,才能把城乡广场设计做到最佳。
3.5效益兼顾原则
现代城乡广场用地空间和综合解决环境污染问题日益显现。因此,在进行广场规划设计时要有“生态先行”的人文与环境协调发展的、建设与效益兼顾的原则。太阳能光伏技术作为绿色资源在建筑行业之中的应用是一个相当新颖的概念,在当前社会,太阳能资源主要应用在太阳能发电、太阳能热水器以及太阳能空调还有太阳能暖气等等,这些太阳能光伏技术的应用只局限于较小的领域之内,与其他能源利用相比,花费的成本较低。同时这些设备之中的集热技术在太阳能光伏技术之中起到了关键的作用,所以在文化广场设计使用太阳能光伏技术过程中需要兼顾经济效益、社会效益和环境效益并重的原则。
4结语
文化广场是城市文化广场与新农村文化广场设计的主角,体现着现代城乡的多样性与发展水平。随着传统能源的开发造成的能源危机与环境问题越来越严重,能源问题摆在了每个人的面前。作为一个设计师,在现代广场规划设计中,要有意识加大对太阳能光伏等清洁能源技术的推广与应用,可以说太阳能光伏技术在广场设计中的应用对社会经济发展起着一定的推动作用。作为一名优秀设计师,我们不但要求设计作品的艺术性与科学性,更要注重生态、节能、环保,创造富有人文特色和节能环保的各类城乡广场,主动遵从太阳能光伏技术在广场设计中的应用原则,提高广场的节能环保理念,走可持续发展道路,积极主动了解新能源技术的应用规范,以便在设计中倡导和利用太阳能光伏等可再生资源,进一步为人们设计出舒适、美观、绿色、环保的各类城乡广场。
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关键词:分布式电源 并网
一、分布式电源技术
分布式电源的优势在于可以充分开发利用各种分散存在的能源,包括本地方便获取的化石类燃料和可再生能源,并提高能源的利用效率。分布式电源通常接入中低压配电系统,使包含光伏发电、风力发电和先进的电池储能系统等环境友好型分布式电源安全、无缝地接入电力系统。配电系统已不再是传统的、仅具有分配电能到末端用户的功能,而将演变成收集分散、随机变动的电力并把他们传送、分配到任何地方的功率交换系统[1]。
1.1分布式电源的特点
美国电气和电子工程师协会(IEEE)对分布式电源的定义为接入当地配电网的发电设备或储能装置。[2]具有以下特征:
(1 )直接向用户供电,电流一般不穿越上一级变压器。这是分布式电源的最本质特征,适应分散式能源资源的就近利用,实现电能就地消纳。
(2)供电可靠性高,各分布式电站相互独立,可以自行控制,可以在大停电时维持全部或者部分重。要用户或地区供电,减少大规模停电事故。
(3)发电类型主要为可再生能源发电,有效减少环境污染。
1.2分布式电源的分类
根据分布式电源使用一次能源的不同,可分为基于:化石能源、可再生能源以及混合的分布式电源技术。基于化石能源的分布式电源技术主要由以下几种构成:往复式发动机、微
型燃气轮机、燃料电池;基于可再生能源的分布式电源技术主要由以下几种构成:太阳能发电(光伏、光热)、风力发电、地热发电;混合的分布式电源技术通常是指两种或多种分布式电源技术及蓄能装置组合起来,形成复合式发电系统。目前一个重要的方向是热电冷三联产的多目标分布式供能系统[2],通常简称为分布式供能系统。其在生产电力的同时,也能提供热能或同时满足供热、制冷等方面的需求。
同时,根据分布式电源与电力系统的接口技术进行分类[3]。主要分为两类:直接与系统相联(机电型),通过旋转式电机直接发出基频交流电则属于这一类,像小型燃气轮机、地热发电、水电、光热发电等;通过逆变器与系统相联(电力电子型),发出直流电的分布式电源(如风力发电、光伏发电、燃料电池及各种电能存储技术)或发出高频交流电的分布式电源(微透平),然后经变流设备转换为交流电。
二、分布式电源对系统的影响
2.1电能质量
由于风能、太阳能的波动性及间歇性导致系统电压、功率波动,风电机组中的电力电子设备及光伏电站中逆变器产生的大量谐波,严重影响了分布式电源的要接入系统电能质量。
2.2稳定性问题
风力发电和光伏发电功率输出波动大,不确定性程度高,难以调节。这样,就需要较高的发电备用容量。而风速和光照的波动性和随机性引起风力发电和光伏发电出力多变,导致其接入系统的电压难以预测。
2.3对继电保护的影响
我国低压配电网主要是单侧电源辐射型供电网络。电网大量的继电保护装置早已存在,分布电源的接入,改变了系统的结构,影响了系统的短路电流,缩短了保护范围,保护动作的灵敏度与准确度都会受到影响,会造成保护的误动、拒动,重合闸不成功等问题。
2.4孤岛运行的问题
孤岛效应[4],根据美国Sandia国家实验室定义:当电网因故障事故或停电维修而跳脱时,各个用户端的分布式电源未能即时检测出停电状态而将自身切离电网,而形成由分布式电源和周围的负载形成的一个电网无法掌握的自给供电孤岛。
孤岛运行首先要解决的是如何形成合理的优化孤岛,即最优孤岛划分。配电网的最优电力孤岛首先应满足功率平衡、电压和设备载流量等电气约束;其次,应保证重要负荷优先得到供电恢复,且恢复供电的负荷总量尽可能多;此外,还要考虑孤岛的网络损耗尽可能少。
三、解决措施
(1)采用储能技术可以弥补新能源发电的随机性、波动性,并实现新能源发电的平滑输出,提高电能质量、降低对电网的影响,使大规模风电及太阳能更安全更可靠地并入常规电网。
(2)串联电抗器。电力电子型分布式电源接入系统后,可通过串联电抗器和加入隔离变压器的方式减少对电网的大部分影响。机电型分布式电源则通过串联电抗器减少影响。同时电抗器的高阻抗值可以有效地限制短路电流,保证配电系统的保护装置可靠地发挥作用。
分布式能源并网是新时代能源问题的解决方法,是未来电网的发展方向。解决上述问题,实现大规模的风光并网对电力系统的发展有很大的好处,是一项长期的系统性工程。
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【关键词】光伏屋顶太阳能发电系统
中图分类号: TK511 文献标识码: A 文章编号:
光伏建筑一体化发电技术是将太阳能光伏发电与建筑结合在一起。城市太阳能光伏发电中光伏建筑一体化发电占整个太阳能发电的比例较大
一、光伏屋顶项目发电系统简介
1、系统工作原理
光伏并网功率调节器由 6 台德国 SMA 公司生产的SMC10000TL 组成,每台输出额定交流电压 220V-240V,6 台分成 3 组,组成三相交流电;使用 3 台蓄电池型逆变器 SI5048 为蓄电池组充电,充电时从电网取电,当电网停电时输出额定交流电压 230V 的交流电,3 台 SI5048 组成三相交流电;当电网白天停电时,靠近电网一侧的 3 台 SMC10000TL 停止工作输出,3 台蓄电池型逆变器 SI5048 立即为电网送电,靠近负载一侧的 3 台 SMC10000TL 检测到电网有电,也同时为负载供电;在光伏电站日光很弱或夜间不能发电时,当电网停电,则只有 3 台 SI5048 为负载供电。
本方案特点:设备采用世界著名的 SMA 公司的最成熟的功率调节器;系统采用模块化设计;功率调节器与蓄电池型逆变器与电网连接并联运行,可更充分发挥系统的作用;系统效率高,电能品质好。
图1 光伏并网发电系统原理图
2、光伏并网发电系统
与独立的光伏发电系统相比,并网发电系统有很多好处,首先不必考虑负载供电的稳定性和供电质量问题;其次,光伏电池可以始终运行在最大功率点处,由电网来接收太阳能所发出的全部电能,减少了功率损失。
二、太阳能光伏发电系统的构成
1、太阳能电池方阵及架台
太阳能电池方阵是由太阳能电池组件按照 16 块串联后形成 1 组,根据容量要求每 5 组并联组成一整体组,由架台支撑分别分布在 3 个楼的楼顶(每个楼顶面积均约 500m2),组件数量:240(块),方阵总功率:50.4kWp。
太阳能电池方阵架台:为防止用于室外支撑太阳能电池的架台受到腐蚀而威胁到整个太阳能发电系统的安全运行,采用角钢、槽钢热镀锌处理后作为太阳能电池方阵的架台。由于太阳能电池方阵的占地面积较大,考虑到当地会有瞬时的大风,将方阵分成若干个单元(由 16 块组件按照上、下顺序摆成 1 列)再根据现场面积横向扩展,单元之间及与安装地面留有通风间隙,这样可以将方阵的受力减轻。
2、太阳能电池方阵接线箱
接线箱安装在室外,采用的是防水、防尘设计,箱体内外全部喷涂高密度室外防锈底漆及表面防锈漆,接线箱门的左侧为箱门锁,可以防止非专业人员随意打开进行操作,从而保证了系统的安全运行。
在门的四周有防水及防尘的橡胶密封圈,此橡胶具有抗室外高温及气体腐蚀,能够有效地阻止外界的水和尘土的侵入。箱门内附一个图纸盒,可以将接线箱的原理图和接线图放入其中,以便维护人员查阅和维修。另外,接线箱门内还附有注意事项和铭牌标签,可以提醒操作人员,以免损伤自己或设备。
在接线箱的底部,太阳能电池串联分路的正、负电缆通过带橡胶护套的进线孔引入,输入到对应的分路空开入口,分路空开的出口安装有一个截止二极管模块,它能够防止在日射量小时外部的直流电通过方阵的太阳能电池组件短路,避免组件损坏。由输出空开将太阳能电池方阵的电能送出给逆变器。接线箱内部的接有一块浪涌吸收板,它能够将正负极之间、正负极对地的瞬时尖峰脉冲(由于闪电,切换时产生的电涌)吸收掉,这样可以保护太阳能电池组件和其它元器件免于受到过电压的损害。
3、蓄电池型逆变器
根据输入电源的类型,逆变器一般分为电压源式和电流源式两类。在实际应用中,要根据具体的应用环境选择哪种类型。其控制方式可分为:电压源电压控制、电压源电流控制、电流源电压控制和电流源电流控制四类。用电流源作为输入需要串入电感,但电感线圈体积较大而且动态响应较差,所以一般采用电压源作为输入电源。蓄电池型逆变器(型号为 SI5048)的外形见图 2。
图2蓄电池逆变器
4、蓄胶体电池组
系统中采用了 24 只蓄电池,采用蓄电池巡检仪来对蓄电池组的每一只电池进行在线测量,本项目拟选用上海顺盟电子科技有限公司的 SMXJ925 型蓄电池巡检仪具有在线自动检测报警功能,还具有 RS232/RS485 信号远传通信功能,将检测值及故障情况的信息内容通过信号线上送,通信规约可以根据上位机的要求定制。主要功能:实时采集单体电池电压;实时采集电池组电压;实时采集电池组电流;实时采集电池组环境温度;自动更新电池组剩余电量;自动判断单体电池健康等级;自动提示报警信息;网络化远程监测。
5、交直流配电柜
交直流防雷配电柜含直流空开、交流空开、防雷器、三相电度表等,以保证发电系统安全运行、对外不产生电气污染以及隔离外部设备对功率调节器的干扰,并且符合国家相关的并网安全标准。
6、计算机软件系统的运用
Sunny Boy Control能够长期存储系统运行数据,适用于小规模的光伏发电系统,也适用于兆瓦级的大型光伏发电站。Sunny Boy Control耗电很小,可记录250 个数据通道。将Sunny Boy Control连接到计算机上,就可以分析运行数据(利用 Sunny Data Control和 Excel 软件)。另外,还可以连接外置显示大屏以供户外显示系统运行情况。Sunny Boy Control 与逆变器之间的通讯可通过电缆(电力载波)或 RS485 来实现。
每台Sunny Boy Control最多可监测50台不同功率级别的Sunny Boy逆变器。在较大规模的光伏发电系统中,还可以通过并联多台Sunny Boy Control 来实现对整个光伏系统的监测。
Sunny Boy Control 能够将每日/每小时的发电站运行情况和故障信息通过邮件或传真及时发送给用户,从而快速检测电站系统可能出现的故障。要实现此目标,只需要在Sunny Boy Control上配置网络适配器,或者连接外置调制解调器,即可通过在计算机上安装Sunny Data Control软件,随时随地对光伏电站系统的当前运行状况和发电量进行监测。
三、屋顶光伏发电系统的保护
屋顶光伏组件的输出电流经汇流箱、逆变器、并网柜后,可直接作为电源驱动负荷。亦可切换到外部三相电网,实现小型光伏并网系统的运行。为保证系统安全可靠运行,还需要综合设计防雷系统、保护系统、测控系统等配套设施。
1、防雷系统设计
雷电主要有直击雷和感应雷2种。直击雷是指直接落到太阳能电池阵列、电气设备等上面或附近的雷击,防直击雷主要依靠避雷针。该系统处于屋顶四周女儿墙的下方,设计采用将光伏系统的所有钢结构与屋顶的防雷网相连,以达到防直击雷的目的。感应雷主要由电磁感应或静电现象产生,感应雷产生的电磁浪涌会损坏电气设备,甚至引起火灾,根据SJ/T1127的相关规定,该系统通过在直流接口设备、并网逆变器、交流配电柜的各输入端口设置浪涌保护器来防护侵入系统的感应雷电。
2、保护及测控系统配置
该设计采用的逆变器具有RS232/RS485和以太网通信功能,系统的电流、电压、发电量等参数可以由通信方式实时获得,该逆变器还具有对系统直流、交流两侧开关的手动/遥控分断和保护功能,以及先进的孤岛效应检测和防护功能。逆变器保护范围以外,如汇流箱的输入开关、并网变压器开关等设备,设计中也配置了断路保护器、状态监视器等设施,从而保证了全系统的安全稳定运行。
结束语
近几年来在发达国家已有相当发展水平的“零能房屋”,即完全由太阳能光电转换装置提供建筑物所需要的全部能源消耗,真正做到清洁、无污染,它代表了21世纪太阳能建筑的发展趋势。由于许多国家的政府(如美国、德国)都制定了太阳能在国家总能源消耗中的所占比例应超过20%的计划,相信这种“零能房屋”将会有十分良好的发展前景。
参考文献
[1] 陈刚,姬鸿,王勇. 太阳能光伏发电系统设计[J]. 智能建筑电气技术. 2011(02)
《证券市场周刊》记者发现,为了规避两年连续亏损,天龙光电关联方存在向上市公司进行利益输送的嫌疑。
公司主营光伏设备生产,主要产品包括单晶硅生长炉、单晶硅切断机和单晶硅切方滚磨机等光伏设备,覆盖了人工晶体生长和加工的多个工序。
巧施财技规避亏损
2013年11月1日,天龙光电与上海超日太阳能科技股份有限公司(下称“上海超日”)签订《合作生产经营协议》,约定上海超日提供全资子公司上海超日(洛阳)太阳能公司(下称“洛阳超日”)及上海超日(九江)太阳能公司(下称“九江超日”)的厂房、部分生产设备、技术工艺,公司负责购买生产所需的原辅材料,并提供部分流动资金,双方进行为期两年的合作生产经营。
天龙光电与上海超日合作生产能有什么好处呢?天龙光电认为,通过合作经营的方式可以充抵部分应收款。根据协议,上海超日提供的厂房、设备总资产价值为人民币77291万元。双方自愿共同承担上述厂房、设备的折旧费6623万元/年,各自承担50%,即人民币3312万元/年。其中天龙光电承担的折旧费从上海超日对公司的应付款中冲减。
公司预计,该协议执行后,随着太阳能市场的转暖,公司对超日太阳应收账款的可回收性将增加,对已提取的特别坏账将根据业务进程进行估算,预计将影响特别坏账减少计提3000万-4000万元。2013年度公司对超日应收账款预计减少276万元,应收账款收回部分预计将减少计提的坏账准备110.40万元。
截至公告日,公司对上海超日应收款余额1.15亿元(含洛阳超日、九江超日),2012年末公司对上海超日累计坏账计提8921.97万元。
更为蹊跷的是,上述公告不到1个月,天龙光电便将合作经营权转让给关联方,关联方存在向天龙光电利益输送的嫌疑,以规避上市公司连续两年亏损。
2013年11月22日,天龙光电公告称,公司拟与关联方常州华盛恒能光电有限公司(下称“恒能光电”)签订《委托经营协议》,将与上海超日约定的合作生产权益委托给恒能光电,包括且不限于采购、生产、研发、销售、资金等活动,合作期间生产出的产品所有权归恒能光电。
根据协议, 恒能光电向公司支付管理费3600万元/年,两年合计7200万元。
天龙光电如此操作,不仅可以收回每年的折旧费用,还不用承担洛阳超日、九江超日的亏损,可谓一箭双雕。
ST超日2013年半年报披露的数据显示,洛阳超日和九江超日分别亏损5437.96万元、581.75万元,两家公司平均每个月就亏损超过千万元,而天龙光电2013年全年净利润仅600万元。如果不将上述合作经营权转让给关联方,天龙光电2013年全年将会亏损。
值得注意的是,天龙光电2012年就已经亏损5.11亿元,如果2013年、2014年继续亏损,天龙光电将被暂停上市。
根据2012年修订的《深圳证券交易所创业板股票上市规则》,被暂停上市的创业板上市公司,恢复上市的难度远大于主板公司。
新规明确表示,不支持创业板公司通过“借壳”恢复上市,因连续三年亏损而暂停上市的公司,应以扣除非经常性损益前后的净利润孰低作为恢复上市的盈利判断标准。
巨额资金打水漂
天龙光电2009年12月登陆创业板,募集资金9.09亿元,不过其募投项目收益并不理想。
根据《证券市场周刊》记者的统计,截至2013年上半年,天龙光电募集资金共使用8.54亿元,不过其所产生的收益为负,累积亏损高达2.8亿元,远未达到预计收益。
其中,有几家子公司连续几年发生亏损,江苏中晟半导体设备有限公司2011年至2013年上半年累计亏损1.16亿元,上海杰姆斯电子材料有限公司2012年至2013年上半年累计亏损5560.18万元,新乡市华盛天龙数控设备有限公司2010年至2013年上半年累计亏损1761.25万元,常州天龙光源材料科技有限公司2012年至2013年上半年累计亏损135.55万元。
值得注意的是,上海杰姆斯电子材料有限公司、新乡市华盛天龙数控设备有限公司、常州天龙光源材料科技有限公司,为天龙光电通过对外收购形成的子公司,收购合计形成账面商誉5337.19万元。
不过,距离收购还不到一年,天龙光电便于2012年年末对上述商誉全额计提了减值准备,巨额投资打了水漂。
不止于此,《证券市场周刊》记者还注意到,天龙光电投入募集资金形成的巨额“专有技术”恐怕也是竹篮打水一场空。
财报显示,天龙光电2011年年末“无形资产-专利技术”较期初大增7553.64万元至8073.64万元,主要原因是江苏中晟、新乡华盛天龙、上海杰姆斯新增专利技术。
2012年,这三家子公司经营状况都不好,天龙光电当年末对专有技术计提减值准备2570.83万元。
截至2014年第一季度,天龙光电的基本面仍没有好转迹象,账面上的专有技术或面临进一步减值的风险。
天龙光电4月8日晚间2014年一季度业绩预告,预计一季度实现归属于上市公司股东的净利润为亏损0万元-500万元,上年同期这一数据为亏损1063万元。
天龙光电表示,公司2014年一季度业绩出现亏损,其中非经常性损益对净利润影响金额约为-5万元;此外,光伏行业受产能过剩的影响,整体需求萎缩,导致公司经营状况不佳。
业绩不佳的背后,天龙光电控股股东2013年以来开始大额甩卖自家股票。Wind资讯显示,控股股东常州诺亚科技有限公司2013年累计减持1900万股,套现额高达1.19亿元。
对于投资者而言,坏消息不止于此。天龙光电3月14日晚间公告称,公司接控股股东常州诺亚科技有限公司、冯金生通知,公司控股股东和实际控制人可能发生变更。该股权转让事宜尚在洽谈中,尚存较大不确定性,目前仍未复牌。
合同进展涉嫌信披违规
天龙光电在2012年年报中表示,公司2012年7月22日与内蒙古锋威光伏科技有限公司(下称“锋威光伏”)签订《设备采购与供货协议》,协议规定天龙光电向锋威光伏供应直拉式硅单晶炉、多晶硅铸锭炉等产品,合同的总金额为11677.5万元(含税价)。
在2013年半年报中,天龙光电表示已收到1000万元预收款,剩余货款尚未收到,鉴于目前光伏行业的不确定性,该订单存在能否执行的风险。
对于如此重大的合同及进展情况,《证券市场周刊》记者发现,天龙光电并没有及时任何公告披露,涉嫌信披违规。
财报显示,公司2012年全年收入1.76亿元,据此计算,上述合同额占收入的比例为66.48%。
上市公司信息披露管理办法第三十条规定,发生可能对上市公司证券及其衍生品种交易价格产生较大影响的重大事件,投资者尚未得知时,上市公司应当立即披露,说明事件的起因、目前的状态和可能产生的影响,其中重大事件包括公司订立重要合同,可能对公司的资产、负债、权益和经营成果产生重要影响。
对于类似金额的重大合同,《证券市场周刊》记者注意到,天龙光电都在签订或者履行时及时披露了相关情况,而对于未能履行的订单,公司却鲜有披露。
天龙光电2010年6月22日公告,公司6月18日与江西旭阳雷迪高科技股份有限公司(下称“旭阳雷迪”)在江苏金坛签订设备采购及供应合同,合同金额为人民币1.22亿元。
根据合同,2010年8月公司向对方交付设备36台、9月交付30台、10月交付30台、11月30台、12月30台,合计156台设备。
2011年2月11日,天龙光电又披露了该项合同的进展公告,截至2011年1月6日,公司已向旭阳雷迪交付直拉式单晶炉96台; 因旭阳雷迪基建工程延期,双方约定剩余未交付的60台直拉式单晶炉推迟执行,具体时间视旭阳雷迪工程进度为准,预计2011年6月起开始执行。
睿智,专业,思维敏捷,这是2010年乌市创业大赛冠军张磊留给记者的第一印象。
张磊曾经获得自治区优秀毕业生、2010年自治区青年岗位能手等殊荣。如今,他曾经获得的奖杯和奖牌,还有厚厚一摞子红色封套的荣誉证书静静地躺在他办公室的文件柜里。张磊谦虚地说:“荣誉只属于过去,我现在还没有成功,我还在路上。”
创业大赛让张磊一举成名
到年底才29岁的张磊现在拥有一家名为睿德国通的太阳能科技技术有限公司,该公司成立于2010年5月11日,是一家专业从事交通领域太阳能标志标牌、房地产领域及城乡道路照明应用、小型风光互补路灯、太阳能供电产品以及各类新技术产品的应用及推广的科技型企业,该公司位于新疆国家大学科技园。
很多人认识张磊是从2010年乌市创业大赛开始的,乌市创业大赛是由市劳动和社会保障局举办的旨在促进和引导乌市更多的大学生自主创业的赛事。2010年,乌市创业大赛中参赛人数多达1233人,张磊携他的“光伏交通”创业项目一路过关斩将,最终获得了冠军。
上大学与社会实践两不误
荣誉非幸至,张磊之所以取得事业上的“开门红”,可以从他的人生轨迹中找到答案。
张磊出生在玛纳斯一个普通的家庭,父亲做家禽养殖工作,母亲做小生意,生性活泼的张磊从小就喜欢折腾,他经常把家里的钟表、手电筒、电动玩具等小物件拆了装,装了拆,研究里面的构造。上中学的时候,他的物理成绩一直在班级名列前茅。2001年,他考入新疆大学石油学院工商管理专业,但是当时他的学习成绩在全系排名倒数第九。张磊并没有因为学习成绩差而气馁,他把主要精力都放在了学习上。他除了学习本专业的知识,还利用课余时间学习了计算机专业的相关课程,并且通过考试取得了相关的等级证书。
张磊说:“我上大学的时候,只是利用周六、周日的时间去打工,其余时间把主要精力都用在了学习上。”从大一开始,张磊利用周末时间在腾威电器市场的一家经营电子产品的商铺里当起了销售员,每天的收入是25元钱。他在很短的时间内,通过优异的销售业绩,从一名销售员升为了营业主管,工资也涨到了每月1000多元。在校4年,张磊的学费和生活费都是靠他打工挣来的,不仅如此,大学毕业的时候,他细细一算,自己手头上还有1万块钱的存款。
2005年7月,张磊以全系第二名的好成绩顺利毕业。张磊说:“我大学4年,一没有耽误学业,二增加了社会阅历。我在新疆电视台《今日访谈》栏目里说,鼓励现在的大学生要与社会多接触,因为在社会当中要与很多形形的人打交道,从而磨练自己的性格和意志,这对将来的就业很有好处。”
新能源让张磊找到未来发展方向
张磊说,地球上所蕴藏的像石油、天然气、煤炭等这些天然资源日益枯竭,以太阳能、核能、风能等这些建立在新技术基础上,可以开发利用的可再生能源,越来越受到国际能源领域的广泛关注,这些资源也被称之为“新能源”。
张磊开始接触新能源,是从2002年上大二开始的。当年石油学院的领导组织张磊和同学们参观金风科技、特变电工等新疆多家知名企业,张磊在参观特变电工新疆新能源股份公司的时候,对新能源行业产生了浓厚的兴趣。
大四下半学期,张磊选择到特变电工新疆新能源股份公司实习。大学毕业以后,他拒绝了几家待遇优厚的单位的邀请,毅然决然地选择继续在这家新能源公司工作,此时他看到了新能源领域的广泛的应用前景,所以他也将未来的发展目标锁定在了新能源行业。
对于自己的选择,张磊信心满满地说:“虽然新能源产业目前还不算成熟,还属于朝阳产业,但是新能源产业作为国家今后的重点支持产业,我现在已经看到了新能源产业的‘黎明’,以及这个产业广泛的应用前景。”
宝剑锋从磨砺出
大学毕业以后,张磊被安排在特变电工新疆新能源股份公司企业管理部经营公司任助理一职,管控下属8家子公司,主要工作是做财务报表和经济分析。虽然得到了一份“美差”,张磊非但没有欢欣鼓舞,反而一下子就懵了,因为张磊认为依他当时的能力不能胜任这份工作。他给部长打报告,要求下基层到各个岗位上当工人轮岗,部长很费解,后来在张磊的竭力说服下还是答应了他的请求。
张磊被分到生产线上当工人,跟普通工人干一样的工作,脏活、累活他从来不挑不捡。张磊跟着工人和班组长一块学。他第一天学习,第二天就能跟班组长干一样的活,出的产量是一样的。第三天,张磊就能带班。8家子公司轮岗完后,张磊不仅学到了很多东西,而且表现出色。他还于2006年获得特变电工新能源公司“总经理特别嘉奖”荣誉称号。
2006年,张磊和其他两名同事调往上海,任特变电工新能源上海办事处主任。主要负责多晶硅产业链的项目。在上海期间,张磊对国内多晶硅行业“摸”了个遍,为他今后创业打下了良好的基础。张磊说:“太阳能行业科技含量比较高,一个什么都不懂的人茫然进入这个行业,很快就会‘牺牲’。”
从白领到老板
2008年年底,张磊辞掉了特变电工的工作,进入了新疆另外一家新能源科技公司担任要职,参与公司的组建。
2010年5月,张磊和另外一名股东张明阳自筹资金50万元,加上新疆大学生创业服务中心给予的资金和政策等方面的扶持,张磊顺利地开办了他目前的公司。与此同时,也正式开启了他的科技创业之路。
创业之初,张磊瞄准了“光伏交通”这个项目。只所以选择这个项目,张磊说:“目前各种老式的交通标志、突起路标、轮廓标灯普遍采用的是按照逆反射原理制成的被动反光型标志,他需要司机打开远光灯且在材料规定的几何条件和良好的气候条件下,才能有较好的警告或诱导效果,当遇到弯道、陡坡或雨雪雾等条件时,其功能将大大降低。”张磊倡导和积极推动将“光伏发电”引入交通安全设施当中,利用太阳能“光伏发电”的交通标志,例如轮廓标、线型诱导标等设备,在夜间指引司机安全行驶,在紧急要害、危险要害路段,使发生交通事故的概率大大降低,保障了司机和旅客的生命财产安全。张磊说,“光伏交通”项目的社会效益要远远大于它的经济效益。
目前该项目在新疆尚属首家,公司成立时间虽然很短,但是公司成立半年时间就获得销售收入近300万元。并与隶属于自治区交通厅的新疆交通科学研究院签订《光伏交通合作协议》,从而保证了未来5年内与交通行业的紧密合作。张磊创业初战告捷。
科技创新只有起点,没有终点
张磊说,他最崇拜的人是美国微软的总裁比尔・盖茨。他并不是羡慕比尔・盖茨的挣钱能力,而是羡慕他领导企业的创新能力,科技型企业必须在创新中才能获得生存和发展。张磊说,他对公司的管理属于“粗放式”管理,他允许公司的技术人员“异想天开”,因为很多科技成果都是通过“异想天开”发明出来的。
在创业之前,张磊所遇到的挫折连他自己都记不得有多少。但是在创业之后,一次重大的挫折让张磊一下子懵了。
2010年,张磊公司研发的第一代“高速公路专用太阳能光伏发电LED频闪指向系统”(以下简称“频闪指向系统”)几十万的设备在机场高速公路安装后,很多遭到人为盗窃破坏,无法正常使用,为此自治区交通厅业主单位和张磊的公司损失很大。张磊说,虽然第一代“频闪指向系统”在太阳能蓄电池的续航能力上能做到连续9个阴雨天,即使在极低或者极高的室外温度下都能够正常使用,但是由于经验不足,设计存在缺陷,没有把人为地偷盗和破坏充分考虑到产品的设计中。
痛定思痛,张磊和他的研发团队开始了第二代“频闪指向系统”的研发。相对于第一代产品,第二代产品采用了“防弹材料”,即使有人用起子翘、榔头砸、刀子割,也能保证设备不被窃走和破坏,从而保证了设备的正常使用。第二代“频闪指向系统”日前正在进行生产,即将安装到高速公路进入实验阶段。
【关键词】分布式发电;微网;集中式发电
中图分类号:TU271.1 文献标识码:A
为了满足快速增长的电力需求,电力生产部门主要依靠建设超高压长距离输电线路,投资新的大型发电厂,集中向用电需求大的地区供电。建设大型发电厂以及输电网络都需要较长的工程建设时间,耗资巨大。与此同时,对一次能源的需求也随之增大,自然环境恶化的现象日益明显。由此希望在使用新技术促进经济发展的同时,逐步改变当前以火电为主的发电结构,减少输电损耗,提高一次能源利用率,抑制输电网络的扩大
一、分布式发电、微网以及集中式发电的定义
(一)分布式发电定义
分布式发电(DG) 或分布式能源(DER) 是一种分散、非集中式的发电方式,通常是指发电功率在几千瓦至数百兆瓦(也有的建议限制在30~50兆瓦以下)的小型模块化、分散式、布置在用户附近的高效、可靠的发电单元。主要包括太阳能光伏发电、生物质能发电、风力发电、燃料电池发电等,往往以新能源发电技术为主。
(二)集中式发电的定义
常规发电站,如燃煤,天然气和核电站,以及水坝和大型太阳能发电站,是集中式发电,并且通常需要把电力进行长距离传输。
(三)微电网定义
目前对微电网尚未形成统一的定义,一般来讲,微电网,是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统,是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统,既可以与外部电网并网运行,也可以孤立运行。
二、分布式发电的过程
分布式电源通常接入中压或低压配电系统,并会对配电系统产生广泛而深远的影响。传统的配电系统被设计成仅具有分配电能到末端用户的功能,而未来配电系统有望演变成一种功率交换媒体,即它能收集电力并把它们传送到任何地方,同时分配它们。分布式发电具有分散、随机变动等特点,大量的分布式电源的接入,将对配电系统的安全稳定运行产生极大的影响。
三、分布式发电的与集中式发电的优劣对比
(一)分布式发电的优点
1、分布式发电系统中各电站相互独立,用户由于可以自行控制,不会发生大规模停电事故,所以安全可靠性比较高;
2、分布式发电可以弥补大电网安全稳定性的不足,在意外灾害发生时继续供电,已成为集中供电方式不可缺少的重要补充;
3、可对区域电力的质量和性能进行实时监控,非常适合向农村、牧区、山区,发展中的中、小城市或商业区的居民供电,可大大减小环保压力;
4、分布式发电的输配电损耗很低,甚至没有,无需建配电站,可降低或避免附加的输配电成本,同时土建和安装成本低;
5、可以满足特殊场合的需求,如用于重要集会或庆典的(处于热备用状态的)移动分散式发电车;
6、调峰性能好,操作简单,由于参与运行的系统少,启停快速,便于实现全自动。
(二)集中式发电的优点
1、集中式供电在我国电力工业中已是主要的成熟的模式
受各方面条件的限制,中国未来很长一段时期仍将以燃煤发电为主,国家批准投建的发电机组仍将是火电机组为主。而分布式能源属新生事物,在许多地方还没尝到甜头时,国家往往是不会做如此大的扶持力度的,必须靠不懈的推广国家方才重视投入。
2、集中式供电模式下的电网建设已经覆盖了我国的东西南北
全国电力联网,有一个好处就是可以使高峰负荷得到一定的互补,东与西、南和北可以错峰。发展分布式能源虽然有较多优势,但就此好处而言是难以做到的。
3、国家在一定的时期将继续对电力部门实行扶持
地方政府对居民、公共事业性质单位和农业用电会继续补贴。理论上任何商品的价格都应受市场供求关系影响,电作为能源形式也不例外。
(三)分布式发电的不利之处
1、维修据点较多;
2、燃料供应问题;
3、大型集中式发电对于处理污染的成本较低;
4、当分布式发电发展到一定的程度,核电厂及燃煤发电厂将完全失去竞争力(就算不考虑重大核能事故风险、核废料处理、排放处理及碳排放成本),此时多数电力用户是电力公司当成备援电力、及用户将电力网络当成电力交换机制,发电需求很难预测,无法短时间内调整发电量的核电厂及燃煤发电厂,很难加入电网。
另外,分布式能源系统生产的各种能量首先供给附近用户,多余的电上网销售,用电高峰所发电不够用时还需通过电网补充。而此时分布式能源站向电网买、卖价格是否象电网公司能得到政策扶持还有很多不确定的因素。这给分布式能源的推广难度会加大。
二、分布式发电与集中式发电的关系
传统的集中式发电具有大型化、巨型化的特点,分布式发电不仅可以作为集中式发电的一种重要补充,而且将在未来能源综合利用上占有十分重要的地位。它们的关系主要体现在以下几点:
(一)分布式发电直接接在负荷侧,在意外、灾害发生时能继续供电,成为集中式发电的必要补充。
(二)对于经济欠发达的农村地区,要形成一定规模的、强大的集中式输配电网需要巨额的投资和很长的时间周期,而分布式发电可以弥补集中式发电的这些局限性。
(三)集中式发电与分布式发电的有机结合可以节省投资,降低能耗,提高能效。
结束语
分布式能源与微网建设是一个长期的渐进过程,它需要关键技术取得突破电力系统的能观性、适应性、能控性、协调性等整体功能得到提高。分布式能源微网建设主要应该以关键技术突破为着力点,以创新为驱动力,以技术标准规范为准绳,探索合理的盈利模式和运营模式,遵循技术标准是实现分布式能源与微网科学发展和可持续发展的重要保证。
参考文献:
[1]王鹏.通辽地区新型多源配电网无功优化系统[D].东北大学,2010.
[2]赵丽娜,张燕.分布式发电技术在燃料电池汽车中的应用[J].自动化应用,2010,(8):51-52.
由于《规划》明确指出,智能电网将主要围绕智能发电、智能输电、智能变电、智能配电、智能用电、智能调度以及通信信息平台等七大方面进行建设,全面覆盖传统电力系统的所有领域。由此可知,涉及到上述七大领域的上市公司必将充分受益。但我们也必须看到,经过上半年的大幅走强后,当前智能电网板块的平均动态估值已超过40倍,高估的风险已经逐渐显现。而且随着中报的即将披露,该行业部分上市公司的中期业绩仍有低于预期的风险,板块估值将接受中报业绩的考验,产生估值分化的可能性较大。正所谓大浪淘沙始见金,因此,我们将从涉及上述七大领域的上市公司中进行精挑细选,寻找出最具潜力、受益最广的智能电网概念股,供投资者参考。
重点个股点评:
许继电气(000400):直流输电业务优势突出
许继电气是电力设备行业上市公司中产业链最为完整的企业,其业务范围包括电网及发电系统、变压器、用电系统设备、配网产品,电气化铁道、直流输电系统等。
大股东许继集团作为国内唯一能够同时提供直流输电控制保护和直流换流阀产品的公司,在过去的几年内直流换流阀累计中标金额约为24亿元,市场份额36%,直流控制保护系统累计中标金额9.3亿元,市场份额50%。日前大股东拟通过定向增发将包括直流换流阀在内的资产注入到上市公司,此举若成功,许继电气直流业务将得到大幅提升。根据国家电网的规划,2020年之前将建设24条特高压直流线路。平均每年均有2-3条,将给公司该部分业务带来广阔的发展空间。
拟注入上市公司的许继电源目前业务已经拓展到电动汽车充电站的建设,近期许继电源在世博园参与建设了世界规模最大的充电站,并拿到了50%的订单。在充电站的建设方面,许继集团凭借完整的产业链,能够提供从充电系统到配电系统的整套设备,能够同时兼顾电网侧与用户侧的需求,具备较强的优势。
在轨道交通的牵引变电站和开关两类产品中,公司在武广高铁上所提供的牵引变电站和开关产品占这两部分所有产品的50%以上。目前公司产品包括3KV以下的开关,集团资产注入后,福州天宇电气公司可以提供100KV以下的轨道交通用开关产品。国内轨道交通建设正处于高速发展时期,公司的轨道交通用牵引变电站和开关产品面临着巨大的发展空间。
电科院对许继集团的增资已经完成,持股比例60%,成为许继电气的实际控制人;近期将通过资产注入实现许继集团的整体上市,远期上市公司将成为国网公司输配电二次设备的整合平台,从而最大程度分享智能电网大建设带来的好处。
思源电气(002028):将迎来快速增长期
公司主营业务分为传统业务和新业务两大类,传统业务包括高压开关、消弧线圈、高压互感器和电力电容器等,新业务主要包括GIS、SVG、数字化变电站和色谱在线监测产品。传统业务是公司主营业务,由于国家电网投资额度大幅下降,公司传统业务增速将放缓,但仍有期待;新业务是公司未来发展重点,主要面向智能电网,在国家加快智能电网建设的背景下,公司新业务将迎来快速增长期。
2009年,公司培育中的GIS(封闭式组合电器)、电力电子和数字化变电站三块业务取得了阶段性的成果。GIS厂房于2009年4月基本竣工,2009年7月完成生产设备调试,进入批量生产:自从GIS产品推向市场以来,已获得了200多个间隔的订单,下属子公司上海思弘瑞电力控制技术有限公司研发的应用于数字化变电站的一系列产品顺利通过了KEMA一致性测试认证和中国电力企业联合会组织的技术鉴定,并获得110kV数字化变电站订单,标志着公司在二次产品方面已经取得重大突破,下属子公司思源清能电力电子有限公司在2009年度实现了SVG(静止型无功发生器)产品的规模化投运,现场运行产品超过30套。GIS、电力电子和数字化变电站三块业务不仅将成为公司未来的利润增长点,而且为公司提升品牌影响力起到了重要的作用。
为迎接智能电网发展所带来的商机,公司董事会已经通过了建设数字化变电站及高压动态无功补偿系统装置产业化项目。通过该项目的建设,将形成SVG和数字化变电站系统装置大规模产业化的生产能力。该项目总投资2.28亿元,资金来源为公司自有资金。预计在2012年完全建成后,可形成年产1000套SVG高压动态无功补偿系统装置、800套SHR5000数字化电站系统装置的生产能力。
手握“重金”,伺机出击。公司目前拥有货币现金超过15亿元,并且公司仍然持有平高电气3,456万股权,按照近期平高电气10元的平均价计算,该股权账面价值接近5亿元,合计计算,相当于公司持有20亿元的现金。在目前智能电网加快建设的背景下,公司持有大笔现金无疑给公司带来极大地筹码,公司有可能会利用其现金筹码伺机出击,实现外延式发展。
科陆电子(002121):智能电表龙头
科陆电子为用电信息管理采集系统龙头公司,标准仪器仪表全国第一,体现出公司在高精度仪表研发方面的实力。2009年国家电网启动800亿元用电管理采集系统改造计划,南方电网也于2009年开始的投资计划中要实现与用户的产权明晰,智能电表和用电管理系统的需求会大幅度增加,两大电网合计的市场规模约每年160亿元以上。公司在国家电网公司前期的载波表试点中,市场份额居于前列,近期的招标中表现又很好。公司募集资金项目已完成,产能制约问题也已得到解决。
智能载波电子表逐步替代传统电表,在这个结构性转变中行业集中度明显提升。预计未来5年智能电表年均市场容量104亿元,科陆凭借其优质的产品和服务可以在未来高度竞争的电表行业保持载波电子表5%左右的市场份额和非载波电子表2%的市场份额,2010―2012年贡献收入3.2、4.6和5.7亿元,年增长率78%,42%、23%。
用电自动化业务增长平稳。用电自动化系统与智能电表共同完成多项用电管理功能,科陆凭借其强大的计算机及通信技术实力,目前市场份额位列国内用电自动化系统市场第二。随着国网用电采集系统建设提速,我们预计2010―2012年科陆用电自动化业务年均增速为15%。
智能电表的大规模应用将刺激电表检定装置市场。科陆是全国少
数生产电表检定装置的企业,其自动化检表线将在2010年成为新的利润增长点,预计2010年该类产品快速增长70%。另外,科陆已经掌握有源逆变、高压变频等电力电子技术,未来增长可期。
奥特迅(002227):抢占新能源汽车充电站制高点
奥特迅主要从事电力自动化电源设备及其智能单元的研发,制造、销售和服务,现拥有高频开关直流电源、电力专用u PS与逆变电源、交直流一体化不间断电源设备三大主营产品。受益于包括核电、新能源汽车充电站、城市轨道交通以及智能电网等新领域的投资需求,公司的主要产品有可能面临爆发性增长。
充电桩业务260%复合增长,成业绩主推动力。我们判断,2012年前全国范围内将有18个城市率先建设充电站。根据深圳市推广经验测算,2012年前全国充电桩规模将达到4.35万个,总市场容量将达到25亿元。奥特迅在大功率充电模块、蓄电池运行管理等技术方面全国领先,与南网、国网存在长期合作,是全国首批建设充电站的企业,我们认为公司在充电桩市场将占据25%以上的市场份额。以此测算,2010―2012年充电桩业务将为公司贡献净利润0.20、0.59和1.4l亿元,折合EPS为0.19、0.55和1.30元。
据新华网报道,国家电网今年的智能电网建设任务主要是75个电动汽车充电站、6200个充电桩和其他智能电网示范工程建设,下一步将逐步扩大投资。毫无疑问,奥特迅作为新能源汽车充电概念板块的龙头,将是这场“智网盛宴”的率先受益者。
特变电工(600089):受益于高压,特高压电网建设
公司是中国变压器行业首家上市公司,同时还是国内少有的具有自主知识产权的变压器制造企业,特别是超高压和直流变压器的核心技术已经达到了国际水平。
公司的变压器收入占主营业务收入的60%以上,变压器产品在市场的占有率不断提升。进入2010年,公司在变压器方面,毛利率有所提升,公司的营业收入增长20.78%,实现89.65亿元收人,难能可贵的是公司变压器业务的毛利率提升3.32个百分点至28.44%。公司变压器国内市场份额也大幅提升,从2009年国网变压器招标情况看,在总招标容量下降26.23%的背景下,公司中标容量接近翻倍,总体市场份额从2008年的13%上升到2009年的31%,在各个细分市场均以较大优势夺得第一。其中,220、330、500和750KV等级变压器占有率分别达到24%、57%、36%和38%,这为公司变压器业务增长提供了有力保障。
受益于原材料价格下降和公司管理优势。公司产品的主要原材料占生产成本比重较大,’公司通过发挥集团采购的方式降低了原材料采购成本。同时随着公司高端产品比重提升,毛利率较去年同期提升2.69个百分点,达到23.17%。同时,公司费用控制力强,期间费用率基本稳定在11%左右。
公司拟增发不超过3.5亿股,共募集资金近37亿元投入超高压项目完善及出口基地建设、直流换流变压器产业升级、特高压交直流变压器套管国产化、特高压变电实验室升级改造、超高压及特种电缆、国外工程承包等6个项目。上述前5个项目达产后预计年增收入60亿元,利润总额5.7亿元,最后一个项目预计投入9.17亿元,收益率约16%。此次增发将提升公司的竞争力,保障了公司未来的增长。
国电南瑞(600406):智能电网的领跑者
“坚强智能电网”建设的大幕即将拉开,今后十年将会有4万亿元左右的大蛋糕待人分享。国电南瑞是国内电网调度自动化和变电站自动化的龙头企业,其集团研究院中有部分专家参与了智能电网的多项标准建设规划的制定,是建设“坚强智能电网”的直接受益者。
国电南瑞主要业务为电网调度自动化、变电站保护及综合自动化、轨道交通保护及电气自动化、农/配电自动化及终端设备。在2009年签订订单总额达26.5亿元的前提下,预计2010年四大业务销售增长率约为25%、30%、50%、30%,延续强劲增长势头。
国电南瑞内涵式增长和外延式发展并重:内涵式增长指通过定向增发募投项目,大力投入智能电网相关技术及设备的研发,目前已经覆盖发、变、调、配、用五大环节;外延式发展指通过资产注入,实现集团的整体上市,把国电南瑞打造成为最具竞争力的二次设备整体解决方案供应商。
公司在电网调度自动化的高端领域占据了绝对优势。在网省调市场,国电南瑞的市场占有率达到了78%,在县调市场中国电南瑞的市场占有率大约为30%。由于公司在高端市场已具备较高技术优势和品牌优势,未来仍将会继续保持较高的市场占有率。预计公司今后三到五年网调业务的增长率在20―30%之间,毛利率维持在35―40%左右。
国内最早推出数字化变电站产品的公司。国电南瑞是国内变电站综合自动化系统领域的研究和实践方面最大的集成供货商,其高压及特高压变电站综合自动化产品在全国市场的占有率达40%以上,预计今后三年公司在变电站自动化(包括数字变电站)业务方面的增长率在25―30%左右,毛利率在25―30%。
随着智能电网建设的提速,公司在智能调度、电力二次设备、充电站等方面的发展将会全面得到受益,再加上大股东南瑞集团的资产注入预期,我们对公司未来的发展非常乐观。
天威保变(600550):新能源发电与变压器双重受益
公司为国内最大的电力设备变压器生产基地之一,也是国内太阳能发电龙头企业。公司在智能电网建设中具有发电及输变电双重受益的优势。
国内光伏装机量的迅速增长有助于提高电池和组件企业的盈利能力,这对天威英利、天威薄膜以及尚属集团资产的天威新能源都将产生正面影响。同时。下游需求的高速成长也有助于遏制多晶硅行业盈利能力的快速下滑。随着国内新能源振兴规划等政策陆续出台实施,公司投产项目的产能释放,未来新兴行业整体景气的回升将为天威保变带来更多的机会。
天威保变2009年年报显示,尽管2009年下半年欧洲光伏市场的逐渐复苏,订单量上升和主要终端市场需求增大扭转了光伏产品供大于求的局面,但金融危机给光伏产业造成的冲击在短期内不可能完全消失,市场竞争激烈,光伏组件售价下滑仍是公司将面对的最重要的风险因素。
公司董秘尹晓南表示,欧元贬值对光伏产业确实有一定影响,但影响力并不大。他预计,随着规模化效应和关键技术的突破,多晶硅的生产成本将会大大降低。虽然能源价格呈上涨趋势,但总体生产成本呈下降趋势。考虑到国内市场的刚性需求以及市场供应量的不足,近两年内多晶硅的市场价格有望逐
步上升。
风电是天威保变新能源帝国的又一支撑。天威风电研发实力雄厚。市场开拓是关键。天威风电的研发团队和技术是其最大的竞争优势,公司已掌握1.5MW风机的自主知识产权,正着手研发2MW和3MW的海上风机。风电业务短期难以贡献业绩,市场开拓将是未来发展的关键,我们看好天威集团与电力系统的长期合作关系在市场开拓中的积极作用。
输变电业务是现金牛,也是公司发展的基础,特高压电网建设势在必行,据测算,到2020年我国对特高压电网的投入至少为4060亿元,其中设备投资规模达2400亿元以上。公司作为输变电龙头,将充分受益特高压建设。
东软集团(600718):受益于智能电网对数据分析及管控的需求
由于智能电网对于数据分析以及管控的需求大为增加,业务涉及电网业务层面的IT行业方案解决商受到的推动将较为直接和明显。对我国来说,智能电网的建设将是一个长期规划,第一阶段主要满足输送的要求,保障安全以及下游供电,第二个阶段主要向高效化发展。目前,世界上已经有智能电网技术应用在用电和配电领域,我国已经在做有关智能电网的基础工作,主要是配电网的改造、开发自动抄表系统、发展分布式发电和实施用于负荷管理的需求侧管理技术等,这都需要IT技术的大力配合。
东软集团作为我国最大的一家软件上市公司,提供了最全的解决方案产品线,涉及的领域包括电信、电力、医疗等行业。公司2009年全年国内软件与系统集成业务营收有超过20%的增长幅度。
随着智能电网的不断推进,公司在电力行业的“数字圈地”终于进入收获期,经过几年的发展,东软目前是电力系统外最大的解决方案供应商,目前电力行业业务占公司国内解决方案业务的比重估计为8―10%。
公司董事长刘积仁表示:“智能电网会成未来拉动国家GDP增长的重要驱动力,有着数万亿元市场规模的智能电网将引爆IT产业的新一轮深度革命,东软已经为智能电网建设做好了充分的准备”。
中国西电(601179):唯一具有输配电一次设备成套生产制造能力的企业
中国西电是目前我国高压、超高压及特高压交直流成套输配电设备生产制造企业中产品电压等级最高:产品品种最多、工程成套能力最强的企业,也是国内唯一一家具有输配电一次设备成套生产制造能力的企业。2005年以来中国西电一直处于中国电气百强之首,名列电气工业竞争力十强第一位。
成套能力强。未来的成长性看特高压及海外市场。研发优势明显,受益于电阿建设结构调整的特高压投资。公司获准组建高压电气国家工程实验室,在特高压领域产品储备丰富。技术研发力量雄厚。从市场格局可以看出,中国西电基于其成套能力,在特高压领域优势最为明显,根据测算,按照2020年前的特高压网络建设规划,特高压直流及交流给中国西电带来的收入贡献将达到年均29亿元。
输配电一次设备成套能力强,海外工程优势明显。公司是国内惟一能够为交直流输配电工程提供成套输配电一次设备的集团企业,业务范畴涵盖了行业价值链的各主要环节。设备成套能力也有助于海外业务的扩张,公司规划将海外业务的比例由2008年的9%提升至2015年的15%。海外市场的拓展能够有效弥补国内业务的增长放缓,市场对于公司的成长性质疑也可以得以缓解。