发电对比（精选4篇）
发电对比 篇1
随着城市化进程加快, 深圳市垃圾生成量急剧的增加, 深圳市2008年的平均生活垃圾产生量约10199吨/天。随着垃圾产生量的日益增加, 有效处理垃圾进行发电利用已经成为深圳市一直在探索的课题。深圳的实际情况需要继续扩大垃圾填埋场与垃圾焚烧厂的容量。垃圾发电目前主要利用的两种方式是垃圾焚烧发电和垃圾填埋气体发电。截止2009年深圳市已建成7座垃圾焚烧发电厂和2座垃圾填埋气体发电厂。本文主要从对环境影响和产生的经济效益这两方面对垃圾焚烧发电与垃圾填埋气体发电进行对比研究。
1 两种发电方式对环境的影响
1.1 垃圾焚烧发电
垃圾焚烧发电是指通过使用一些特殊的垃圾焚烧设备, 以城市中的生活垃圾为主要燃烧介质, 在对垃圾进行焚烧处理的同时, 利用其产生的能量发电的一种新型发电方式。
生活垃圾焚烧烟气中的二恶英是近几年来世界各国所普遍关心的问题。垃圾焚烧分类不完全, 垃圾焚烧发电在垃圾燃烧过程中会产生二恶英, 现行的技术水平还不能将其完全处理干净。垃圾焚烧产生的二恶英等有害气体会随着烟气排放到大气中, 会对空气造成严重的二次污染。在垃圾焚烧的同时, 焚烧中产生的灰渣和飞灰重金属含量通常也非常高, 这些飞灰重金属也是非常难处理。目前国际上和国内一些大型城市通过提高焚烧炉炉温分解二恶英, 然后使用活性炭吸附二恶英;同时采用一些防尘措施减少飞灰重金属排放到空气中, 然而这些设备升级和改造花费非常巨大, 实施起来的花费也是相当可观。
垃圾焚烧发电有个优点就是可以迅速减少垃圾的容积。焚烧后容积比原来可缩小50%~80%, 分类收集的可燃性垃圾经焚烧处理后甚至可缩小90%。垃圾焚烧法确实是一种实践多年的垃圾处理方法。它比起填埋法占地面积小, 效率高, 曾一度被视为一种“减量快”的好方法。
1.2 垃圾填埋气体发电
垃圾填埋气体发电是将填埋的生活垃圾中因为自然发酵降解而释放出的气体收集起来, 用来发电。发酵释放出来的气体主要成分为甲烷, 甲烷燃烧产生的热量很高, 产物是二氧化碳和水, 具备二次污染小的特点。通过对垃圾填埋场的综合治理对当地居民的健康以及生活状况有积极的效应。垃圾填埋发电它不仅不会对空气造成第二次污染, 反而会净化恶臭的空气, 使空气回复清新, 对当地的湖泊和溪流的污染相当小。
在填埋场填埋的垃圾表面通过使用高黏度的土壤覆盖, 这样垃圾产生的甲烷等气体就不会渗透到大气中。同时也可以在高黏土的上面再铺上一些营养土, 可以通过园林造景的方式铺设出高低不同的土坡。种上花草和树木, 甚至可以建成高尔夫练习场。这样, 不仅可以美化环境, 而且还能为居住在周围社区老百姓提供休闲和活动的场所。
然而, 垃圾填埋场需要大量的土地, 如果将已经形成的垃圾处理能力与日益剧增的垃圾生长量相比较, 深圳市垃圾处理压力很大, 由于深圳人多地少的现状不足以支持深圳全部开展垃圾填埋进行发电, 随着垃圾生成量的不断增长, 深圳市几个大型垃圾填埋场都将不堪重负, 宝安老虎坑垃圾填埋场占地达17万平方米, 容量608万立方米, 按现有的使用方式, 其使用时间已经所剩无几, 下坪垃圾填埋场也仅可继续使用15年左右, 而重新选址建设大容量垃圾填埋场已日趋困难。
2 投资、发电成本及经济效益
2.1 垃圾焚烧发电
垃圾焚烧发电能很好的实现垃圾减量化, 减少土地的占有, 但它要求垃圾处理量达到一定规模, 而且投资额较大, 建设一座大中型焚烧炉动辄要10亿元人民币。例如深圳老虎坑垃圾焚烧发电厂的一期投资总额超过5亿元, 占地5.5万平方米。同时建成投产后的环保的处理垃圾成本大约需300元/吨。如果引进国外技术进行垃圾焚烧发电, 每处理100吨/日垃圾的建成成本通常在4千万以上, 这是投资者所难以接受的。
另一方面, 垃圾焚烧发电的经济利益也值得进一步探讨。同常规燃烧发电相比, 垃圾焚烧电厂的发电装机容量通常都相对较小, 而且由于垃圾分解产生的酸碱物质, 会腐蚀发电设备。目前通过垃圾焚烧发电的效率一般都低于15%, 从而使得运行成本维持在较高水平, 而且电价无法同火电竞争。如果不依靠政府的财政补贴, 垃圾电厂将不能维持运行, 当然更谈不上产生多少的经济效益了。
2.2 垃圾填埋气体发电
垃圾填埋气体发电投资小 (为焚烧设备的1/10) , 垃圾填埋气体发电的运行费用低 (仅为焚烧费用的1/4) 。如今, 许多工业发达国家都将垃圾填埋气体发电列入政府议事日程, 投入大量资金, 运用现代化高科技手段, 大规模开发城市垃圾发电新技术, 并使其趋于商业化。
沼气发电的电价已在享受国家优惠政策, 比当地燃煤电价高0.25元/千瓦时, 约0.64元/千瓦时。不计燃料费用, 沼气发电运行成本约0.10元/千瓦时, 以2000千瓦沼气发电站为例, 机组年运行成本约160万元, 年收入可达864万元。项目总体投资约4000万, 四年多就可收回投资。
另外, 沼气发电可以申请CDM项目, 得到可观的减排费。例如在2010年6月, 国家发展改革委已经同意深圳老虎坑垃圾填埋气回收利用项目作为C D M项目的进行批复。同意该项目向E.ON气候与可再生能源部转让该项目产生的温室气体减排量, 转让总量不超过34万吨二氧化碳当量, 每吨二氧化碳当量转让价格不低于8.5欧元。
总之, 垃圾焚烧发电对环境会造成严重的二次污染, 但是垃圾焚烧可以最大限度的减少垃圾的体积;而垃圾填埋气体发电会减少对环境的影响, 但是垃圾填埋需要大量的土地资源。虽然垃圾填埋气体发电的投资费用和运行费用都只占垃圾焚烧发电的1/10, 是政府未来重点扶持项目, 但是受到土地资源的限制, 在当前这段时间垃圾焚烧发电和垃圾填埋发电将会并存。
参考文献
[1]吴珂, 刘勇, 冯其林.CDM项目下的填埋气体资源化利用技术研究[J].科技信息, 2006 (6) .
[2]刘景岳, 徐文龙, 黄文雄, 等.垃圾填埋气回收利用在我国的实践[J].中国环保产业, 2007 (10) .
[3]房镇, 李如燕, 王金华.运用清洁发展机制促进垃圾填埋气的减排利用[J].再生资源与循环经济, 2008 (4) .
[4]沈吉敏, 张宪生, 厉伟, 等.城市生活垃圾焚烧过程中的二恶英污染[J].江苏环境科技, 2003 (3) .
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[6]深圳市发展和改革局.深圳垃圾焚烧发电行业现状研究[J].深圳循环经济, 2008 (1) .
太阳能光伏与光热发电对比简析 篇2
1 光伏发电与光热发电的系统形式对比
光伏发电主要分为并网光伏发电系统和独立光伏发电系统,具体如图1,图2 所示。
一般情况下,太阳能光热发电的形式主要有三种,分别是塔式、槽式和盘式。塔式系统充分利用定日镜,将太阳热辐射直接反射到高塔的顶部,并直接加热集热器中的水,从而产生过热的蒸汽,以此来驱动汽轮发动机组进行发电。槽式系统是将多个槽型的抛物面聚光集热器经过相应的排列产生热蒸汽,利用热蒸汽来驱动汽轮发动机发电。盘式系统则是利用曲面聚光反射镜将阳光聚集在某一特定的焦点处,工作人员在焦点处安放一个发动机,利用这一原理进行发电。具体原理及使用示意图见图3。
2 光伏发电与光热发电的能量转换对比
光伏发电产生直流电,光热发电经过从光到热再到电的二次转换之后产生交流电,这种交流电可以直接与现有电网相匹配,虽然转换麻烦,但更便于使用。
3 光伏发电与光热发电的储能方式对比
光伏发电与光热发电最直接的一个区别是各自的能量储存方式,光伏发电是由光直接转化为电能的,所以大部分多余的电能只能由电池来进行存储,也就是光伏发电的存储技术难度要大,而光热发电的存储方式让其具备了调峰的功能,也就是光热发电不仅易于存储,还有效调节了发电的稳定性。
4 结论
通过对光伏发电与光热发电的对比,有以下几点不同:
发电对比 篇3
关键词：光伏电站,跟踪系统,仿真计算,实验测量
随着国内光伏发电站的大量建设,光伏发电的度电成本成为了行业内关注的焦点。不同类型的光伏发电站通常使用归一化的度电成本来对其经济性进行比较,其定义为:归一化度电成本=寿命期成本/寿命期发电量(元/k W·h)。由此可见,在成本不变的情况下,增加发电量可以有效降低度电成本,提高经济收益。采用跟踪系统的光伏发电技术能有效提高光伏发电站对辐照量的利用率,从而达到提高光伏发电站的发电量、降低度电成本的目的。目前,主要的跟踪系统形式有平单轴跟踪、斜单轴跟踪和双轴跟踪。本文对这3种支架类型的光伏发电站发电量进行了仿真计算,并与采用固定支架的发电量进行了对比分析。
1 仿真计算
本文使用PVsyst光伏发电系统仿真设计软件对采用固定支架、平单轴跟踪系统、斜单轴跟踪系统和双轴跟踪系统的光伏发电站发电量进行仿真分析,并对不同形式光伏发电站的发电量计算结果进行了对比。
1.1 仿真条件
在进行仿真计算时,将项目地址选择在太阳能资源丰富的新疆哈密地区。哈密位于北纬42.82°,东经93.52°,根据Meternorm6.1数据库中的信息,该地区水平面上的总辐照量如表1所示。
固定支架方阵的角度根据软件计算的最佳倾角选择为43°,平单轴的跟踪范围设置为常规的-45°~45°,斜单轴根据目前常见的厂家参数,将南北向斜单轴倾角设置为20°,跟踪范围与平单轴相同,双轴支架倾角设置为0°~80°,跟踪范围设置为-180°~180°。
为了便于分析,在仿真时将4种类型光伏电站的容量均设置为1MW,核心设备分别选用305 W的多晶硅组件及500 k W的集中式逆变器。每18个组件为一串,固定支架方阵一个支架上双排安装两个组串,平单轴及斜单轴每个支架安装一个组串,双轴每个支架安装两个组串。
1.2 平面布置
按照18个组件一串,共184串的配置对光伏发电元总平面进行布置,并建立阴影遮挡模型。在进行阴影遮挡分析建模时,将4种类型发电单元的阴影遮挡损失控制在同一水平,由此得到不同类型发电单元的间距情况如表2所示。
1.3 计算结果
对仿真计算得到的固定支架、平单轴、斜单轴和双轴相对于平面总辐射量而言,其入射面的辐射量分别都有了一定程度的提高,具体情况如表3所示。
根据仿真结果,将4种类型方阵的发电量汇总,得到发电量情况如图1所示。
2 实验测量
在哈密地区建立了针对固定支架系统、平单轴跟踪、斜单轴跟踪和双轴跟踪系统四种类型发电系统的实验平台,每种类型的光伏阵列容量均为39.2 k W。对该实验平台上4种阵列1年的运行数据进行了整理分析,得到的发电量变化情况如图2所示。
3 结束语
对比图1与图2可知,4种不同类型支架光伏阵列发电量的仿真结果与实验结果的变化趋势一致,使用跟踪系统的光伏阵列均在5月份达到发电量的峰值。
对单位装机容量的发电量情况进行对比可以发现,仿真结果比实验测量结果偏大。这可能是两方面的原因引起的:(1)在仿真计算阴影遮挡模型建立时,所取得的遮挡率较低,远远大于国家标准规范的要求;(2)仿真过程中对灰尘遮挡的影响无法进行准确描述,实际项目中因灰尘遮挡而导致的电量损失情况要比仿真给定的数值大。在下一步的研究中,将对这些影响因素作进一步分析。
参考文献
发电对比 篇4
光伏并网发电出力易受光照变化、温度波动等外部环境条件影响,而并网后其出力的稳定性更与电网的安全稳定运行休戚相关[1]。国家电网公司对并网光伏发电系统提出了相应的技术规则和要求由于光伏发电存在并网逆变环节,不同于火电厂、水电厂等传统发电机组无旋转惯性,故在网侧发生较大扰动时,其动态特性必然与传统机组有所不同[2,3,4]。与风电机组类似,并网光伏电站也有对应的低电压穿越(Low Voltage Ride Through,LVRT)能力[5],网侧发生电压跌落在一定时间范围内,要求并网光伏发电系统必须保持与电网相连,具备低电压穿越能力。网侧电压跌落,光伏电站的出力无法输送到网侧,而光伏电池依然向直流侧输送电能,将导致逆变电路直流侧过压,直接威胁到逆变电路本身的安全[6,7,8],类比于风电机组的LVRT,需要采取技术措施来保障直流侧不过压,确保逆变元件安全。
基于光伏电站并网运行时需满足的技术条件,本文介绍了电网对光伏电站接入系统的技术规定和准则,提出主动式IGBT(Insolated Gate Bipolar Transistor)型crowbar电阻卸荷电路和双向DC/DC超级电容器卸荷电路2种卸荷方案根据并网光伏电站的工作原理,基于PSCAD/EMTDC搭建了双极型并网型PV电站模型。针对并网型光伏电站电压跌落进行了仿真,对比分析了2种不同卸荷方案的动态特性。结果表明,超级电容器可更有效保护并网发电系统。
1 并网光伏电站低电压穿越能力要求
国家电网公司针对并网型光伏电站低电压穿越能力,提出了低电压运行的技术标准,如图1所示[9,10]。
图1中红线上方为要求光伏电站不脱网运行区间,红线下方为并网光伏电站允许脱网区间。其中UL0为正常运行所允许的最低电压,为90%额定电压;UL1为所要求保持与电网连接的穿越故障电压,为20%额定电压。网侧电压在0 s时,从额定电压跌落至20%额定电压,其中T1=1 S,T2=3 s,故障消失,网侧电压恢复至额定电压的90%。在红线以下时,允许光伏电站脱网。
2 并网光伏电站建模与并网
2.1 光伏电池建模
太阳能光伏电池可等效为如图2所示电路[11,12,13]。其中:Rsh为与电流源反并联的分流电阻;Rsr为串联电阻;I为输出电流;V为输出电压;Isc为光电流;Id为二极管电流;Ish为分流电阻电流。由基尔霍夫电流定律可以得出:
将Id与Ish替换,可得:
进一步整理,将Isc替换为与光照G、温度Tc相关的等式:
式中:IoR为光伏等效二极管饱和电流;q为充电电荷量;k为波兹曼常数;n为二极管因子;Tc为太阳能电池极表面温度;TcR为太阳能电池板额定出力温度,TcR=25℃。
这些参数由电池厂商提供或经试验测得,利用Fortran语言环境将式(3)表达式写入模型,可得到PSCAD中的仿真模型。
2.2 MPPT控制器建模
光伏阵列电池在不同温度、光照条件下,其输出电压与输出功率均不相同。通过一系列的I-V曲线,可以得出只有电池在某一特定电压时才有最大功率输出[14,15]。为达到光伏电池的最大利用率,逆变电路需要对光伏阵列电池的最大功率点进行追踪,以便实现在任何光照和温度条件下,始终获取光伏阵列电池的最大功率点跟踪功率输出。
当前常见的最大功率点跟踪(Maximum Power Point TraCking,MPPT)算法有:恒定电压控制法、扰动观察法、电导增量法和变步长导纳增量法等。由于电导增量法在光照发生剧烈变化时,能更有效地实现最大功率追踪,所以本文的MPPT采用了电导增量法。
如图3所示I(t)和V(t)分别为第t个采样点的光伏电池输出电流和电压,I(t-1)和V(t-1)分别为前1个采样点的光伏电池输出电流和电压;Vef为参考电压;ΔV为电压增量步长。在该控制方式下,当作用于光伏电池的日照强度和温度变化时,MPPT控制器可以给出1个控制电压,使逆变电路直流侧电压可稳定地追踪电池电压变化,从而实现逆变电路对光伏阵列的最大功率追踪。
2.3 并网光伏系统建模
如图4所示为双极型并网光伏电站的仿真结构及控制策略。光伏电池通过直流滤波器DC/DC变流器、DC/AC变流器,经升压变压器并网。
MPPT控制器通过对光伏电池电压、电流的实时采样计算出DC/DC侧PWM控制信号的占空比,与载波信号生成控制触发脉冲,进而控制直流侧IGBT动作,从而及时将光伏电池所发电能全部送出,实现最大功率追踪。DC/AC侧采用的是SPWM逆变电路,为达到较好的稳定性和动态性能,逆变电路的控制采用了外环电压环、内环电流环的双环控制,网侧的跟踪策略采用了基于电网电压定向的矢量控制。
3 卸荷电阻及超级电容器结构与控制
3.1 直流侧卸荷电阻电路原理
直流侧卸荷电阻电路由IGBT与卸荷电阻构成[9]。
如图5所示,网侧电压跌落时,光伏电池出力不能有效送出,电能累积在直流侧,造成直流侧电压升高。当Udc升高至一定数值时,过高的电压会烧毁电容器甚至逆变电路。为有效保护逆变电路,当Udc升高至参考值Udcref时,导通卸荷电路,过多的电能经过Rdamp消耗,进而保证逆变电路元器件不过压;当直流侧电压降低至Udcref时,卸荷电路断开,从而实现对逆变电路的保护。
卸荷电阻阻值按照最严重情况考虑,当光伏电站在额定功率运行时,网侧发生严重电压跌落,卸荷电阻阻值可由式(4)计算:
式中:PN为光伏电站额定功率;r为发生故障后电压与网侧额定电压之比;ug为额定电压有效值;(1+δ)为超过变流器额定电流部分的比值;Udc-max为直流侧最大允许电压;ig为网侧额定电流。
由于实际运行中电阻发热,各种参数的设置应考虑一定的裕量。
3.2 超级电容器卸荷电路原理
超级电容器卸荷电路如图6所示,超级电容器通过非隔离型双向buck-boost电路与光伏直流侧相连[10,11]。
与卸荷电阻工作原理相似,超级电容器也是通过稳定直流侧电压保护逆变电路,直流侧电压过高时,该电路以buck模式工作,通过电容器卸荷,稳定母线电压。
通过对直流侧电容电压Udc与直流母线电压保护参考值Udcpref做差;经PI环调节得到内环电流参考值Iscref、内环电感电流采样值Isc,与参考值Iscref比较,限制通过IGBT的电流,从而对超级电容器和IGBT进行保护;经过电流环迟滞比较环节产生占空比,经PWM得到IGBT的开关信号。
4 仿真分析与算例验证
设网侧电压跌落至额定电压的20%,光伏电站额定功率为250 kW,并网点额定电压为0.4 kV,额定频率为50 Hz,光照强度G=607 kW/m2;环境温度Tc=25℃。光伏阵列仿真参数:光伏组件串联数为20,并联数为20;组件中光伏电池并联数为4,串联数为20。卸荷电路电阻为0.4Ω,超级电容器电容为100 F。
设故障发生在3～4s时故障清除,故障持续1s,故障时光伏发电系统电压跌落至额定电压的20%,故障过程中,光照强度与环境温度保持恒定不变。
由图7可知,超级电容器卸荷电路的并网点电压恢复最为迅速,电阻卸荷电路的并网点电压恢复稍慢,无卸荷电路并网点电压恢复最慢。
由图8、图9可知,装设超级电容器卸荷电路的光伏并网系统,电流在网侧故障期间波动最小,直流侧电压波动很小,网侧故障对直流侧电容及逆变电路影响最小;电阻卸荷电路的直流侧电压波动大于超级电容器卸荷电路;无卸荷电路直流侧电压波动范围最大。
由图10、图11可知,从网侧分析,装设超级电容器卸荷电路的并网光伏系统,有功网侧电压跌落期间,有功跌落最严重,但在网侧电压恢复以后,并网光伏系统的有功迅速恢复稳定;装设卸荷电阻电路的并网光伏系统电压跌落情况好于超级电容器;无卸荷电阻电路电压跌落情况好于无电阻卸荷电路,但回稳速度最慢。
从无功考虑,装设超级电容器卸荷电路的并网光伏系统无功恢复最快,装设卸荷电阻电路的并网光伏系统无功恢复稍慢,无卸荷的并网光伏系统无功回稳最慢。综合考虑超级电容器卸荷与电阻卸荷,超级电容器对网侧电压跌落时,对逆变电路直流侧及逆变电路的稳定效果更好。
5 结论
第4节仿真结果表明:
(1)从光伏电池考虑,在整个LVRT过程中,卸荷电容器对电池电压、电流的稳定效果最好;电阻卸荷电路优于无卸荷电阻电路;不装设卸荷电阻电路的光伏电池端电压波动最大。
(2)从公共耦合点(Point of Common Coupling,PCC)电压稳定考虑,装设超级电容器卸荷电路的并网光伏发电系统PCC电压恢复最快,趋稳时间最短;装设卸荷电阻的并网光伏发电系统PCC电压恢复略慢,但很快趋稳;未装设卸荷电路的并网光伏发电系统趋稳时间最长。
(3)从并网光伏发电系统直流侧电压及逆变电路保护考虑,装设超级电容器卸荷电路的并网光伏系统直流侧电压在整个LVRT过程中波动范围很小,直流侧电容及逆变电路得到了有效的保护;装设卸荷电阻电路的并网光伏系统直流侧电压波动大于超级电容器卸荷电路,但还是较为有效地稳定了逆变电路电压;未装设卸荷电路的并网光伏发电系统直流侧电压波动最大,对逆变电路影响也最大。
(4)对比并网光伏系统有功波动,可以得出,装设超级电容器卸荷电路的并网光伏发电系统网侧有功跌落最严重,但在LVRT后,趋稳速度最快;装设卸荷电阻电路的并网光伏发电系统有功跌落较轻,回稳速度居中;无卸荷电路的并网光伏发电系统有功跌落最小,重新趋稳时间最长。
(5)对比并网光伏系统无功波动,与PCC并网电压类似(参见(2))。装设超级电容器卸荷的并网光伏发电系统回稳最快,电压波动最小;装设卸荷电阻的并网光伏发电系统回稳及波动范围优于不装设卸荷电路的并网系统,但不及装设超级电容器卸荷电路的并网发电系统;未装设卸荷电路的无功恢复最慢。
摘要：电网侧发生电压跌落时,并网光伏电站逆变电路直流侧会产生一定的过电压,威胁直流侧电容及并网侧逆变电路的正常运行,过电压严重时甚至会烧毁电容与逆变电路。分析了并网光伏电站的动态运行特性,针对电网提出的LVRT要求,提出了直流侧电阻卸荷与超级电容器卸荷2种卸荷方案。基于PSCAD/EMTDC仿真软件,搭建了双极型并网光伏发电系统模型,对比分析2种卸荷电路在网侧电压严重跌落时,并网光伏发电系统不同的暂态特性。仿真结果表明,超级电容器可更有效保护并网光伏发电系统。