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柴油发电机组远距离送电也无法避免

文章出处:康明斯发电机 责任编辑: 人气: 发表时间:2021-02-25【

  (1)太阳能光伏发电系统的英文不应该是Solar Power System,而应该是Photovoltaic System,回忆一下英文文献或者外国公司的PPT:一般在说光伏发电系统的时候,经常会简写为PV-System,如果原文正确,那简写岂不应该是SP-System……这是啥……Windows系统补丁么……

(2)Solar Power System可以指代太阳能发电系统,但不能等同于光伏发电系统(PV-System),因为Solar Power System不但包含Photo-voltaic(光伏发电),还应该包含Solar-thermal(光热发电),两者是真子集的关系。

当然,以上问题在国内我觉得无所谓,毕竟说sun-power的都大有人在……日常交流没必要吹毛求疵,但如果就职于跨国公司,或者要准备国际会议发言稿,我劝大家最好还是按照我说的来,老老实实的写Photovoltaic (或缩写为PV)。

原因就一个:专业。(黑墨镜+金链子.jpg)

好了,进入今天的正题:美国新能源中的太阳能。

新能源这个东西吧,概念的确很火,在全球都很火,哪怕是中国,各种新能源公司和股票如同雨后春笋,资本蠢蠢欲动,股民热血沸腾,但就供电工业领域而言,它简直就是李时珍的皮……

为什么这么说,先来回顾一下新能源规划的两条基本原则:

(1)就地消纳,避免远距离大功率输送;

(2)分布式开发为主,视具体条件再考虑搞大……大工程

明确了以上两个原则,接下来就以美国为例告诉大家什么叫做理想总是美好的……

如下图所示:

concentrating solar resourcesphotovoltaic solar resources
上两个图中,前者是美国光热资源分布图(聚焦式太阳能资源分布图),后者是美国光伏资源分布图,因为使用目的差异,因此特性图不太一致(电源用途差异,后文再说),但总体规律都是一样的。

从这两张图上,我们能看到以下几个问题:

(1)美国东部的太阳能资源比西部差着一大截,然而现实里东部却比西部发达。

(2)阿拉斯作为孤立地区,因为联网困难、因此最需要新能源来作为主流能源提供的地区,然而对不起,太阳能资源情况真的很差。实在不爽,极光,了解一下。

(3)夏威夷地区阳光灿烂,非常适合太阳能开发,但是请把沙滩和绿岛留给游客。

(4)加利福尼亚州的阳光真的nice。

回想我们刚才说的两个开发原则,那么问题来了:

(A)美国太阳能资源分布和其经济状况恰好相反,若要大规模开发光伏发电,存在布局矛盾,不易就地消纳。

(B)资源地域在空间尺度上太大,如果要大规模开发,远距离送电也无法避免。

(B)日照条件比较好的区域,集中在美国西南部加利福尼亚州、亚利桑那州和新墨西哥州等地区,资源都挤成了一窝,和"分布式开发"的从八字上就是不合的。

至此,我们来思考一个非常现实的问题:如果你是美国,要如何解决它们呢?

思一:研究大规模光伏并网技术,间歇式发电远距离输送的功率控制问题,可控太阳能发电系统,etc.

——在这个情况下,相当于把问题交给了工科。

但是还有一个更牛逼的思……

思二:大力发展美国西部经济,使得东西部经济发展格局持平甚至是对调。届时,本地消纳能力和资源分布相匹配,远距离送电的必要性也被消除了。

——在这个情况下,相当于把问题交给了商科。

你看,这个世界就是如此奇妙,八竿子打不到的两个专业领域,做到极致的时候,却可以解决同一个问题。大部分同学想到的应该是思一,想到思二的人应该寥寥无几……

如果有同学思一和思二都想到了,那么你可能天生具有做规划的天赋,是一个搞宏观规划不可多得的人才……甚至是天才……

但是(注意我的但是),你依然当不了美国,因为接下来我要跟大家说的是最牛逼的思三……

思三:退出巴黎协定。

——不是不好搞吗,川爷我不搞新能源不就得了?别说太阳能的难题了,康明斯发电机维修连其他新能源的毛病都给你一并解决了hhhhhh……

看到这里,有的同学不禁又要问了……美国的太阳能资源有毒,风电如何呢?

emmmm……上两张美国风资源分布图给大家看一下……

上图是美国陆地风电(on-shore)资源分布图,这一来可好,加利福尼亚州和州连风都没了(太阳又大又没风,夏天怕不是要热死哦)……全挤到中部一些经济不发达和经济不怎么发达的州去了,比太阳能也好不到哪里去……

再看海上风电(off-shore)资源分布图:

如果1/2以上资源地区具有海上风电的开发可能……大家觉得可以修几个海上风电场?更何况夏威夷还得占据一大部分——当然,这是不可能的,毕竟夏威夷的近海还要用来游泳和开游轮……

如果故事就这么结束了,那么未免显得太无趣,以美帝的习性……没玩够的东西一般来说是不会轻易丢下的,因此太阳能发电的故事远没有结束……

我们再回到之前的问题之上:为啥光伏等新能源发电需要“分布式开发”和“避免远距离输电”?

说白了,最根本的毛病就是这用途发电的出力不可调节,导致输出功率不受调度。

因此,研究开发出力可控的太阳能发电,说不定就能解决这个问题……这就回到了文章一开始就说的那个词汇之上:

Solarthermal——光热发电。

什么叫做光热发电,一分钟给大家讲明白……

上图中,红圈部分就是光热发电系统的核心……其余的东西看都不用看,因为和任何一个火电厂都是一样的原理。

因此,这种发电系统和火电厂的唯一区别就在于——热源的不同。火电厂用的是煤or气,光热电厂用的是太阳。

但是,请务必注意,光热发电和光伏发电的物理原理是完全不同的,光热发电用的是热效应,光伏发电用的是光伏效应(再往前追溯一下,本质上就是高中物理的光电效应)

搞清楚以上问题,接下来就只有一个难题了

——热源如何搜集?

上一张光热电站的图给大家看看。

上图是美帝最大的光热电站——伊万帕光热电站(Ivanpah,不是伊万卡,要正直一点hhhh),这张图看起来比较小,其实这个电站超级壮观,具体可以看看这篇文章:图赏美国Ivanpah塔式光热电站 - 北极星太阳能光伏网

和之前我们诊断的一样,该电站位于阳光充足人民富有的加利福尼亚州……发光部分就是太阳能聚焦点,下面有成千上万个反光镜,这些镜面会随着日照角度而不断调整,持续向铁塔顶点“行注目礼”。

这种发电方法,称之为“点聚焦式”光热发电,或又根据设备外形称之为“塔式”光热发电。

当然,就工程实现而言,这里面还有很多更牛逼的知识,譬如被加热并用于热交换的工质就有熔盐,导热油等,但这些限于文章篇幅我们都不提了……只要记住一点:

这种电站的出力是可以调节的,并且白天加热的工质可以储热一段时间,因此它是一个:出力可调节且晚上也能发电的太阳能发电站。

除此之外还有啥呢?

还有另一种,叫做“线聚焦式”光热发电,根据设备外形又称之为“槽式”光热发电,基本原理都是一样的,差异在于聚焦方法相对分散,被加热部分不是一个点,而是一个条状的长槽,因此可以平铺布置。具体的图找不到了……美帝也有好几个,但应用最多最广的还是塔式光热发电。

美帝最有科技感的光热发电是什么样子的呢?

是这个样子的:

我曾今拿上图去问别人,基本所有人都说这是雷达hhhh,其实这叫做碟式光热发电……发电功率很小,属于“点聚焦式”光热发电。

这种发电装置的核心设备是像电脑机箱一样的那台斯特林发电机……斯特林发电机是一种很神奇的存在,基本都是用于宇航领域,目前而言民用领域用它成本太高太高……空间斯特林发电_百度百科,大概和烧货币发电没啥区别……(当然,面值不能太大2333)

总的来说,美帝在玩太阳能发电上,基本也是操碎了心,虽然投入商业运转的光伏、光热电站也不少,但光伏的毛病就是文章开始讲的那个,而光热电站的毛病就更大了……具体来说大概有以下几个:

(1)造价高,发电成本高,电价高——简称“美三高”,伊万帕光热电站装机30多万千瓦,投资了22亿美元(google公司也投资了1个多亿,估计赚不到啥钱,就是图个新鲜)……在2012年前后美元汇率没有崩之前,这接近130多亿人民币的投资就修了一个30万千瓦的电站……而且其出力恐怕只相当于6万千瓦的火电,搞造价的同学就明白了,这恐怕是50倍以上的投资差距……

(2)热能效低,塔式光热发电作为比较好的光热发电,热转换能效只有15%左右……本来搜集点太阳能就不容易,现在这热能效还那么低……头皮都要麻了。

(3)工程选址还是有很大的性,注定了这种电站甚至都不能在城市周边建设——什么光污染咯,烧死鸟咯,影响咯……美帝人民都是扯过的……

伊万帕电站的厂址在哪里呢——在莫哈韦沙漠,也就是这个样子的:

——这么漂亮的地方, 大概更适合带家人、女朋友兜兜风,修个电站,还是挺煞风景的……

最后再唠叨一句:我国的光热示范工程也追上来啦,如何评价纪录片《创新中国》第二集《能源》?,这个问题链接中的视频,就给我国光热工程来了个专题采访,有兴趣大家可以看看,知乎萌编邀请我回答这个问题的时候,我感觉核电和其他的更出彩……所以没答。

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