太空超级太阳能发电站的设计

3 日本岩木市以太阳能发电为中心的10年（1999—2010 年）新能源规划

岩木市是日本使用大规模太阳能发展新能源的领先城市之一。在启用太阳能发电方面该市具有地理优势，因为年日照时间高达2 100 h，超过东京等地。

3.1 10年计划的总目标

10年计划的目标是新装太阳能发电21 000 kW（21 MW），此外还有风力发电、太阳能热利用、废弃物燃烧发电、汽轮机的废热供热等。折算为原油发电可节约82 195 kL/g。CO2减排量为31 130 t/g。提出的两个口号是"清洁能源循环利用的城市"、"21 世纪新型都市———岩木市"。

        3.2 前期工作

根据员怨怨苑年日本交通省的新能源规划已将岩木市作为试点，具体是在学校、公园、道路、公共场所等引入太阳能发电装置约300 kW，并形成新能源管理网络。该设计已在1997—圆园园源年期间实现，系统的概要图如图8 所示。图中，每一设施均应用太阳能电池板供电，系统之间用直流300 V母线连接，并经逆变器变换为交流200 V。交流电经升压变压器升至6 600 V，以构成交流供电网络。交流网络一方面可与市电电网联系进行能量的双向流动；另一方面将信号送至PV 管理中心，进行电力的集中管理、分配、信息储存，以便系统安全、连续运行。当市电停电时，可由预先储备的300 A·h蓄电池组供电，大约可以维持一天的基本用电。因此，该系统同时具备了城市防灾功能。

上述工程费用概算为8 亿圆000 万日元（折算人民币为5 亿元），由国家、市政府、地区开发振兴公司三方各负担1/3。

3.3 新能源概要

根据10 年计划走资源循环的路，建立全新的岩木市的总目标，具体的实施和阶段分解如下。

3.3.1 制定政策的背景

1）世界性的能源紧缺能源消耗逐年增大；对石油依赖过高；节省能源意识淡薄。

2）依靠新能源解决问题太阳能发电；太阳能热利用；风力发电；废弃物燃烧发电；利用汽轮机产生的废热来供热。

3）建立能源循环式都市的设想解决地球环保问题，环保意识不断增强；抗灾能力增强；未来成为能源供给长期稳定的城市。

3.3.2 各种新能源经济技术指标评价

1）从节能减排效果相比较太阳能发电寅风力发电寅电动汽车寅太阳能热利用寅废弃物发电。

2）从投资大小相比太阳能热利用寅废弃物发电寅电动汽车寅太阳能发电。

3）从能源获取开采量相比较太阳能热利用寅太阳能发电寅风力发电寅废弃物发电。

4）综合评价太阳能发电寅太阳能热利用寅电动汽车寅废弃物发电寅风力发电。

3.3.3 节能减排指标

1）新能源发展新增功率和机台数太阳能发电21 000 kW；太阳能热利用15 100 kt；风力发电3 500 kW；废弃物热利用760 kt；清洁能源或电动汽车12 300 台；汽轮机废气供热24 690 kW。

2）CO2减排量太阳能发电3 820 t；太阳能热利用10 910 t；风力发电280 t；废弃物发电及热利用5 430 t；电动汽车36 000 t；汽轮机废气供热7 090 t；合计31 130 t。

3）节省原油（折算后） 太阳能发电5 285 kL；

太阳能热利用15 100 kL；风力发电380 kL；废弃物发电及热利用7 510 kL；汽轮机废气供热43 690 kL；合计之后为82 195 kL；占原油总消耗量的19.2%。

3.3.4 全市多部门分工

1）政府、行政部门形象工程和示范工程展示，提供信息、提供后援。开发顺序为太阳能发电寅热利用寅风力发电寅废弃物处理寅电动（或清洁能源）汽车等。

2）市民主要是在各自住宅安装太阳能发电装置和太阳能热水器，使用清洁能源（如天然气）或电动汽车等。

3）企业太阳能发电和电动汽车开发；提供各种节能技术、信息；开办向市民普及"新能源技术"的各种培训班。

3.4 前期工作节能效果

岩木市1997 年已建立300 kW太阳能发电系统，现将节能效果综述如下：
1）年发电量29 万5 800 kW·h（约80 户家庭的年用电量）；
2）CO2减排折算量56 t；
3）节省原油（核算）苑2 000 t。
按发展计划，2004 年起计划增加560 kW 的太阳能发电装置和350 kW的风力发电装置。
形象化的展示该市的PV管理中心于2001 年12 月员员日和员圆日开通，如图9 所示，显示了2001 年员圆月员圆日日照强度和每日缘：00耀19：00的不同发电量。


4 对我国太阳能发电发展的一些设想

在国际上，发达国家（如美、日、德）为促进太阳能发电的发展一般有两种途径：一是给私人用户购置新能源装置（部件），给予一定金额补助，例如日本补助50%；二是私人设置的太阳能发电站可以把富余的电力送入国家电网，俗称"卖电"，但需办理一定的申请手续，如订合同书，由电力公司安装"逆潮流供电"电表，检验太阳能发电装置技术上是否符合上网条件等。如果装置容量足够大，业主可从卖电中得到相当的利益。

我国至今对新能源发展未制定优惠政策，但从2009 年开始"节能"、"减排"呼声很高，有关部门已开始论证此问题。有关专家认为，可以从将大电网集中供电改为分布式供电入手。

在现代社会中，用户不满足于传统的供电方式，对供电的可靠性和稳定性的要求越来越高。以新能源为主的分布式电源，由于可以设置在用户附近，又可以作为中、小规模工厂的自备电源，正在世界范围内迅速普及。在这种新的形势下，为实现高供电可靠性、生产优质廉价电能，同时减少对环境的影响，有必要构建符合时代要求的分布式发电系统。在我国能源供需矛盾增加、环保压力增大的情况下，分布式发电有着良好的发展前景。

分布式发电所利用的新能源包括太阳能、风能、潮汐、波浪和地热等自然能源。分布式发电有个概念叫作"自己发，自己用"，减少发电上网比例，会有效缓解阻碍能源发展的上网瓶颈问题。另外，分布式发电还能为推广新能源开拓全新途径。

因为不论风电、太阳能还是其他发电形式，都有一个共同点，就是能源密度低、发电设备占地面积大。而分布式发电利用了每家每户的屋顶和其他地方，使其成为一个个小的电源点，正好解决了新能源密度低、占地面积大的问题。

目前，我国发展分布式发电有三大问题需要解决。

一是对开展分布式发电的意义认识不足。由于分布式发电在国外刚开始普及，所以我国的许多科技人员都不熟悉分布式发电的基本概念，更提不上积极去推动该项工作。基于上述原因，首先需要普及分布式发电的概念，做法和意义，让相关人员了解什么是分布式发电，以及分布式发电在提高电力系统的可靠性、节能和环保中的作用。

二是缺少相应的法律和法规。分布式发电系统的建立，需要解决电力系统对分布式发电设备的准入问题。应制定相应的技术标准，更需建立相关的法律和法规，这些目前为系统中某些电力企业的利益所制约。此外，要制定考虑各方利益的分布式发电电能的上网电价。对于相关的投资、回报等也都要制定相关的法规。

三是缺少前期研究。传统的输电方式中，潮流基本稳定，而分布式发电则会发生潮流的频繁改变，因而分布式电力系统的保护和控制要满足相应的要求。国外虽然已有许多相关研究和设备的开发，但在引进国外技术的同时，还需要开发适合我国国情的分布式发电技术和设备。

电力电子和变频技术工作者在新能源发展过程中要作出应有的贡献。以最热门的风力发电和光伏发电来说，最重要的主角自然是风力发电机和光伏电池的研制。但控制器也是排第二位的不可缺的重要部件。这正是电力电子技术人员大显身手发挥作用的机会，例如太阳能光伏发电系统，实际上是一台变频器（含上网、能量双向流动以及多种保护，例如"孤岛效应"防止等）。一个变频器厂转产该类产品并非难事，但需要重新开厂，重新研制，不是简单的在电路板和软件上改动一下即可，起码它是双PWM系统。如日本富士、日立都在十多年前就有系列化产品。我国目前一些重要的太阳能光伏形象工程多是进口日、美、德定型产品。因此，"太阳能光伏控制器厂（或公司）"，应当可以挂牌亮相了。不仅有利于经济增长，还可扩大就业机会。一举两得，何乐而不为。