摘要：国内外光伏发电发展形势一片大好。分布式光伏发电站在特高压换流站建设中的应用将提供一个节约能源的新领域。本文的重点是提出特高压换流站建立分布式光伏发电站的构想，并给出实施方案的细节。通过对方案可行性和经济性的分析，可以证明此方案具备提高特高压换流站经济效益的作用，并保证站用电源的可靠性。
关键词：分布式光伏发电站；特高压换流站；交流并网；直流并网
地球化石能源的大量消耗带来了二氧化碳排放量的增加，加重“温室效应”的同时，也使能源危机威胁着整个人类的生存和发展。因此可再生能源的开发和利用成为当今世界关注的焦点。光伏发电作为清洁高效的能源生产方式在电力生产领域大行其道。本文将阐述分布式光伏发电站应用于特高压换流站的理论基础和实现的可行性与所产生的经济效益。
一、可再生能源成为人类生存和发展的需要
化石能源不可再生的特点就要求人类开发新的可再生能源来代替它，其中重要的可再生能源之一就是电能。美国的著名未来学家杰里米•里夫金描绘的未来是：人人参与绿色能源的创造。无论在家中、办公室还是工厂都遍布着能源再生装置，并以“能源互联网”的形式实现能源的共享，这种共享仿佛与互联网上分享消息一样方便和快捷。作为经济发展支柱的能源产生方式将发生巨大变化，例如高效的发电设备将安装于建筑物的顶部来吸收光能；能源储存器将作为基础设施安装在建筑物内；能源互联网将建筑物中所产生的电能用于能源分享；运输工具的能量来源也将倾向于电能。
中国的能源结构以煤炭为主。煤炭消耗量大约占全球的一半。当前，要想在短期内使可再生能源代替化石资源并不现实。随着中国在国际社会承诺的减排义务的履行，我国需要积极地探索能源结构转型，逐渐地使可再生能源在能源结构中的比重提高。
电力能源的来源有多种，但属于清洁能源的范畴包括水电、风能、太阳能、核能、潮汐能等。目前的光伏发电领域逐渐扩大，但受长距离大功率输电以及电能的就近消纳等因素的制约，丰富的光能资源不能转化成电能，造成巨大的资源浪费。国家政策对光伏发电做了调整，从简单扶持转变为更加注重效率的财政补贴，尤其对中东部等能源消耗大的地区，政策支持力度空前加大。因此，分布式光伏发电站建设应用于特高压换流站符合国家的能源政策倾向，从长期来看，在保证运行可靠性的前提下，其对发、输电的综合效益将有显著提高。
二、理论运算得出的光伏开发总量
特高压换流站属于大型建筑项目，对土地的占用较大。站内的建筑布局大约有主控楼、辅控楼、换流阀厅等，其他重要附属区域有直流场、交流场、换流变广场、交流滤波器场等，此外还需要道路和厂区的绿化改造。绿化可以减少光伏发电站对环境的承载压力，为运行人员提供合适的工作环境。
以光伏发电的建设工程经验为参考，可以根据理论推算在特高压换流站内有效面积的基础上，光伏发电的装机容量：
理论上，光伏发电装机容量计算公式为：
式中：光伏发电装机容量的峰值以P表示；光伏发电设备的布局对发电功率的影响以K表示，一般取值为0.7；S为光伏发电场的占用面积；Ps为单位面积光伏（发电材料主要是硅）发电装机容量经验值，取值依据材料和光能利用率的不同而有变化，通常取值为0.15kw/m2。
光伏发电量的总计算公式为：
式中，光伏发电系统的年发电量以E表示；太阳能总辐射量采用H字母表示，但太阳能辐射量会受到地区不同的限制，广东地区大约为1163~1393kWh/m2；光伏电池将光能转化成电能的效率以 表示，取值一般在0.11和0.13之间；太阳能电池长期运行性能衰减修正系数采用K1表示（与地区纬度、地形特点、气候天气等因素相关），取值通常为0.8；气象条件的修正系数采用K2表示，一般取0.82；K3为有效功率修正系数（与运行设备的电能损耗等因素相关），一般取0.95；K4为光伏逆变器效率系数，一般取0.85；发电机组摆放效率及光线倾角修正系数采用K5表示，低于20℃时的取值可以为0.93。
以沿海地区某特高压换流站为例，该站有效建筑面积为224800m2，光伏发电装机容量接近2.4MW左右，年电能产量将近16GWh。
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三、光伏发电在生产应用中的优势以及全面推广遇到的问题
在特高压换流站中建设光伏发电站使土地利用率提高，可大量节省成本；为有效减少空调用电，可以选择在换流站内主要建筑物屋顶位置处安装光伏发电装置，同时也有一定的遮阳功能；选择室外场所安装光伏发电装置，可使设备的运行安全性加强；此外光伏发电组件的结构特点可以用作雨水的收集，雨水可以用作换流站大型系统的冷却介质。
技术上，在特高压换流站内建设光伏发电站能够有效提高站用电源可靠性以及经济性，实施的难度也不大。没有系统的工程尝试可能是对光伏发电站的应用前景缺乏信心，或对其重视不够，因为特高压换流站站用电源可实现多重电源供给方式，在失去光伏发电补充的情况下，也能够保证用电设备正常运行，另外，光伏发电的经济效益还没有在发电领域得到共识。如果全社会都加强节能减排并开拓电能来源，人们就会更加重视在特高压换流站以及其他变电站内建设光伏发电系统的深远意义。
四、光伏电源开发和应用模式
（一）光伏电源交流并网模式分析
1.阀厅。该模式为屋顶低压交流并网，可节省变压和传输等环节。如考虑加强阀冷电源的可靠性，可根据光伏发电容量配备功率相匹配的蓄电池。
2.综合楼。综合楼一般是办公与生产两用，按一定的系统配比可提高办公和生产的电源可靠性。
3.备品备件库。与特高压换流站的规模相匹配，发电系统符合交流电源系统。
4.交流场设备区。交流场、交流滤波器场以及换流变广场等是交流场设备区的主要构成部分。
（二）光伏电源直流并网分析
1、主控楼。光伏发电系统需要建立在主控楼屋顶位置处，220V公用直流电源系统与光伏电源经二极管隔离相接时，就可以省略掉变压调频系统环节。
2、继电器小室。120kW光伏发电系统适合安装在换流站继电器小室屋顶上，各小室220V直流电源系统可以在二极管隔离的条件下完成接入操作。
3、直流场设备区。在直流场设备区的构架上可以加装光伏发电系统。
五、光伏开发经济效益以及前景展望
将光伏发电站应用于特高压换流站，会在一定程度上受到时间、光照和地域等因素的影响，虽然实施有一定难度，但是在施工中同步建设效率较好，也能够保证较低的成本投入。建筑物屋顶光伏发电系统可以在不借助任何处理的情况下，直接加装光伏组件，对于户外发电系统来说，在施工过程中同步安装光伏组件即可完成施工，不会对设备基础以及施工工期提出其他要求。
近年来，我国的光伏组件单价持续降低，并网光伏发电站整体造价也随之降低。参考资料显示，不同地区示范项目的单位造价不断下降，为光伏发电系统的广泛应用提供了有利条件。
特高压换流站同步建设光伏发电站主要以低压并网的方式存在，可节省中、高压并网设备的投入；发出的电力在就近地区直接利用；设备可直接建在建筑物屋顶等，增加土地利用效率；无需额外增加避雷针等安全系统。
因此我们可以得出结论，如果各个环节中资源全部得到优化，那么在特高压换流站内建设光伏发电站的成本有望大幅降低，应用前景也会更加光明。
结束语
将分布式光伏发电站应用于特高压换流站具备有效节约土地、提高发电站效能、加强站用电源可靠性的优势，并且可以带来直观的经济效益。
参考文献
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论文作者:高梓栩,温泉
论文发表刊物:《电力设备》2017年第2期
论文发表时间:2017/4/7
标签：光伏论文; 发电站论文; 特高压论文; 能源论文; 分布式论文; 系统论文; 电能论文; 《电力设备》2017年第2期论文;