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标题: 没有阳光时的光伏能源管理 [打印本页]

作者: 乏味 时间: 2010-10-21 08:14
标题: 没有阳光时的光伏能源管理
到2020年，美国加利福尼亚州将有33%的电力来自可再生能源。如果云层遮蔽数英亩的光伏面板或者风机叶片减速，则可能达不到这一预期。发电从业人员都知道调节太阳能和风能发电的间歇特性、实现替代能源目标的重要性。加利福尼亚大学圣迭戈分校（UCSD）的研究人员正在开发预测工具，为配电企业预报影响太阳能发电输出的气象变化，帮助配电企业安排化石燃料发电工厂或储能设备的调度，以更有效地满足需求。

现有技术水平还不能为未来十年将要在加州安装的光伏发电设施的优化集成提供必需的精确模型。随着越来越多的家庭、小企业和其他非公用事业团体安装光伏发电系统，并将光伏发电设施连入电网，小块区域的天气阴晴变化都会对相关输配电系统产生重要影响。

加利福尼亚大学圣迭戈分校是分析云层变化作用的最理想场所，因为这里有很多工程和气候研究人员，有独立的电网，并且拥有全球最密集的安装于屋顶的天气监测站，这些监测站可以用来研究气象变化对光伏发电输出的影响。机械与航空系的环境工程副教授Jan Kleissl带领一组研究人员，利用1200英亩校园土地上的16个气象站持续测量太阳辐射和绘制云层图。这些数据可以证实一种利用卫星数据预测移动云层如何影响校园里6000块光伏面板输出的预测模型。研究人员还在设计能调节从光伏电池阵列到配电系统的电流反向和电压暂降的设备，同时做到不影响稳定性。

加利福尼亚大学圣迭戈分校的云层监测气象站。

对发电厂而言，难题还包括减少双向电流的技术挑战。将来，所有规模的发电机和储能设备都有可能进入瞬息万变的供电市场，因此消除太阳光的不确定性、正确预测光伏系统输出的技术变得尤为重要。

“我们是两年前开始研究的，”Kleissl说，“最初我们主要关注建筑物的耗能应用。太阳辐射是主要影响因素，所以我们想到用传感器来实现采集太阳能辐射数据、并用这些数据研究太阳能系统的可能性。利用学校的太阳能装置，我们可以将气象测量与这些系统的实际太阳能输出建立起联系。我们能完全控制我们的电网：我们可以安装储能系统来消除太阳能发电的波动，并在太阳能发电进入电网时监测太阳能输出的波动情况。”

Kleissl使用全天空成像仪记录每天整个天空的云层变化。“某些云层增多，减少或变化形状，而另一些云层移动却很少变化，”他说，“云层形状变化很难预测，但是我们可以做出云层移动及其对光伏系统遮盖影响的模型，准确率达到90%。”

Kleissl已经校准了云层对光伏面板输出的突然的大幅度影响。“云层能够在数秒内减少40%至80%的电力输出，当云层消失时，发电输出将大幅增加。大型发电站的发电和运营设施必须能够预测出现这些变化的时间，提前给储能系统事充电，消除天气阴晴变化的影响，并利用其它发电方式补充损失的太阳能。”

利用卫星读数制作的加利福尼亚太阳能合成图。（来源：加利福尼亚大学圣迭戈分校）

这一技术可以应用于各种规模的电网。UCSD的智能电网是一个探索，它已经使用一种“微型电网”来满足学校每年80%的用电需求，该微型电网整合了1.2兆瓦太阳能、30兆瓦天然气的联合发电厂，能源以380万加仑冷水形式储存，以及一个控制90栋建筑物的温度调节装置、加热和通风系统的管理装置。

该校1200英亩土地上的16个监测站提供了最理想的条件。不过，要模拟那种理想检测水平，整个加利福尼亚几乎需要100万个监测站。Kleissl认识到这是不可能实现的，长期看来，他希望使用半导体将所有的太阳能电池面板变成小型太阳能传感器。“我们增加一个小型硅传感器，作用与太阳能电池面板相同。”他说，“如果我们能获得它们产生的所有数据，所有的太阳能电池面板都能成为传感器。”加州政策要求很多光伏系统每50分钟监测一次，因为存在获取数据的基础设施，只需要进行统计和分析。

软件工具的功能是：获取基础信息（如天气预报模型），使用地面太阳能电池面板或传感器测量的数据检验和校准模型，比天气模型更加准确。在有太阳光而没有传感器的地方，就没这么容易，不过如果有合适的模型和软件，还是能取得太阳辐射的数据。

诚然，目前这个项目还处于混沌理论阶段，初始条件（如数字计算中的化整误差）的小差异可能导致输出出现天壤之别，使得长期预测几乎不可能。很多未知和不确定的因素有待解决，如喷气客机飞行云对云层产生的影响。Kleissl承认这不像在马路上跟踪汽车那么简单，尽管这一系统永远达不到准确无误，他预期预测准确率可达到90%。

光伏传感器检测市场今年就启动了。“我们联系了加利福尼亚公用事业委员会，该协会正在统计光伏地点数据，”Kleissl说，“他们可能在某种情况下与我们共享这一数据。不过，那只是测试数据集；我们不能因此获得实时数据。到时我们可以从久远的时间到稍远时间的推断来测试我们的模型，看看当我们获得实时数据时系统将如何工作。”

当提前两三天预报冬天暴风雪时，该系统就是个简单的选择。但是云层漂浮不定，只能提前半小时甚至几分钟报警。另外，将核电厂和火力发电厂连入电网可能需要几天时间。主要的顾虑是这一系统能提供多少警报。这对于太阳能发电厂能利用其他形式的发电来进行补偿具有至关重要的作用。

作者: zxy0209 时间: 2010-11-4 23:40
好先进啊~

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