太空超級太陽(yáng)能發(fā)電站的設計

　　這次全球遭遇的是金融危機而并非石油危機，但以美國為首的發(fā)達國家卻把新能源發(fā)展提升到了前所未有的高度，對新能源的投入呈現加速之勢。2009 年4 月初美國能源部長(cháng)朱棣文在《新聞周刊》上撰文，呼吁美國“放棄石油”，“掌握自己的能源命運”，為新能源開(kāi)發(fā)造勢。奧巴馬政府希望借助能源新政的指引極大地促進(jìn)美國經(jīng)濟轉型。這不僅會(huì )創(chuàng )造一個(gè)全新的能源大產(chǎn)業(yè)，而且將增加數百萬(wàn)就業(yè)崗位，從而扭轉美國經(jīng)濟下滑的局面。美國希望并且認定未來(lái)將美國送達世界經(jīng)濟制高點(diǎn)的產(chǎn)業(yè)就是新能源產(chǎn)業(yè)。奧巴馬在就職演說(shuō)中也透露了美國的能源新政之一就是抑制石化能源價(jià)格上漲，“不這樣做就會(huì )助長(cháng)了我們的敵對勢力，同時(shí)也威脅著(zhù)我們的星球”。由此可見(jiàn)，誰(shuí)能在新能源戰略競爭中取得優(yōu)勢，誰(shuí)就可以在下一場(chǎng)產(chǎn)業(yè)革命中繼續充當世界科技創(chuàng )新的“領(lǐng)跑者”、經(jīng)濟發(fā)展的火車(chē)頭以及國際新標準的制定者。

　　本文僅就新能源中的太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)的動(dòng)向做一個(gè)預測。其一，關(guān)鍵光伏器件的價(jià)格將進(jìn)一步降低，從上世紀50 年代初的1 500 美元/W 降至1美元/W 左右（現行價(jià)格為4 美元/W）；其二，是將太空技術(shù)、微波技術(shù)和光伏技術(shù)結合；其三，是我國將加大新能源發(fā)展的力度，在GDP增長(cháng)的城市規劃中會(huì )單列一塊，即“新能源在GDP 增長(cháng)中的貢獻”，且逐步解決分布式供電網(wǎng)問(wèn)題。

1 太陽(yáng)能發(fā)電與微波輸電計劃

　　1.1 宇宙太陽(yáng)能發(fā)電

　　太陽(yáng)表面的溫度約為2伊107益，它所釋放的能量為1伊1024 kW。其中，地球有可能利用的能量為1.8伊1014 kW，若以地球表面來(lái)平均，則可利用的能量達183 W/m2（日照總量為1 400 W/m2）。

　　除上述在地表可獲取的能量外，人們還可以從空中捕獲太陽(yáng)能量，SSPS 計劃就是基于此為出發(fā)點(diǎn)的。

　　最初的設想是從1973 年到1984 年底為基礎研究階段，到1992 年底試制概念樣機，并開(kāi)始試制實(shí)用裝置，到1998 年給出可投入實(shí)際運行的太陽(yáng)能光伏發(fā)電和微波發(fā)送接收裝置。

　　作為21 世紀的新能源系統，核聚變發(fā)電系統和軟能源系統是有希望的。在軟能源系統中，宇宙太陽(yáng)能發(fā)電系統（SSPS）非常引人注目。

　　如果把宇宙太陽(yáng)能發(fā)電系統的發(fā)展過(guò)程進(jìn)行分類(lèi)，大致可分為五個(gè)階段。

　　第一階段是設想時(shí)期。美國空軍雷神公司在1967 年成功地進(jìn)行了通過(guò)微波向模擬直升機提供電力的試驗，這一試驗連續進(jìn)行了10 h，成功地使直升機維持了18 m的高度。這是世界上首次進(jìn)行的電力微波傳輸試驗。

　　第二階段是美國航天局開(kāi)始對宇宙太陽(yáng)能發(fā)電系統進(jìn)行立項。美國航天局同能源部在從20 世紀70 年代后半期到20 世紀80 年代前半期的10年左右的時(shí)間里，正式進(jìn)行了宇宙太陽(yáng)能發(fā)電系統的開(kāi)發(fā)與研究。代表這一研究成果的系統是1979 年研制的宇宙太陽(yáng)能發(fā)電系統。這一系統是在高度為3.6伊104 km的衛星靜止軌道上建設裝有寬5 km、長(cháng)10 km 的巨大太陽(yáng)能電池的太空站，并把產(chǎn)生的電力變換成微波后傳輸到地面。據說(shuō)，預計該宇宙太陽(yáng)能發(fā)電系統的發(fā)電能力為5 GW。

　　第三階段是美國繼續研究能否實(shí)現比較經(jīng)濟的宇宙太陽(yáng)能發(fā)電系統的問(wèn)題，并每隔10 年做一次報告。

　　第四階段是用新概念、新思路研究宇宙太陽(yáng)能發(fā)電系統的時(shí)期。其中，具有代表性的、高度為6 000 km 的“太陽(yáng)塔型宇宙太陽(yáng)能發(fā)電系統”受到好評。其傳輸微波的頻率為2.45耀3.5 GHz，這滿(mǎn)足了家用微波爐所需要的微波條件。

　　第五階段是概念設計時(shí)期，美國航天局根據國會(huì )的要求，在1998 年3 月耀9月，基于以前的研究成果，實(shí)施了宇宙太陽(yáng)能發(fā)電系統的概念設計。

　　日本宇宙開(kāi)發(fā)事業(yè)團、歐洲航天局和加拿大航天局也提出了應通過(guò)國際合作盡快解決的事項：研究主要的核心技術(shù)；進(jìn)行大氣中的無(wú)線(xiàn)供電試驗；調查微波發(fā)射對生態(tài)系統所產(chǎn)生的長(cháng)期影響；通過(guò)國際空間站進(jìn)行宇宙太陽(yáng)能發(fā)電系統試驗；以宇宙太陽(yáng)能發(fā)電系統為契機，制定旨在開(kāi)展新能源開(kāi)發(fā)的國際合作。

　　宇宙開(kāi)發(fā)事業(yè)團計劃在今后25 年內投入約800億美元，進(jìn)行宇宙太陽(yáng)能發(fā)電系統研究與開(kāi)發(fā)工作。根據這一計劃，擬在2010 年耀2020 年構筑發(fā)電能力為1 GW級的實(shí)用型宇宙太陽(yáng)能發(fā)電系統。此外，不僅進(jìn)行上述基礎技術(shù)和核心技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)，而且將向圍繞地球運行的軌道發(fā)射發(fā)電能力為6 GW 的宇宙太陽(yáng)能發(fā)電系統衛星，并通過(guò)微波從太空向地面傳輸電力，還將進(jìn)行電離層和大氣層的同傳播特性有關(guān)的試驗性研究。

　　如果計劃進(jìn)展順利，那就等于是構筑了比快中子增殖反應堆和核聚變反應堆更能迅速實(shí)用化的技術(shù)，因而值得關(guān)注。

　　1.2 SSPS計劃概述

　　若干年前就有人設想過(guò)從遙遠的地方利用微波來(lái)輸電，1969 年美國雷神公司的布朗（W.C.Brown）從地面向天空發(fā)射微波，通過(guò)接收天線(xiàn)將接收的電能返回到一架直升飛機上，使裝有天線(xiàn)的直升飛機帶著(zhù)接收的電功率在空中飛行，這是最早的成功的開(kāi)拓性試驗。

　　到20世紀70年代各國相繼研制微波輸送、接收電力的試驗。電功率一般均在2 450 MHz、10 kW左右。1974年，美國邁阿密大學(xué)發(fā)表了論文《大規模從宇宙發(fā)電與輸電計劃》，其概念裝置模型如圖1 所示，簡(jiǎn)稱(chēng)SSPS（Satellite Solar Power Station）計劃，該計劃第一次把太陽(yáng)能光伏發(fā)電和微波傳輸兩種最新概念結合了起來(lái)。

　　圖1 中，重要部分之一是太陽(yáng)能光伏電池傳輸中的電池板。其占用宇宙站面積大約為6 km伊26 km，可發(fā)出8 GW（1 GW=109 W=106 kW）的功率。然后將其變?yōu)槲⒉ㄋ椭恋厍?，除去損耗，到達地面取得的功率約為5 GW。SSPS計劃系統結構及系統各部分的成本分析如圖2 所示。首先是把太陽(yáng)能電池及微波發(fā)生器等設備送上宇宙的發(fā)射費用占了較大份額，預計會(huì )占1/2 以上；其次是太陽(yáng)能電池光伏發(fā)電的費用也占很大比例；最后是微波發(fā)射和天線(xiàn)等的費用，預計不會(huì )超過(guò)16%。

　　圖2中太陽(yáng)電池的效率為12.3%，若不考慮從太陽(yáng)光到電力的變換則發(fā)電5 GW，而太陽(yáng)電池發(fā)電功率需8.85 GW，因此計算得出系統綜合效率為56%。

　　1.3 送電（發(fā)射）系統

　　送電系統的好壞將影響整個(gè)發(fā)電系統的綜合效率，此系統包括如下四大變換：
　
　　1）太陽(yáng)光寅電功率；
　　2）直流電功率寅高頻微波電功率；
　　3）微波電功率（衛星）寅微波電功率（地球）；
　　4）微波寅商用電力。

　　在此將對員）的太陽(yáng)能發(fā)電的敘述略去，圓）耀源）部分的概念如圖3 所示。由圖3 可知，控制電功率全部是在地球上進(jìn)行，一方面是要控制宇宙發(fā)電，另一方面還要兼顧微波發(fā)射和接收的控制。‘

　　該系統中技術(shù)含量最高的部件是把太陽(yáng)能光伏發(fā)電出來(lái)的電功率變換為微波。

　　研究初期，曾試用以單個(gè)超大功率的微波管作為微波發(fā)送器，所以對各種形式微波管的性能進(jìn)行了比較。最初認為速調管比較適合用于大功率發(fā)射，但發(fā)現其效率低；后又改用超高頻功率放大管（CFA），但其缺點(diǎn)是價(jià)格高，散熱困難；最后采用的是多個(gè)小功率的磁控管進(jìn)行并聯(lián)的方案。

　　眾所周知，磁控管是家用微波爐最常用的微波管，其優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低，并可通過(guò)控制相位從而改變輸出功率。最后采用磁控管與散熱天線(xiàn)結合構成一個(gè)單元，以若干個(gè)單元組成微波發(fā)射陣列。

　　1.4 接收系統

　　接收系統的概念圖如圖4 所示。若在地面設置一個(gè)參考定向點(diǎn)RB（Reference Beam），由此與衛星輸電進(jìn)行通信聯(lián)系，并控制衛星的發(fā)射方向和強度。將微波發(fā)射點(diǎn)（衛星上）的電力密度合成后，定向點(diǎn)的電力密度的寬度為1 km（用高斯表示中心部分的高斯量為23 kW/m2），故地面上定向點(diǎn)RB 周?chē)碾娏γ芏瓤上鄳獮椋?/p>

　　輸電（發(fā)射）定向參考點(diǎn)RB 和受電（接收）RB的電力密度分布圖如圖5 所示。在宇宙上空的發(fā)射點(diǎn)雖然密度大，但只對飛機（引起燃料箱放電）有所影響，而地面的電力密度卻很低，還不致超過(guò)美國規定的微波泄露功率允許值10 mW/cm2。當然，發(fā)射和接收二者的配合十分重要，若空中的陣列定向點(diǎn)設置稍有不當，則會(huì )影響輸電效率，使地面上的天線(xiàn)無(wú)法捕捉到全部電力，因而會(huì )使某些地面電場(chǎng)強度過(guò)高而產(chǎn)生危險。信號傳輸時(shí)經(jīng)圖4 的磁控管傳感器系統檢測后，才由指令系統（Command Link）對發(fā)射定向點(diǎn)進(jìn)行控制。

　　接收天線(xiàn)陣列布置的設想圖如圖6 和圖7所示。從遠處看接收天線(xiàn)陣列設置好像是一組一組的屋頂，但平面部分做成網(wǎng)狀的簾棚，可以完全阻斷微波。

　　這種屋脊式構造的目的是使微波不致穿過(guò)網(wǎng)的下方，同時(shí)也可使陽(yáng)光和雨水由網(wǎng)眼流出，這樣，網(wǎng)下方非常安全。當然，網(wǎng)眼的大小孔需經(jīng)多次實(shí)地試驗才能確定，最好是完全地阻斷微波射線(xiàn)，這樣不致對生物造成損害。如果能做到這一點(diǎn)，當然就可以將微波接收站設置在城市近郊了。

　　1.5 SSPS計劃試驗結果

　　宇宙發(fā)電輸電計劃（即SSPS）各個(gè)不同的部件已在地面上進(jìn)行了小功率的模擬試驗，取得了初步的成果?？紤]得最多的是成本，現正不斷的改進(jìn)中，以盡可能降低系統造價(jià)。

　　造價(jià)預算分類(lèi)如下。

2 太空太陽(yáng)能發(fā)電的最新進(jìn)展

　　2.1 美國私營(yíng)太陽(yáng)能公司介入太空太陽(yáng)能電站

　　20 世紀60 年代由美國國家航空航天局（NASA）和五角大樓制定的SSPS 計劃，因為費用昂貴而進(jìn)展較慢。源園年后的今天，許多私營(yíng)太陽(yáng)能公司紛紛介入此項研究。例如：美國太平洋煤氣電力公司（PCE）已經(jīng)于近期宣布，將與一個(gè)宣稱(chēng)可在太空中有效攝取能量的加州太陽(yáng)能公司（SolarEnCorp）合作并向其購買(mǎi)電力。由此，他們邁出了在外太空開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能的第一步———在環(huán)繞地球的太空軌道上設立太陽(yáng)能電池板，然后將直流電能轉化為無(wú)線(xiàn)電波傳送回地球，再由地面的電力儲備站接收，轉化為低頻交流電能后供應給千家萬(wàn)戶(hù)。

　　這個(gè)項目計劃在2016 年前提供200 MW 的電力，在15 年內滿(mǎn)足25萬(wàn)個(gè)家庭的用電。如果進(jìn)展順利，苑年內可夢(mèng)想成真。

　　很明顯，這些私營(yíng)公司的計劃和源園年前的構想極為相似，先要把載有光伏電池板的衛星發(fā)射到距赤道22 000英里（約35 400 km）的軌道上，并保持與地球位置相對不變。太陽(yáng)能板寬度將達若干km，系統在采集太陽(yáng)能后將其轉變?yōu)殡娔?，然后再轉變?yōu)闊o(wú)線(xiàn)電波返回到地球上。地面的接收站準備建在美國加州費雷斯諾市的郊外。
據太平洋煤氣電力公司粗略估計，該項目需要花費約20 億美元，主要用于地球太陽(yáng)能基地建設和發(fā)射衛星。美國加州大學(xué)伯克利分校能源和資源教授丹尼爾·卡門(mén)認為，眼下太空太陽(yáng)能發(fā)電面臨最嚴峻的挑戰是實(shí)施的成本問(wèn)題，尤其在當前全球經(jīng)濟衰退之際。這個(gè)計劃需要幾十億美元的資金投入，遠遠高于目前同等規模其他可再生能源項目所需的1 億耀2億美元。

　　但SolarEn 公司執行總裁加里對完成該項目信心十足，他表示公司有能力提供12 億耀48 億瓦的電力，能夠在未來(lái)七年內實(shí)現供電商業(yè)化，太空太陽(yáng)能的電力價(jià)格也能與其他可再生能源價(jià)格基本持平。

　　2.2 日本的太空太陽(yáng)能市場(chǎng)

　　無(wú)獨有偶，日本航空宇宙開(kāi)發(fā)中心（JAXA）也在研究類(lèi)似的宇宙太陽(yáng)能發(fā)電系統（SSPS），有望于2030年前啟動(dòng)。其基本原理和美國類(lèi)似，但日本科學(xué)家采用頻率為2.45 GHz 和5.8 GHz微波傳送，這項技術(shù)在日本已經(jīng)應用于工業(yè)和醫療設備。在北海道的研究基地，日本科學(xué)家用直徑2.4 m的儀器裝置進(jìn)行了地面接收太空微波的實(shí)驗。JAXA 的最終目標是要建立一個(gè)約猿平方公里的地面接收站，生產(chǎn)100 萬(wàn)kW 的電力，給50 萬(wàn)個(gè)家庭供電。

　　但是，太空太陽(yáng)能發(fā)電也并非完美，高強度的輻射很可能帶來(lái)另一個(gè)環(huán)境污染問(wèn)題。但是支持者認為，只要地面太陽(yáng)能接收站的面積足夠大，就不會(huì )對人類(lèi)及動(dòng)植物構成傷害。因此地面接收站應該選人煙稀少、地域廣闊的地方，而且還要配套有效的電力傳輸系統。

　　雖然現在看來(lái)這些構想似乎有些不切合實(shí)際，但無(wú)論是美國還是日本，哪個(gè)項目的成功，都意味著(zhù)人類(lèi)在可再生能源領(lǐng)域中的一項重大突破。

3 日本巖木市以太陽(yáng)能發(fā)電為中心的10年（1999—2010 年）新能源規劃

　　巖木市是日本使用大規模太陽(yáng)能發(fā)展新能源的領(lǐng)先城市之一。在啟用太陽(yáng)能發(fā)電方面該市具有地理優(yōu)勢，因為年日照時(shí)間高達2 100 h，超過(guò)東京等地。

　　3.1 10年計劃的總目標

　　10年計劃的目標是新裝太陽(yáng)能發(fā)電21 000 kW（21 MW），此外還有風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能熱利用、廢棄物燃燒發(fā)電、汽輪機的廢熱供熱等。折算為原油發(fā)電可節約82 195 kL/g。CO2減排量為31 130 t/g。提出的兩個(gè)口號是“清潔能源循環(huán)利用的城市”、“21 世紀新型都市———巖木市”。

3.2 前期工作

　　根據員怨怨苑年日本交通省的新能源規劃已將巖木市作為試點(diǎn)，具體是在學(xué)校、公園、道路、公共場(chǎng)所等引入太陽(yáng)能發(fā)電裝置約300 kW，并形成新能源管理網(wǎng)絡(luò )。該設計已在1997—圓園園源年期間實(shí)現，系統的概要圖如圖8 所示。圖中，每一設施均應用太陽(yáng)能電池板供電，系統之間用直流300 V母線(xiàn)連接，并經(jīng)逆變器變換為交流200 V。交流電經(jīng)升壓變壓器升至6 600 V，以構成交流供電網(wǎng)絡(luò )。交流網(wǎng)絡(luò )一方面可與市電電網(wǎng)聯(lián)系進(jìn)行能量的雙向流動(dòng)；另一方面將信號送至PV 管理中心，進(jìn)行電力的集中管理、分配、信息儲存，以便系統安全、連續運行。當市電停電時(shí)，可由預先儲備的300 A·h蓄電池組供電，大約可以維持一天的基本用電。因此，該系統同時(shí)具備了城市防災功能。

　　上述工程費用概算為8 億圓000 萬(wàn)日元（折算人民幣為5 億元），由國家、市政府、地區開(kāi)發(fā)振興公司三方各負擔1/3。

　　3.3 新能源概要

　　根據10 年計劃走資源循環(huán)的路，建立全新的巖木市的總目標，具體的實(shí)施和階段分解如下。

　　3.3.1 制定政策的背景

　　1）世界性的能源緊缺能源消耗逐年增大；對石油依賴(lài)過(guò)高；節省能源意識淡薄。

　　2）依靠新能源解決問(wèn)題太陽(yáng)能發(fā)電；太陽(yáng)能熱利用；風(fēng)力發(fā)電；廢棄物燃燒發(fā)電；利用汽輪機產(chǎn)生的廢熱來(lái)供熱。

　　3）建立能源循環(huán)式都市的設想解決地球環(huán)保問(wèn)題，環(huán)保意識不斷增強；抗災能力增強；未來(lái)成為能源供給長(cháng)期穩定的城市。

　　3.3.2 各種新能源經(jīng)濟技術(shù)指標評價(jià)

　　1）從節能減排效果相比較太陽(yáng)能發(fā)電寅風(fēng)力發(fā)電寅電動(dòng)汽車(chē)寅太陽(yáng)能熱利用寅廢棄物發(fā)電。

　　2）從投資大小相比太陽(yáng)能熱利用寅廢棄物發(fā)電寅電動(dòng)汽車(chē)寅太陽(yáng)能發(fā)電。

　　3）從能源獲取開(kāi)采量相比較太陽(yáng)能熱利用寅太陽(yáng)能發(fā)電寅風(fēng)力發(fā)電寅廢棄物發(fā)電。

　　4）綜合評價(jià)太陽(yáng)能發(fā)電寅太陽(yáng)能熱利用寅電動(dòng)汽車(chē)寅廢棄物發(fā)電寅風(fēng)力發(fā)電。

　　3.3.3 節能減排指標

　　1）新能源發(fā)展新增功率和機臺數太陽(yáng)能發(fā)電21 000 kW；太陽(yáng)能熱利用15 100 kt；風(fēng)力發(fā)電3 500 kW；廢棄物熱利用760 kt；清潔能源或電動(dòng)汽車(chē)12 300 臺；汽輪機廢氣供熱24 690 kW。

　　2）CO2減排量太陽(yáng)能發(fā)電3 820 t；太陽(yáng)能熱利用10 910 t；風(fēng)力發(fā)電280 t；廢棄物發(fā)電及熱利用5 430 t；電動(dòng)汽車(chē)36 000 t；汽輪機廢氣供熱7 090 t；合計31 130 t。

　　3）節省原油（折算后） 太陽(yáng)能發(fā)電5 285 kL；

　　太陽(yáng)能熱利用15 100 kL；風(fēng)力發(fā)電380 kL；廢棄物發(fā)電及熱利用7 510 kL；汽輪機廢氣供熱43 690 kL；合計之后為82 195 kL；占原油總消耗量的19.2%。

　　3.3.4 全市多部門(mén)分工

　　1）政府、行政部門(mén)形象工程和示范工程展示，提供信息、提供后援。開(kāi)發(fā)順序為太陽(yáng)能發(fā)電寅熱利用寅風(fēng)力發(fā)電寅廢棄物處理寅電動(dòng)（或清潔能源）汽車(chē)等。

　　2）市民主要是在各自住宅安裝太陽(yáng)能發(fā)電裝置和太陽(yáng)能熱水器，使用清潔能源（如天然氣）或電動(dòng)汽車(chē)等。

　　3）企業(yè)太陽(yáng)能發(fā)電和電動(dòng)汽車(chē)開(kāi)發(fā)；提供各種節能技術(shù)、信息；開(kāi)辦向市民普及“新能源技術(shù)”的各種培訓班。

　　3.4 前期工作節能效果

　　巖木市1997 年已建立300 kW太陽(yáng)能發(fā)電系統，現將節能效果綜述如下：

　　1）年發(fā)電量29 萬(wàn)5 800 kW·h（約80 戶(hù)家庭的年用電量）；
　　2）CO2減排折算量56 t；
　　3）節省原油（核算）苑2 000 t。

　　按發(fā)展計劃，2004 年起計劃增加560 kW 的太陽(yáng)能發(fā)電裝置和350 kW的風(fēng)力發(fā)電裝置。

　　形象化的展示該市的PV管理中心于2001 年12 月員員日和員圓日開(kāi)通，如圖9 所示，顯示了2001 年員圓月員圓日日照強度和每日緣：00耀19：00的不同發(fā)電量。

4 對我國太陽(yáng)能發(fā)電發(fā)展的一些設想

　　在國際上，發(fā)達國家（如美、日、德）為促進(jìn)太陽(yáng)能發(fā)電的發(fā)展一般有兩種途徑：一是給私人用戶(hù)購置新能源裝置（部件），給予一定金額補助，例如日本補助50%；二是私人設置的太陽(yáng)能發(fā)電站可以把富余的電力送入國家電網(wǎng)，俗稱(chēng)“賣(mài)電”，但需辦理一定的申請手續，如訂合同書(shū)，由電力公司安裝“逆潮流供電”電表，檢驗太陽(yáng)能發(fā)電裝置技術(shù)上是否符合上網(wǎng)條件等。如果裝置容量足夠大，業(yè)主可從賣(mài)電中得到相當的利益。

　　我國至今對新能源發(fā)展未制定優(yōu)惠政策，但從2009 年開(kāi)始“節能”、“減排”呼聲很高，有關(guān)部門(mén)已開(kāi)始論證此問(wèn)題。有關(guān)專(zhuān)家認為，可以從將大電網(wǎng)集中供電改為分布式供電入手。

　　在現代社會(huì )中，用戶(hù)不滿(mǎn)足于傳統的供電方式，對供電的可靠性和穩定性的要求越來(lái)越高。以新能源為主的分布式電源，由于可以設置在用戶(hù)附近，又可以作為中、小規模工廠(chǎng)的自備電源，正在世界范圍內迅速普及。在這種新的形勢下，為實(shí)現高供電可靠性、生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)廉價(jià)電能，同時(shí)減少對環(huán)境的影響，有必要構建符合時(shí)代要求的分布式發(fā)電系統。在我國能源供需矛盾增加、環(huán)保壓力增大的情況下，分布式發(fā)電有著(zhù)良好的發(fā)展前景。

　　分布式發(fā)電所利用的新能源包括太陽(yáng)能、風(fēng)能、潮汐、波浪和地熱等自然能源。分布式發(fā)電有個(gè)概念叫作“自己發(fā)，自己用”，減少發(fā)電上網(wǎng)比例，會(huì )有效緩解阻礙能源發(fā)展的上網(wǎng)瓶頸問(wèn)題。另外，分布式發(fā)電還能為推廣新能源開(kāi)拓全新途徑。

　　因為不論風(fēng)電、太陽(yáng)能還是其他發(fā)電形式，都有一個(gè)共同點(diǎn)，就是能源密度低、發(fā)電設備占地面積大。而分布式發(fā)電利用了每家每戶(hù)的屋頂和其他地方，使其成為一個(gè)個(gè)小的電源點(diǎn)，正好解決了新能源密度低、占地面積大的問(wèn)題。

　　目前，我國發(fā)展分布式發(fā)電有三大問(wèn)題需要解決。

　　一是對開(kāi)展分布式發(fā)電的意義認識不足。由于分布式發(fā)電在國外剛開(kāi)始普及，所以我國的許多科技人員都不熟悉分布式發(fā)電的基本概念，更提不上積極去推動(dòng)該項工作?；谏鲜鲈?，首先需要普及分布式發(fā)電的概念，做法和意義，讓相關(guān)人員了解什么是分布式發(fā)電，以及分布式發(fā)電在提高電力系統的可靠性、節能和環(huán)保中的作用。

　　二是缺少相應的法律和法規。分布式發(fā)電系統的建立，需要解決電力系統對分布式發(fā)電設備的準入問(wèn)題。應制定相應的技術(shù)標準，更需建立相關(guān)的法律和法規，這些目前為系統中某些電力企業(yè)的利益所制約。此外，要制定考慮各方利益的分布式發(fā)電電能的上網(wǎng)電價(jià)。對于相關(guān)的投資、回報等也都要制定相關(guān)的法規。

　　三是缺少前期研究。傳統的輸電方式中，潮流基本穩定，而分布式發(fā)電則會(huì )發(fā)生潮流的頻繁改變，因而分布式電力系統的保護和控制要滿(mǎn)足相應的要求。國外雖然已有許多相關(guān)研究和設備的開(kāi)發(fā)，但在引進(jìn)國外技術(shù)的同時(shí)，還需要開(kāi)發(fā)適合我國國情的分布式發(fā)電技術(shù)和設備。

　　電力電子和變頻技術(shù)工作者在新能源發(fā)展過(guò)程中要作出應有的貢獻。以最熱門(mén)的風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電來(lái)說(shuō)，最重要的主角自然是風(fēng)力發(fā)電機和光伏電池的研制。但控制器也是排第二位的不可缺的重要部件。這正是電力電子技術(shù)人員大顯身手發(fā)揮作用的機會(huì )，例如太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統，實(shí)際上是一臺變頻器（含上網(wǎng)、能量雙向流動(dòng)以及多種保護，例如“孤島效應”防止等）。一個(gè)變頻器廠(chǎng)轉產(chǎn)該類(lèi)產(chǎn)品并非難事，但需要重新開(kāi)廠(chǎng)，重新研制，不是簡(jiǎn)單的在電路板和軟件上改動(dòng)一下即可，起碼它是雙PWM系統。如日本富士、日立都在十多年前就有系列化產(chǎn)品。我國目前一些重要的太陽(yáng)能光伏形象工程多是進(jìn)口日、美、德定型產(chǎn)品。因此，“太陽(yáng)能光伏控制器廠(chǎng)（或公司）”，應當可以?huà)炫屏料嗔?。不僅有利于經(jīng)濟增長(cháng)，還可擴大就業(yè)機會(huì )。一舉兩得，何樂(lè )而不為。
　
5 結語(yǔ)

　　本文節選自筆者最新出版的《太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)及應用中》一書(shū)，供電力電子技術(shù)行業(yè)同行參考，并請給予指正。