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從“離網”向“并網”的跨越
光伏并網發(fā)電是當今世界光伏發(fā)電的主要發(fā)展方向,是光伏技術步入大規(guī)模發(fā)電階段,成為電力工業(yè)組成部分之一的重大技術步驟。許多統(tǒng)計資料表明,近幾年來世界光伏并網發(fā)電市場發(fā)展迅速,光伏并網發(fā)電的裝機容量從1 996年的7MWp上升到2000年的140MWp,光伏并網發(fā)電在光伏行業(yè)中的市場比例也從1 996年的10%上升到2000年的50%,2007年光伏并網發(fā)電的市場比例已達到80%。而在中國,光伏發(fā)電也將在未來的電力供應中扮演重要的角色,其累計裝機容量預計至201 0年將達600MWp,2020年將達到30GWp,2050年將達到100GWp。根據電力科學院預測,到2050年,中國可再生能源發(fā)電將占到全國總電力裝機的25%,其中光伏發(fā)電則占到5%。顯而易見,光伏并網發(fā)電已經是大規(guī)模光伏發(fā)電的主要趨勢。
早在上世紀80年代,合肥工業(yè)大學已經開展起太陽能光伏與風力發(fā)電技術的研究,張興就是在那個時候走入合肥工業(yè)大學校門的。在這所留下他半生印記的學校里,不僅走過了從學士到博士的求學之路,而且也撇下了攻關,探索的辛勤汗水。他對太陽能光伏發(fā)電技術的研究,源于1 997年新疆新能源研究所原所長王國華研究員在合肥工業(yè)大學的一次講學。在那次講學中,張興對歐美日等發(fā)達國家正在興起的光伏并網技術產生了濃厚的興趣,當時,我國的光伏發(fā)電技術與產業(yè)還是針對技術相對落后的光伏離網系統(tǒng),很少有人關注技術新穎且有一定難度的光伏并網技術。盡管深知其中的挑戰(zhàn),張興卻從未想過低頭,他抓住光伏并網系統(tǒng)中的并網逆變器這一核心技術,開始了潛心的研究。經過一年多的努力,他終于成功研制了500W光伏并網樣機。在1 998年的全國光伏年會上,該樣機一經展出即引起了同行的高度關注。在此基礎上,1999年,張興教授又與新疆新能源研究所開展了技術合作,共同承擔起自治區(qū)的科技攻關項目。當時,逆變電源專家曹仁賢創(chuàng)辦的合肥陽光電源有限公司起步不久,雖然主打產品主要是離網型光伏逆變器,但他還是給予了這一項目充分的肯定和支持。在共同的努力下,該項目組于2000年成功開發(fā)出3kW工程化樣機,并在新疆鄯善縣成功地進行了應用測試,取得了預期性能。隨之,在經過一年多的試運行之后,2001年,該項目順利通過了新疆維吾爾自治區(qū)組織的專家鑒定,得到了一致的好評。
而正是這個項目的成功,拉開了張興教授與合肥陽光電源有限公司產學研合作的帷幕。此后,國家“十五”科技攻關項目“并網光伏發(fā)電用系列逆變器的產業(yè)化開發(fā)”、科技部新能源行動計劃項目等諸多科技攻關項目在他們的攜手并進下,得以產業(yè)化實踐,同時建造了多個并網光伏示范電站,其中,科技部新能源行動計劃項目“60kW光伏并網系統(tǒng)的應用與研究”項目獲得新疆維吾爾自治區(qū)科技進步二等獎。
與“陽光”同行
“陽光”,一個聽起來倍感明媚的詞語。而在電源領域,這一個詞語則讓人聯(lián)想起我國知名的新能源發(fā)電電源專業(yè)制造商――合肥陽光電源有限公司(以下簡稱“陽光電源”)。
自1 997年成立以來,陽光電源專注于可再生能源發(fā)電產品的研發(fā)與生產,囊括了光伏發(fā)電電源、風力發(fā)電電源、回饋式節(jié)能負載、電力系統(tǒng)電源等系列產品,曾成功參與北京奧運鳥巢、上海世博會、三峽工程,全球環(huán)境基金可再生能源項目、西班牙MaIaga 5MW大型光伏電站,英國和法國小型風力并網發(fā)電項目、青藏鐵路等重大工程,獲得了國內外業(yè)界的一致好評。多年來,陽光電源先后獲得“安徽省優(yōu)秀民營科技企業(yè)”、“安徽名牌產品”、“優(yōu)秀創(chuàng)新企業(yè)”,“安徽省‘115’產業(yè)創(chuàng)新團隊”、國家發(fā)改委REDP項目“技術進步優(yōu)秀項目獎”,“太陽能光伏產品金太陽認證”等榮譽,是安徽省可再生資源電源工程技術研究中心依托單位、安徽省研究生產學研示范基地。
同樣,經過二十余年的努力,合肥工業(yè)大學在太陽能光伏與風力發(fā)電技術等可再生能源發(fā)電技術方面也取得了長足的進展,如今,不僅擁有電力電子與電力傳動國家級重點學科、教育部光伏工程研究中心,還進入了國家培育優(yōu)勢重點學科的“111計劃”,成為“可再生能源并網發(fā)電國家級創(chuàng)新引智基地”。而在可再生能源并網發(fā)電技術的科學研究中,張興教授與陽光電源的產學研合作尤其值得稱道。
從1 999年共同開展新疆維吾爾自治區(qū)的科技攻關項目開始,他們的產學研合作已經整整十年。十年間,他們聯(lián)手創(chuàng)造了不少成績,近年來更是成果選出。
“上海電力局奉賢10kW光伏屋頂示范工程項目”屬于上海電力局新能源發(fā)展計劃項目,工程于2003年3月建成并投入運行,2004年7月通過專家鑒定,是上海首個全部采用國產化技術的光伏屋頂并網示范系統(tǒng),該系統(tǒng)所用的1臺10kW三相并網逆變器即由張興課題組與陽光電源聯(lián)合研制。
他們合作的“并網光伏發(fā)電用系列逆變器的產業(yè)化”項目是國家科技部“十五”科技攻關項目,該項目于2005年2月通過科技部的專家鑒定。其成功研發(fā)解決了并網光伏系統(tǒng)的關鍵部件逆變器的產業(yè)化難點,推進了我國并網光伏發(fā)電產業(yè)的發(fā)展,如今,該項目系列產品已在陽光電源實現(xiàn)了產業(yè)化,并定型了多種規(guī)格的并網逆變器產品。
隨即,在國家科技部新能源行動計劃項目“新疆烏魯木齊大型光伏并網工程”研發(fā)中,張興課題組承擔起72臺60kW并網逆變器的系統(tǒng)及控制設計任務,而陽光電源則對逆變系統(tǒng)的制造,現(xiàn)場安裝與調試工作進行了全權負責。2004年12月,該工程完滿建成并投入運行,2006年3月,通過科技部驗收及專家鑒定。經鑒定,該項目采用可調度型并網發(fā)電結構,并具有并網發(fā)電、蓄電池充放電和獨立逆變三重運行功能,省略了常規(guī)的充電控制器,簡化了系統(tǒng)結構,大大提高了光伏并網發(fā)電系統(tǒng)的性價比,是當時新疆地區(qū)最大且功能最為先進的光伏并網示范工程,其成果被授予新疆維吾爾自治區(qū)科技進步二等獎。
此外,在“上海生態(tài)示范園光伏屋頂工程”、安徽省科技攻關項目“合肥陽光電源30kW光伏屋頂示范工程項目”以及
科技部科技攻關推廣項目“上海崇明30kW光伏屋頂示范工程”研發(fā)中,他們的表現(xiàn)也不負眾望。
“非?!弊非?/p>
電力電子與新能源應用技術的多年研發(fā)、與陽光電源十年的產學研合作,點點滴滴的付出,張興教授用自己的智慧和汗水寫出了一個不一般的科研生涯。
在風力發(fā)電研究方面,其MW級變流器作為核心技術一直被外國壟斷,其國產化的路途極其艱辛和富有挑戰(zhàn)性,2004年,張興教授與陽光電源再度聯(lián)手進行科技攻關,他們首先完成了安徽省“十五”科技攻關項目“風力發(fā)電用交直交并網變流器”,并獲得安徽省2006年度科技進步二等獎。接著,作為課題負責人之一,張興教授與陽光電源聯(lián)合申報并獲得了“十一五”國家科技支撐計劃“大功率風電機組研制與示范”的兩個重大項目的資助――“1 5MW以上直驅式風電機組控制系統(tǒng)及變流器的研制與產業(yè)化”與“1,5MW以上雙饋式風電機組控制系統(tǒng)及變流器的研制與產業(yè)化”。經過大家不懈的努力,目前,MW級雙饋型與直驅型風機變流器基本實現(xiàn)了產業(yè)化,部分機型已經批量向整機廠商供貨。
在柔性直流輸電變流與控制研究方面,張興教授著眼于柔性直流輸電技術與風力發(fā)電相結合,對安徽省自然基金項目“電網異常條件下風場柔性直流輸電網側變流器控制策略研究”進行了攻關研究。與此同時,在合肥工業(yè)大學本科評建項目的支持下,他自主研發(fā)成功了一套1 5kW柔性直流輸電變流及控制系統(tǒng)研究平臺。
在PWM整流器技術研究方面,張興教授完成了包括HT--7u超導托卡馬克等離子移快控電源、蓄電池雙向饋電電源、背靠背雙向變流器等多項研究成果,并在其博士學位論文基礎上,由“電氣自動化新技術叢書”編委會資助并由機械工業(yè)出版社出版了《PWM整流器及控制》學術專著,該學術專著在新能源并網發(fā)電的逆變器研究與應用領域得到了學術界專家學者的肯定并被廣泛引用。
在積極進行科研攻關的同時,張興教授還將大量精力投入到特色實驗室建設中。2006年,他主持完成了“合肥工業(yè)大學風力發(fā)電變流器及其控制實驗室”的建設,其主要包括“250kW中低壓雙饋、交流異步全功率風力發(fā)電驅動平臺”、“永磁同步直驅風力發(fā)電驅動平臺”,以及分布式發(fā)電系統(tǒng)中的“風力發(fā)電模擬平臺”,“柔性直流輸電變流及控制系統(tǒng)研究平臺”等。而他與陽光電源合作,還為該公司建成了“2MW雙饋型風力發(fā)電變流器試驗平臺”、“2MW同步直驅風力發(fā)電變流器試驗平臺”。這些實驗研究平臺基本上涵蓋了張興教授及其團隊近年來的大部分成果,在這些成果的基礎上,經過深入地自主研制,這些平臺已經開始發(fā)揮各自的功用,不僅大大促進了合肥工業(yè)大學新能源應用及其電力電子研究技術的發(fā)展,使其成為全國高校風力發(fā)電變流器研究條件一流的單位,也為國家支撐項目的取得與完成提供了良好的研究條件與基礎。
經過多年的拼搏,張興教授不僅在風力、太陽能并網發(fā)電的變流器技術的研究和工程應用方面取得眾多的成果,積累了大量研究與工程經驗,同時也為陽光電源以及電力電子行業(yè)輸送了一批高素質人才。從當年初次涉足光伏并網發(fā)電技術,到如今的MW級風電變流器的研制成功,在太陽能光伏并網、風力發(fā)電變流控制與驅動領域的多年研究,使他和團隊得到了錘煉和成長,逐漸發(fā)展為一支擁有2名教授、2名副教授、3名博士畢業(yè)的青年科研骨干教師以及近30名博士、碩士研究生的優(yōu)秀團隊,在一起,他們總是能形成一股強大的科研力量。而與陽光電源長期的優(yōu)勢互補合作,其科研水平經受了考驗,更是得到了升華。