新能源和自动化技术

新能源和自动化技术从远古的钻木取火到风帆航海，再到马背上的光伏电站……工业技术的创新发展，助力了人类对新能源，如风、光、热及海流等各种动能的捕捉、转化与利用，而因为有工业自动化先进技术的支持和参与，使得新能源利用走上了更加便捷、高效的利用之路，更走在了替代传统化石能源的康庄大道！但是作为一个新兴的产业，工业自动化技术如何助力新能源产业，像自动化技术如何能更加有效的控制太阳能电池板捕捉阳光的能力、如何提高光电转化率等一系列需要工业技术解决的问题，而作为深耕传统工业领域多年的工业自动化、电力电子、电源等产品技术研发制造企业，如何有效平移、改进、创新技术，发力新能源产业，成为了摆在新能源终端用户与工业产品技术提供商之间的沟通难题，这更是工业技术充满商机与市场前景的一个新领域。随着一系列由化石能源的利用引起的全球环境问题不断加剧，以绿色、“低碳”、节能环保为关键词的新能源产业迅猛发展，在短短几年内太阳能光伏发电、风力发电产业从电力新贵发展成为绿电主力军。新能源的快速发展壮大给电力自动化产业提供了巨大的市场空间，也给自动化产业提出了特别的要求。【新能源涵盖范围与发展前景】新能源这个概念是相对于传统能源而言，如核能、太阳能、风能、生物质能、波浪能、小水电等都属于新能源范畴。新能源取代传统化石能源是必然的趋势。随着常规能源的逐渐减少，新能源利用被提上日程，未来风能、核能、太阳能都将会成为能源的生力军，近年来已开始发挥出越来越显著的作用。以当前国家对新能源发展的支持力度来看，国家最新发展目标是在2050年新能源成为能源供应的主要形式之一，成为主要能源。核能、风能、太阳能的发展已进入稳定时期，在技术的进步上还需要逐步完善。如在太阳能的利用上，太阳能电池的价格和转换效率方面，都需要进一步研究和突破。在未来，鉴于资源的来源与开发，太阳能的来源比风能、核能更简单、广阔，当前风力资源丰富的地区大多已经开发利用，相对而言，太阳能的利用空间将更广，发展将更快。【自动化在新能源中的发展前景】未来新能源的发展前景广阔，给很多相关产业发展提供了新的市场机遇，例如自动化行业，可以说自动化产品在新能源产业中的发展前景是无限的。以PLC在风电中的应用为例，大多风电场所在的环境都比较恶劣，PLC是一种在密封保护等方面做得完善的工业级产品，工控机、单片机等产品则在这方面较弱；另外由于风力发电在空间方面受限，需要安装小巧的产品来做过程控制，这正好是PLC的长处；但随着风电机组的大型化发展，对控制器在运算速度和存储量等方面又提出更高的要求，DSP产品也正在越来越广泛得到运用。在整个风力发电机组的运行过程中，依据设定的风力等级和风速选择并网时间，机组朝向随风向转变的调整等都需要通过控制系统采集信号做运算，并根据运算结果进行控制，这就需要用到PLC、单片机、DSP等产品进行信号采集和处理及系统控制。在新能源发电过程中，自动化产品通过传感器收集外部信息，然后由控制器进行运算以控制发电机、保护发电机刹车等功能的实现。其原理与工厂的工业控制是一样的，只是新能源发电所用自动化产品的工作环境更加恶劣。一般工厂环境在0℃~35℃，而新能源发电站多在户外环境恶劣区域，如北方内蒙温度最低-30℃~-40℃，南方高温在40℃以上，同时由于温差和湿度原因，很多系统存在结露、结霜的情况，冬天传感器上有雪冻，海上风电还会受到海上盐雾的腐蚀等特殊的工作环境。当工作环境改变以后，传统自动化产品需要依据情况不同改变产品特性。而工控机、PLC等自动化产品在技术方面不需要做真正意义上的特别处理，只是针对应用环境特点做一些相应的设计。自动化产品在新能源产业发展中起到了显著的助推作用，随着新能源产业的不断壮大，我们也看到有一些企业已推出专业用于新能源产业的自动化产品，工业自动化产品的技术已发展相当成熟，如果说有的企业研发出了专门用于新能源产业的自动化产品，这也是基于他的核心自动化技术而开发的产品。在新能源自动化新产品的开发上，关键问题在于产品的可靠性、工程实现问题与经济性。【新能源产业自动化产品的发展趋势】基于新能源产业发展的环境与应用的特殊性，应用于新能源的自动化产品更多的要考虑是否适用于无人或少人维护的发电站，以及特殊环境如盐雾、湿气等防腐蚀的特别设计。这就对产品运行可靠性、安全性提出了很高的要求。从近些年新能源自动化产品的应用来讲，以PLC与工控机应用的产品技术演进可以看到这些产品的升级是在不断吸收对方优势的一个过程，如工控机吸收PLC体形小巧、抗干扰性强的优点。集中更多其它产品的优点，结合自身优点发挥优势，对其缺点与不足之处以吸取其它产品的优点进行弥补、克服，这是当前应用于新能源自动化产品不断升级的一个总体趋势。工业级产品永远的话题就是稳定、安全、可靠，满足要求就好，不用很花哨，有太多的功能而用不到的话，不仅经济性差，同时可能是一个安全隐患的根源。应用于光伏、风电的自动化产品，其防护等级要求很高，否则在受到风沙、潮湿及雨水等外力的影响下，则可能导致产品损坏，影响使用寿命与整体机组运行可靠性、安全性等。比如海边或海上风电机组控制器中的低压电气产品，由于盐雾湿度的影响，表面一切正常的断路器可能里面已挂满结晶的小盐粒，这就意味着产品的报废，如果发现不及时，也将造成严重的安全隐患。所以在现在的产品研发中，加强防护性的研究就非常重要，考虑若有盐雾进入如何使其不结晶，以提高产品安全性。从企业研发新能源自动化产品角度来讲，要针对不同区域生产不同的适用产品。我国幅员辽阔，北方低温、风沙大，南方高温、高湿、高盐雾，海岛雷击较多，高原地区空气稀薄，散热问题需要多加考虑。要细分区域，针对不同区域设计适用的产品，使用户有更多的选择。这也是新能源自动化产品研发的一个趋势。【基于新能源的自动化产业】今年的国家能源局有五千亿新能源投资规划的出台，这对于自动化产业来说也是一个发展的良好机遇，更是国内自动化制造商的机遇，在自动化领域较强的国外品牌有西门子、ABB等，如果说他们做什么产品，我们也去跟随做什么产品，在产品技术上与之比拼会很艰难，所以要考虑清楚新能源行业的本质，这个行业对工控产品的要求是什么？新能源产业中关于光伏、风电、核能等，每一个行业对自动化产品有什么特别要求？依据自身企业的技术积累，可以进入哪一个行业？这需要企业认真分析。在产品范围选择上，要专注于某一行业，把产品做专做精。把有限的资金与研发力量集中投入到一点，做到最好，具有最高的性价比，以小产品占领大市场。可以说新能源是一个具有无限前景的产业，其发展是基于自动化技术的进步而不断快速发展，在此，希望我们国内自动化制造商要抓住国家支持新能源发展的机遇，借助资金与市场的支持快速成长。【老话题新产业】可以说新能源是一个老话题，却是一个新产业，专家、学者与企业经过数年的努力，新能源终于从实践走到了产业化，其更大的原因在于传统化石能源短缺，地球环境面临威胁，遂使其从角落走到台前。国外光伏、风电等新能源产业已真正走在了替代传统能源的路上，而我国新能源产业还处在“有绿电无市场”的发展中，无论说其市场化，还是公用事业化，似乎都处于发展瓶颈之中。很多的光伏、风电站建立了，所发电却输送不出去，甚至输电了还没有明确电价为之买单，这些都严重打击了国人发展新能源的积极性与信心，转而将新能源产业制造的成本留在国内，将应用市场出走于国外……人人皆言瓶颈乃“并网问题”，然而“并网”真正是制约国内新能源发展的根源问题吗？可以说这已不是一个技术问题，而是一个管理协调的机制问题。能源规划与电网规划发展不同步，需要一个统一标准的制定。要想真正解决国家能源安全问题，推进新能源快速高效发展，致力于从根源上解决问题才是我国新能源继续快速前行的良方。08级自动化4班20084060115徐玉兴2012年2月