摘要： 无人海岛的开发与利用是发展海洋事业的重要内容。本文分析了我国无人海岛开发与利用现状，根据无人海岛资源环境情况提出了分布式光伏发电独立电站的研究；详细分析了独立电站建立的关键技术；对无人海岛的开发有着积极的推进作用。

       一、现状分析

       1.我国无人海岛开发与利用现状

       所谓“无人海岛”，是指无常年居住人口或季节性有人暂住的岛屿、岩礁和低潮高地，包括无居民岛屿和居民迁移岛屿两种类型。“无人海岛”虽在我国管辖海域范围内，但因交通不便和基础设施欠缺等原因，并不作为常住户口居住地。
我国500㎡以上的海岛有6500个以上，总面积大于6600k㎡，其中有常住居民的岛屿455个，其余都为无人海岛。长期以来，绝大部分无人海岛处于“沉睡”状态，94%左右至今未被开发。

       浙江是我国海岛数量最多的省份，拥有陆地面积大于500㎡的岛屿3061座，居全国第一，其中无人海岛2881座.福建省拥有面积大于500㎡的岛屿1546座，居全国第二，其中绝大部分为无人海岛；广东、广西、山东、海南等海岛大省绝大部分岛屿也为无人海岛。

       2.分布式光伏发电现状

       光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。太阳能资源丰富、分布广泛，是21世纪最具发展潜力的可再生能源。随着全球能源短缺和环境污染等问题日益突出，光伏发电因其清洁、安全、便利、高效等特点，已成为世界各国普遍关注和重点发展的新兴产业。

       在当前形势下，各国都加紧了发展光伏的步伐。美国提出“太阳能先导计划”意在降低太阳能光伏发电的成本，使其2015年达到商业化竞争的水平；日本也提出了在2020年达到28GW的总量；欧洲光伏协会提出了“setfor2020”规划，规划在2020年让光伏发电做到商业化竞争。在发展低碳经济的大背景下，各国政府对光伏发电的认可度逐渐提高。
我国太阳能资源十分丰富，适宜太阳能发电的国土面积和建筑物受光面积也很大，其中，青藏高原、黄土高原、冀北高原、内蒙古高原、海岛地区等太阳能资源丰富地区占到国土面积的三分之二，具有大规模开发利用太阳能的资源潜力。

       我国光伏发电产品主要用于三大方面：

       （1）为无电场合提供电源：主要为广大无电地区居民生活生产提供电力，还有微波中继电源、通讯电源等，另外，还包括一些移动电源和备用电源；

       （2）太阳能日用电子产品：如各类太阳能充电器、太阳能路灯和太阳能草坪灯等；

       （3）并网发电

       在今后的十几年中，我国光伏发电的市场将会由独立发电系统转向并网发电系统，包括沙漠电站和城市屋顶发电系统。中国太阳能光伏发电发展潜力巨大，配合积极稳定的政策扶持，到2030年光伏装机容量将达1亿千瓦，年发电量可达1300亿千瓦时，相当于少建30多个大型煤电厂。国家未来三年将投资200亿补贴光伏业，中国太阳能光伏发电又迎来了新一轮的快速增长，并吸引了更多的战略投资者融入到这个行业中来。

       二、无人海岛建设独立电站的研究意义

       1.无人海岛开发利用的必要性

       根据《联合国海洋法公约》，海岛是划分内水、领海和200海里专属经济区等管辖海域的重要标志，海岛开发与利用是全国海洋经济发展的重要领域，是优化海洋经济发展布局的重要载体，是打造现代海洋产业体系的重要环节，也是推进海洋生态文明建设的重要保障。海岛合理的开发利用既保护了海岛资源，又有利于海洋生态系统的维护，对海岛的可持续发展意义重大。

       开发无人海岛不仅具有经济价值，更是国家行使主权、维护国土完整、加强国防建设的必须。无人海岛可以建成深海远洋渔业、海洋能源开发、旅游业、交通运输业及国防事业的前方基地。

       自我国颁布了《无居民海岛保护与利用管理规定》后，广东、海南、福建等省先后拉开了开发无人海岛的序幕，无人海岛正成为21世纪海洋资源开发与利用的新热点。

       2.独立电站的建设

       无人海岛多为远离大陆地区，无法与大电网连接实现电能输送。随着海岛渔业生产、建筑业、交通运输业、邮政电讯业、商业零售业、物资供销业、金融保险业、居民生活服务业等诸多产业的迅速发展，无人海岛用电负荷将不断攀升，导致海岛的建设遇到了诸多问题：如安全供电、淡水资源短缺等等。

       单纯柴油机发电将远远无法满足用电需求。柴油或重油发电，不仅运行成本高、发电稳定性差、电能质量较低；而且严重污染了海岛及周边海域的生态环境，一定程度上阻碍了海岛的可持续发展。

       海岛拥有丰富的风能、太阳能、生物质能等可再生能源，充分利用清洁能源，实现绿色供电成为我国海洋产业发展的重点方向。因地制宜，就地取材，开发海岛新能源，实现无人海岛能量的自给自足。经过示范，积累经验，大力推行海岛太阳能、风能等新能源建设，是解决海岛能源问题的重要举措。

       光伏产业已成为可再生能源产业中继风力发电之后发展最快的产业，光伏发电技术也是全球研究的热点之一。光伏产业最近10年以每年平均30%的速度递增，最近3年更是以每年50%以上的速度高速增长。太阳能光伏发电已经成为可再生能源领域中继风力发电之后产业化发展最快、最大的产业。

       无人海岛独立电站的建立对海岛开发利用建设意义重大：

       （1）海岛可再生能源取之不尽、用之不竭；
       （2）电能质量较高，安全可靠，无噪声，无污染，充分保护了海岛生态资源环境；
       （3）不受资源分布地域的限制，可利用近海地区建设浮岛，充分节约海岛土地资源；
       （4）无需消耗燃料和架设输电线路即可就地发电供电，在用电地发电避免和减少了输配电损失，运行、维护简单；
       （5）建设周期短，获取能源花费的时间短。

       三、无人海岛独立电站关键技术

       无人海岛独立电站为一种离网型可再生能源独立电站，由太阳电池组件组成的光伏方阵、太阳能充放电控制器、蓄电池组、离网型逆变器、负载等构成。其关键技术为：

       （1）系统建模、稳定性及优化调度问题

       根据系统的总体方案，建立由各个发电单元、蓄电池、负荷、以及微网拓扑等组成的微电网仿真模型，在此基础上，对相应的控制、调度策略进行仿真研究，检验和修正所提策略的有效性，对分布式电源的最终容量，以及蓄能容量做出最佳的配置。

       （2）电网与微网模块化技术

       大功率双向逆变器是系统建立交流母线和实现功率双向流动的核心部件，是电网与微网连接纽带，也是项目研究的重点。

       由于电站是由多个微网组成，各微网本身的发电、负载特性不尽相同，因此各微网单元的控制必须分别对待。根据微网的实际运行状态，通过软件控制对实现与微电网的无缝接入与切除。

       （3）电能双向流动及其能源管理系统

       当并入交流母线上的发电装置的发电量大于用户负载时，能量可从交流母线流入蓄电池中储存起来。当交流母线上用户负载大于并入的发电装置的发电量时，由蓄电池或柴油发电机向交流母线上补充能量。

       （4）大型蓄能技术

       大型可再生能源独立电站由于自然资源的不确定性，需要配置大量蓄能装置（目前普遍采用铅酸蓄电池），单个蓄电池存在性能差异，在实际运行中常常出现个别蓄电池的损坏造成整个蓄能装置的连锁损坏，因此必须自动在线检测每个蓄电池的电压、温度，当某个蓄电池比同组串的其它蓄电池的电压或温度高或低时报警，通知电站工作人员及时进行维护。

       （5）系统扩容技术

       随着海岛发展，对能源的需求会越来越大，已建的发电能力将难以满足，需要对已建电站进行扩容，因此本项目研建的独立电站必须充分考虑今后系统扩容问题。由于研建电站采用微网模块化组网结构，系统的扩容可以简化为微网数量的增加，通过自主研发的微网专用接口与系统连接，以增大系统容量，满足用户需求。

       （6）数据采集及其远程监控技术

       微电网能量管理系统主要实现微电网间各个部件的通讯功能，是微电网的神经系统。PVMS（PV Monitor System）是整个微电网的大脑，微电网各个部件的运行情况通过GPRS远程通讯网络反应到PVMS系统中，经PVMS系统处理后，返回到各个执行部件，由各执行部件执行调整工作。每个GPRS节点都有两台以上的GPRS发送接收装置，一台为主，其余作为备份，以保证通讯安全。

       （7）电站建设及独立电站成套技术

       通过海岛可再生能源独立示范电站建设，进行微电网的运行调试，解决相关的工程技术难题，进行系统的运行测试分析，形成可再生能源独立电站成套技术。

       四、总结

       根据无人海岛可再生资源及地理环境特点，合理构建分布式光伏发电独立电站，有效解决的了海岛的用电需求及用电安全，同时对海洋生态环境的保护、海岛的可持续发展意义重大。

       本文提出的关键集成技术在海岛可再生能源独立电站及其分布式发电系统建设推广应用中具有重要的支撑作用。随着国家新能源产业政策的不断推进，分布式发电、智能电网、微电网关键技术的成熟和相关技术标准、法规的制定完善，其未来发展具有广阔的市场前景。

来源：BIPV中国