2022年风光互补发电技术 .pdf

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1、风力太阳能发电互补系统0 引言我国具有丰富的太阳能、风能资源并已经应用于许多领域。但不可回避，不管是太阳能还是风能，其能量密度都非常低，独立的太阳能和风能供电系统都不能提供可靠的电能供应。风能和太阳能具有非常好的互补性能(在白天，日照强度高风小；晚上，风大)，这一特性可以使独立的太阳能和风能结合起来组成风光互补混合供电系统，提高供电系统的可靠性。当前一些混合的供电方式已经被应用到西部地区，这对提高当地居民生产和生活水平起到了重要作用。广大西部地区不仅有丰富的矿藏资源，而且具有丰富的风能、太阳能资源，所以风光互补供电系统应该是未来西部地区独立供电的主要方式。1 概念及技术原理风光互补，是一套发电

2、应用系统，该系统是利用太阳能电池方阵、风力发电机（将交流电转化为直流电）将发出的电能存储到蓄电池组中，当用户需要用电时，逆变器将蓄电池组中储存的直流电转变为交流电，通过输电线路送到用户负载处。是风力发电机和太阳电池方阵两种发电设备共同发电。风光互补发电站采用风光互补发电系统，风光互补发电站系统主要由风力发电机、太阳能电池方阵、智能控制器、蓄电池组、多功能逆变器、电缆及支撑和辅助件等组成一个发电系统，将电力并网送入常规电网中。夜间和阴雨天无阳光时由风能发电，晴天由太阳能发电，在既有风又有太阳的情况下两者同时发挥作用，实现了全天候的发电功能，比单用风机和太阳能更经济、科学、实用。适用于道路照明、农

3、业、牧业、种植、养殖业、旅游业、广告业、服务业、港口、山区、林区、铁路、石油、部队边防哨所、通讯中继站、公路和铁路信号站、地质勘探和野外考察工作站及其它用电不便地区。风光发电系统的技术构成大致可以分为如下的几个方面：（1）发电部分：由 1台或者几台风力发电机和太阳能电池板矩阵组成，完成风电；光电的转换，并且通过充电控制器与直流中心完成给蓄电池组自动充电的工作。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 6 页 -（2）蓄电部分：由多节蓄电池组成，完成系统的全部电能储备任务。（3）充电控制器及直流中心部分：由风能和太阳能充电控制器、直流中心、控制柜、避雷器等组成。完成系统各部分

4、的连接、组合以及对于蓄电池组充电的自动控制。（4）供电部分：由一台或者几台逆变电源组成，可把蓄电池中的直流电能变换成标准的220V交流电能，供给各种用电器。2 特点（1）风光互补发电系统由太阳能光电板、小型风力发电机组、系统控制器、蓄电池组和逆变器等几部分组成，发电系统各部分容量的合理配置对保证发电系统的可靠性非常重要。（2）由于太阳能与风能的互补性强，风光互补发电系统在资源上弥补了风电和光电独立系统在资源上的缺陷。同时，风电和光电系统在蓄电池组和逆变环节是可以通用的，所以风光互补发电系统的造价可以降低，系统成本趋于合理。（3）风光互补发电站是针对通信基站、微波站、边防哨所、边远牧区、无电户地

5、区及海岛，在远离大电网，处于无电状态、人烟稀少，用电负荷低且交通不便的情况下，利用本地区充裕的风能、太阳能建设的一种经济实用性发电站。3 风光互补的优点（1）昼夜互补中午太阳能发电，夜晚风能发电。（2）季节互补夏季日照强烈，冬季风能强盛。（3）稳定性高利用风光的天然。（4）互补性，大大提高系统供电稳定性。4 风光互补系统应用风光互补系统典型应用如下：(1)日用产品。如风光互补路灯照明系统、风光互补供暖、风光互充电电源、风光互补野营灯和独立电源等。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 6 页 -(2)建筑行业。北京奥运会已经将风力发电机和太阳能集热管安装进了奥运村。风光互

6、补系统还用于光伏一体化建筑BIPV、屋顶风力发电机、风光互补锅炉和风光互补并网等。(3)并网发电。在发达国家，光伏产品的80用于并网发电，而我国几乎为0，未来风能和太阳能发电的大规模并网势在必行。一平方千米的沙漠可装100 MW 光伏，若将 1的中国沙漠装上光伏，总容量将达到131x109 kW而截止到 2007年底我国总的装机容量不过713x108 kW。所以，未来我国可再生能源发展具有广阔的发展前景。(4)沙漠治理。随着我国经济的发展，国家逐渐有财力对沙漠进行治理。沙漠公路已经开通了数条。改善了当地自然生态和居民的生活条件。沙漠治理不仅需要大量的水资源，也需要大量的电能。在西部广大地区，风

7、光互补水泵、光伏水泵和风能水泵都有广阔的市场。5 风光互补技术中存在的若干问题（1）技术方面风电和光电系统都存在由于资源的不确定性导致发电与用电负荷的不平衡问题风电和光电系统都必须通过蓄电池储能才能稳定供电但每天的发电受天气的影响很大会导致系统的蓄电池组长期处于亏电状态。这也是引起蓄电池组使用寿命降低的主要原因。风光联合发电站一般处于无人值守的状态，对于系统运行状态的了解，就需要逆变器具有数据检测、显示和通讯的功能，当然，这要根据具体情况来决定是否需要此项功能，但是，高可靠性和稳定性是光伏电站中逆变器一个特别重要的指标。而对于小型离网式系统需进行大风限速保护，当风机输入的能量大于系统当时所能消

8、耗的能量以及系统所能储存的能量总和的时候，能有效地减小风机吸收风能，使风机不致超速运行。目前，各型风机的限速保护方案大多使用机械限速保护。机械限速保护装置可靠性差，除了设计不当的因素以外，实际上是其固有弊端。自然界的风况是十分复杂的。紊流是主状态，同时，风速风向的变化频繁而迅速。任何机械装里都不可能瞬时响应实际风况的变化，加上长期运行导致的机械磨损会使装置的配名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 6 页 -合间隙增大。所有这些均会导致保护滞后、失效以及剧烈的震动，引发风机飞车、过载和剧烈震动等破坏性结果。因此，目前大多建议使用的是磁电限速保护，其通过降低风轮的风能利用率

9、的方法进行减速，使保护动作更加安全可靠。有许多工作致力于探索一种相对简单的设计光伏及其互补发电系统的方法，然而他们中的绝大部分忽略了系统性能的精确确定。有些工作把重点放在气象数据的统计学特征对系统性能的影响；还有一些工作以时间为步长进行系统性能的模拟，并以此为基础试图找出连系有限个气象特征参数和系统配置关系的公式，然而模拟所使用的表征组件特性的数学模型往往过于简单，譬如用线性模型表征组件特性；另外，负载通常也被假定是恒定不变的，这些都造成了所推导出的公式的适用范围非常有限。另外，确定系统工作状态所使用的表征组件特性及评估实际获得的风光资源的数学模型也需要进一步完善。名师资料总结-精品资料欢迎下

10、载-名师精心整理-第 4 页，共 6 页 -因光伏发电系统只能够发出直流电，并网型的风光互补发电系统必需采用逆变器，目前国内对逆变器的研究还处于起步阶段，功能强大的逆变器具有数据采集、效率追踪、系统保护和通讯功能，这些功能都是风光互补发电系统必不可少的功能模块，是系统运行的保证，这就要求我们，如果有条件，逆变器的研制是风光互补发电监控系统必需的环节。（2）能量方面风能与太阳能都属于能量密度很低的能源，且都随着天气和气候的变化而变化。这种能量的不稳定性给这两种能源的使用带来了困难。现在全世界比较公认的看法是，间歇式能源在常规电网中的比重不能超过20%(除非电网中有大量的水电或者抽水蓄能电站)，否

11、则，就有可能造成电网的运行困难甚至崩溃。另外，根据中国气象局风能太阳能资源评估中心提供的全国每月平均风速资料显示,全国大部分地区的平均风速都在13 m/s,这样的风速对于普通的风力发电机来说,是无法满足其效能的。因此大部分城市的风力资源是不能满足风电场的选址要求。不同地区，太阳能、风能资源以及用电负荷情况有很大不同，如何评价系统及系统中主要部件的实际运行性能，进而对已安装的系统进行评估，最终给出不同地区最优系统设计方案是今后实施风光互补发电系统工程应解决的主要技术问题。（3）设备通讯为了使整个并网系统既成为一个整体，又能够分解为独立运行的拥有标准化接口的单元，便于系统的重组和独立单元用于其他系

12、统，要求系统具有良好的通讯设计。控制系统的通讯设计方面，通讯协议需要进一步丰富，发展成为未来应该能适用于多种通讯方式的通讯协议，尽可能多的兼容其他的通信协议，这样便于将来控制系统的功能的丰富和系统扩展，使新开发的数据采集或者数据控制设备很方便的接入现有的系统。（4）经济分析风光互补发电技术运行成本低，资源丰富，但造价昂贵，如果没有政府补贴，风力名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 6 页 -发电还不具备与其他常规能源发电的竞争力。由于缺乏有力的政策支持，近年来我国的风电事业进展较缓慢。为加快风电事业的发展，加强风力发电政策的研究十分必要。目前对于风力发电产业政策的研究，

13、国内所采用的主要是定性分析方法，缺乏有效的计算机模型对各种风力发电政策进行技术经济分析，即使有少量利用计算机建模技术的尝试，由于政策问题本身的特点和模型所使用的常规数学方法的限制也难以满足政策研究的需要。近年来，国外已相继开发出一些模拟风力、光伏及其互补发电系统性能的大型工具软件包。通过模拟不同系统配置的性能表现和供电成本可以优化出最佳的系统配置。但是，由于这些软件工具包价格不菲，大部分光伏系统设计人员无法使用到这样的软件工具；另一方面，作为商业秘密，模拟所使用的表征风力发电机、PV 组件和蓄电池特性的数学模型也未被公开。（5）应用与推广离网式风光互补发电技术目前广泛应用于微波通信、基站、电台

14、、野外活动、高速公路、无人山区、村庄和海岛等地区。但由于离网式系统需用到蓄电池，而蓄电池的使用会对环境造成较为严重的污染，因此将并网式技术应用于以上地区是目前需要解决的极为重要的问题。6 结论风光互补发电系统具有较多独特优势。包括：不需要燃料、不占耕地、没有污染，运行成本低，我国风力资源丰富。但由于其效率较低,造价昂贵,技术有待改进,管理不够完善等因素。目前尚不具备与其他常规能源发电的竞争力。但是随着经济的发展，可再生能源的利用将成为未来能源领域的重要部分，而风光互补发电系统以其特有的优势必将在新能源领域占有重要席位。而随着电力电子技术的发展以及一些高新技术的不断成熟，装置的小型化、数字化、绿色化也将成为风光互补发电系统的发展方向之一，风光互补发电系统必将得到广泛的应用。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 6 页 -