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1、风光互补发电系统现状及发展状况高洁琼（山西大学 山西太原030013）摘要:本文介绍了风光互补发电系统的结构、工作原理和优缺点,以及风光互补发 电系统的发展过程及现状,同时说明其应用前景。太阳能和风能之间互补性很强， 由这两者结合而来的风光互补发电系统在资源上具有最佳的匹配性。 关键词: 风能 太阳能 风光互补系统1. 风光互补发电系统的结构、工作原理、基本要求以及优缺点1.1风光互补发电系统的结构风光互补发电系统主要由风力发电机组、太阳能光伏电池组、控制器、蓄电 池、逆变器、交流直流负载等部分组成。该系统是集风能、太阳能及蓄电池等多 种能源发电技术及系统智能控制技术为一体的复合可再生能源发电
2、系统。 1.2风光互补发电系统的工作原理及运行模式风力发电部分是利用风力机将风能转换为机械能，通过风力发电机将机械能 转换为电能，再通过控制器对蓄电池充电，经过逆变器对负载供电；光伏发电部 分利用太阳能电池板的光伏效应将光能转换为电能，然后对蓄电池充电，通过逆 变器将直流电转换为交流电对负载进行供电；逆变系统由几台逆变器组成，把蓄 电池中的直流电变成标准的 220v 交流电，保证交流电负载设备的正常使用。同 时还具有自动稳压功能，可改善风光互补发电系统的供电质量；控制部分根据日 照强度、风力大小及负载的变化，不断对蓄电池组的工作状态进行切换和调节： 一方面把调整后的电能直接送往直流或交流负载。
3、另一方面把多余的电能送往蓄 电池组存储。发电量不能满足负载需要时，控制器把蓄电池的电能送往负载，保 证了整个系统工作的连续性和稳定性；蓄电池部分由多块蓄电池组成，在系统中 同时起到能量调节和平衡负载两大作用。它将风力发电系统和光伏发电系统输出 的电能转化为化学能储存起来，以备供电不足时使用。风光互补发电系统根据风力和太阳辐射变化情况，可以在以下三种模式下运 行：风力发电机组单独向负载供电；光伏发电系统单独向负载供电；风力发电机 组和光伏发电系统联合向负载供电。1.3 风光互补发电系统的优缺点 风光互补发电比单独风力发电或光伏发电有以下优点：(1) 利用风能、太阳能的互补性，可以获得比较稳定的输
4、出，系统有较高的稳定 性和可靠性；(2) 在保证同样供电的情况下，可大大减少储能蓄电池的容量；(3) 通过合理地设计与匹配，可以基本上由风光互补发电系统供电，很少或基本 不用启动备用电源如柴油机发电机组等，可获得较好的社会效益和经济效益。风光互补发电系统可以根据用户的用电负荷情况和资源条件进行系统容量 的合理配置，无论是怎样的环境和怎样的用电要求，风光互补发电系统都可做出 最优化的系统设计方案来满足用户的要求，即可保证系统供电的可靠性，又可降 低发电系统的造价。应该说，风光互补发电系统是最合理的独立电源系统。 太阳能和风能虽然存在上述一些优点，但是也有不足之处：(1) 能量密度低太阳能和风能相
5、对于火电、水电、核电等传统能源，其能量密度偏低，对于 太阳能发电需要足够的受热面积，而风力发电机如果要提高输出功率，则必须要 增加风轮的尺寸和整个风场的规模，才能达到我们所需要的电量，这都需要占用 大面积土地资源。(2) 间歇性、不稳定性和不可控性传统能源我们可以根据需求来调节供应，而太阳能只有在晴天和白天时才 能，风机只有在风力达到要求时才能发电，且根据风速的大小风机输出的电量也 随时都在变化，太阳能和风能的这种间性和不稳定性直接导致了不可控性，所以 要有效利用太阳能和风能，储能是必不可少的。由于这些不利的因素，太阳能或风能单独的经济可靠地使用就遇到许多技术 问题。随着科学技术的发展，将太阳
6、能和风能综合利用，组成一个互补系统成为 一种实用的方式，使得我们可以更加稳定可靠经济合理地使用这无穷无尽的风光 资源。2. 风光互补发电系统的发展过程及现状最初的风光互补发电系统，就是将风力机和光伏组件进行简单的组合，因为 缺乏详细的数学计算模型，同时系统只用于保证率低的用户，导致使用寿命不长。近几年随着风光互补发电系统应用范围的不断扩大，保证率和经济性要求的 提高，国外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和供电成本可以得出最佳的系统配置。在国外对于风光互补发电系统的设计主要有两种方法进行功率的确定：一是 功率匹配的方法，即在不同辐射和
7、风速下对应的光伏阵列的功率和风机的功率和 大于负载功率，只要用于系统的优化控制；另一是能量匹配的方法，即在不同辐 射和风速下对应的光伏阵列的发电量和风机的发电量的和大于等于负载的耗电 量，主要用于系统功率设计。据国内有关资料报道，目前运行的风光互补发电系统有：西藏纳曲乡离格村 风光互补发电站、用于气象站的风能太阳能混合发电站、太阳能风能无线电话离 转台电源系统、内蒙微型风光互补发电系统等。3. 风光互补发电系统的应用前景3.1 偏远农村的生活生产用电中国目前的农村人口数目众多。但偏远农村若靠电网供电，则需架设很长的 输电线路，其经济性很差很不现实。而在这些地方其风能和太阳能蕴藏量十分 丰富。若
8、采用太阳能，风能这些可再生能源进行发电。则可基本满足偏远农村的 生活及照明用电。利用风光互补发电系统可以有效的解决用电问题。3.2 路灯照明系统风光互补路灯不需要输电线路。不消耗电网电能，一次性投入与常规路灯大 体相当的建设经费后即可一劳永逸地利用取之不尽用之不竭的风能与太阳能提 供稳定可靠的能源。与单纯由太阳能供电的路灯相比。风光互补路灯也有着显著 优点：(1)风能的充分利用不单大大提高了能量转换率。还显著降低了太阳能系 统设备的成本。使其在长期阴雨天气下仍能持续工作，提高了供电系统稳定性； (2)能量效率的提高使得风光互补路灯在光源配置上更灵活。3.3 通信基站中的应用移动通信、微波、广播
9、和电视转发，还是卫星通信。都各自在全国建立了一 定数量的通信基站。如今通信基站的建设已从最初期的城市内建设向城镇乡村发 展在未来的几年。还将更多地向不发达的西部地区、偏远山区发展。这些基站 负荷比较小，若采用市电供电，架设输电线路代价很大。而采用风光互补发电系 统可以很好的解决问题。可使用清洁能源自给自足。在十分重要的基站，则可以 配备备用的柴油发电机，形成风光柴油混合发电系统，提高供电的可靠性保证 实时通信。3.4 并网发电弥补了独立风电和光电系统的不足。向电网提供更加稳定的电源。充分利用 土地资源。风力发电设备利用高空风能。光伏发电设备则利用风机之间的地面太 阳能实现地面和高空的有效结合。
10、由于共用一套送变电设备。降低了工程造价。 大大提高了经济效益。4. 结束语以上重点介绍的风光互补发电系统的结构、工作原理以及优缺点 ,同时介绍 了其发展现状以及发展前景。目前，就风光互补发电系统这方面的研究还在不断 深入风光发电技术也在日益成熟。并且随着科学技术的日新月异。还将不断进 步。相信不久的将来。风光互补发电系统将会遍地开花，充满世界的每一个角落。 为落实科学发展观、建设绿色能源贡献力量。参考文献:1 普子恒.浅析风光互补发电系统及其应用前景.武汉:武汉大学,20092 韩志强.风光互补充电控制器的研究.广州:华南理工大学,20113 肖珉 .风光互补储能发电系统并网技术研究 .东方电
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