風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)簡(jiǎn)述

1、. -風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)摘要 ：風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)是利用風(fēng)能和太陽(yáng)能資源的互補(bǔ)性,源發(fā)電系統(tǒng)；本文通過(guò)對(duì)風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的動(dòng)力來(lái)源具有較高性?xún)r(jià)比的一種新型能-風(fēng)能和太陽(yáng)能資源的初步調(diào)研,分析了風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì),并總結(jié)了國(guó)內(nèi)外風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的爭(zhēng)辯現(xiàn)狀,對(duì)其根本的工作原理進(jìn)展了闡述；最終對(duì)舉例說(shuō)明白風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用前景；關(guān)鍵詞 ：風(fēng)光互補(bǔ),現(xiàn)狀,工作原理,應(yīng)用前景1. 引言能源是人類(lèi)社會(huì)開(kāi)展和進(jìn)步的物質(zhì)根底,能源的開(kāi)發(fā)利用和先進(jìn)的能源技術(shù)的不斷革新；人類(lèi)社會(huì)的開(kāi)展和進(jìn)步離不開(kāi)優(yōu)質(zhì) 煤和石油等礦物能源的開(kāi)發(fā)和利用推動(dòng)了近代工業(yè)革命的開(kāi)展,極大地轉(zhuǎn)變了人類(lèi)的生活方式；由于煤、石油、天熱氣等常

2、規(guī)能源的儲(chǔ)量是有限的,據(jù)估量,地球上煤炭最多可用 300年,石油最多可愛(ài)惜 40 多年,自然氣仍可以愛(ài)惜50 多年,不斷爆發(fā)的能源危機(jī)嚴(yán)肅阻礙了人類(lèi)社會(huì)的開(kāi)展進(jìn)步； 為了緩解不斷加重的能源危機(jī),世界各國(guó)相繼加大了對(duì)可再生能源的爭(zhēng)辯； 可再生能源是指除常規(guī)能源外的包括風(fēng)能、太陽(yáng)能、 生物質(zhì)能、地?zé)崮?、海洋能等能源資源；為了降低能耗和解決日益突出的環(huán)境問(wèn)題,全球都投入到了可再生開(kāi)展能源的熱潮之中,全球可再生能源開(kāi)展取得了明顯成效；主要表現(xiàn)在：本錢(qián)連續(xù)下降,市場(chǎng)份額不斷擴(kuò)大,其定位也開(kāi)場(chǎng)由補(bǔ)充能源向替代常規(guī)能源的方向轉(zhuǎn)化；近10 年來(lái),全球風(fēng)力發(fā)電市場(chǎng)保持了 均增長(zhǎng)速度超過(guò) 301；28的年均增長(zhǎng)速

3、度,太陽(yáng)能光伏發(fā)電的年進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái), 中國(guó)的可再生能源利用步入了快速開(kāi)展的軌道,特殊是自2022 年可再生能源法實(shí)施以來(lái),中國(guó)可再生能源已經(jīng)進(jìn)入快速開(kāi)展時(shí)期；2022年中國(guó)可再生能源在一次性能源消費(fèi)構(gòu)造中所占的比例已從 2022 年的 8提升至 9；依據(jù)中國(guó)國(guó)家能源局制定的.新能源產(chǎn)業(yè)振興開(kāi)展規(guī)劃 .,估量到 2022年,- word.zl. -新能源在能源構(gòu)造中的占到的比重到達(dá)2含水電為 l,新能源發(fā)電容量占總電力裝機(jī)容量的比重將會(huì)到達(dá) 5含水電為 25；其中風(fēng)電裝機(jī)容量將會(huì)到達(dá) 3500萬(wàn)千瓦 陸地風(fēng)電 3000萬(wàn)千瓦,海上風(fēng)電 500 萬(wàn)千瓦 ,太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)容量 到達(dá) 200 萬(wàn)千瓦

4、 2；除此之外,依據(jù) 2022年中國(guó)風(fēng)電開(kāi)展報(bào)告 .的推測(cè),估量到2022年末,全國(guó)風(fēng)電開(kāi)發(fā)建立總規(guī)模有望到達(dá)1 億 kW；到 2022年全國(guó)可再生能源利用總量將相當(dāng)于6 億噸標(biāo)準(zhǔn)煤,可再生能源的消費(fèi)占一次能源消費(fèi)的15,這將對(duì)中國(guó)能源構(gòu)造調(diào)整,削減溫室氣體排放,愛(ài)惜生態(tài)環(huán)境將發(fā)揮更大作用；2. 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的特點(diǎn)及優(yōu)越性風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)是由風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能電池發(fā)電、 儲(chǔ)能設(shè)備組成的； 其系統(tǒng)能量輸出是由風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)電和光伏發(fā)電共同供應(yīng)的,即系統(tǒng)是以風(fēng)能和太陽(yáng)能作為動(dòng)力源泉,系統(tǒng)的特點(diǎn)由風(fēng)能與太陽(yáng)能的特點(diǎn)準(zhǔn)備 3；2.1太陽(yáng)能、風(fēng)能優(yōu)缺點(diǎn)近些年來(lái),國(guó)內(nèi)外大力開(kāi)展風(fēng)能和太陽(yáng)能,優(yōu)化能源構(gòu)造

5、是新世紀(jì)的趨勢(shì),與常規(guī)能源相比風(fēng)能和太陽(yáng)能有以下優(yōu)點(diǎn) 4：1 取之不盡、用之不竭照射在地球上的太陽(yáng)能特殊巨大,大約40 分鐘照射在地球上的太陽(yáng)能,便足以供全球人類(lèi)一年能量的消費(fèi)；可以說(shuō), 太陽(yáng)能是真正取之不盡、 用之不竭的 能源；風(fēng)能是地球外表大量空氣流淌所產(chǎn)生的動(dòng)能；據(jù)估量,全球的風(fēng)能約為2.74*10 9MW,其中可利用的風(fēng)能為2*10 7MW,比地球上可開(kāi)發(fā)利用的水能總量仍要大 10倍,這相當(dāng)于目前全世界每年所消耗能量的 3000倍；假如能夠充分利用風(fēng)能,對(duì)于解決全球的能源需求將具有特殊重要的意義；- word.zl. -2 使用便利 在地球上,太陽(yáng)能和風(fēng)能處處皆有,可以就地開(kāi)發(fā)利用,不

6、存在運(yùn)輸問(wèn)題,特殊對(duì)交通不興盛的農(nóng)村、海島和遙遠(yuǎn)地區(qū)更具有利用價(jià)值；3 環(huán)境污染小 太陽(yáng)能和風(fēng)能是一種清潔能源,在開(kāi)發(fā)利用時(shí),不會(huì)產(chǎn)生廢渣、廢水、廢氣 和噪音,更不會(huì)影響生態(tài)平穩(wěn),不會(huì)造成污染和公害；太陽(yáng)能和風(fēng)能雖然存在上述一些優(yōu)點(diǎn),但是也有缺乏之處：1 能量密度低 太陽(yáng)能和風(fēng)能相對(duì)于火電、水電、核電等傳統(tǒng)能源,其能量密度偏低,對(duì)于太陽(yáng)能發(fā)電需要足夠的受熱面積,而風(fēng)力發(fā)電機(jī)假如要提高輸出功率,那么必需要增加風(fēng)輪的尺寸和整個(gè)風(fēng)場(chǎng)的規(guī)模,用大面積土地資源；2 間歇性、不穩(wěn)固性和不行控性才能到達(dá)我們所需要的電量, 這都需要占傳統(tǒng)能源我們可以依據(jù)需求來(lái)調(diào)劑供應(yīng),而太陽(yáng)能只有在晴天和白天時(shí)才能,風(fēng)機(jī)只有

7、在風(fēng)力到達(dá)要求時(shí)才能發(fā)電,且依據(jù)風(fēng)速的大小風(fēng)機(jī)輸出的電量也隨時(shí)都在變化, 太陽(yáng)能和風(fēng)能的這種間性和不穩(wěn)固性直接導(dǎo)致了不行控性,所以 要有效利用太陽(yáng)能和風(fēng)能,儲(chǔ)能是必不行少的；由于這些不利的因素, 太陽(yáng)能或風(fēng)能單獨(dú)的經(jīng)濟(jì)牢靠地使用就遇到許多技術(shù) 問(wèn)題；隨著科學(xué)技術(shù)的開(kāi)展, 將太陽(yáng)能和風(fēng)能綜合利用, 組成一個(gè)互補(bǔ)系統(tǒng)成為 一種有用的方式, 使得我們可以更加穩(wěn)固牢靠經(jīng)濟(jì)合理地使用這無(wú)窮無(wú)盡的風(fēng)光 資源；2.2我國(guó)太陽(yáng)能、風(fēng)能資源簡(jiǎn)介- word.zl. -依據(jù)國(guó)家氣象科學(xué)院的估算,中國(guó)陸地 10m 高度層可利用的風(fēng)能為 2.53億kW,50m 高度層可利用的風(fēng)能是 10m 高度層的 2 倍,陸上主要

8、分布在 XX 、XX、XX 等省份,占據(jù)了我國(guó) 80%的風(fēng)能資源；海上可利用的風(fēng)能是陸地上的 3 倍,、XX 是我國(guó)海上風(fēng)能最豐富的省份,全國(guó)近海 風(fēng)能資源特殊豐富；10km 資源量到達(dá) 19 億 kW,我國(guó)圖 1 年平均風(fēng)功率密度分布圖在中國(guó),傳統(tǒng)意義上的風(fēng)電開(kāi)發(fā)始終以來(lái)根本是以建立大型風(fēng)電場(chǎng)為主,近些年來(lái)獲批的工程也以大型風(fēng)電場(chǎng)居多；多位于遠(yuǎn)離用電負(fù)荷的西北、華北、東北地區(qū)；截至到 2022年底,我國(guó)全年風(fēng)力發(fā)電新增裝機(jī)達(dá) 1600萬(wàn)千瓦,累計(jì)裝機(jī)容量到達(dá) 4182.7萬(wàn)千瓦,首次超過(guò)美國(guó), 躍居世界第一； 但是同期也僅占全國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量 96219億千瓦的 4.35%；我國(guó)陸地外表每年承

9、擔(dān)的太陽(yáng)輻射能約為50*10 18kJ,全國(guó)輻射總量中值為586kJ/cm 2.a；假如全部利用起來(lái),可產(chǎn)生一萬(wàn)個(gè)三峽發(fā)電量；年日照時(shí)數(shù)大于2022小時(shí)的地區(qū)面積約占全國(guó)總面積的2/3 以上,是我國(guó)太陽(yáng)能資源豐富或較豐- word.zl. -富的地區(qū),主要分布在, 、XX 、XX 南部、XX 西部、XX 中部和西南部、 XX東南部、 XX 東南部、 XX 島等寬敞地區(qū)；圖 2 太陽(yáng)能資源分布圖由于我國(guó)特殊的地理?xiàng)l件, 地域?qū)挸? 地勢(shì)復(fù)雜, 因此獨(dú)立運(yùn)行的風(fēng)光互補(bǔ)離網(wǎng)發(fā)電設(shè)備得以廣泛應(yīng)用, 成為電網(wǎng)無(wú)法到達(dá)或電網(wǎng)延長(zhǎng)不經(jīng)濟(jì)地區(qū)的重要發(fā)電手段；此舉,可以節(jié)約能源,改善環(huán)境,緩解電力供應(yīng)緊 X 狀

10、況,對(duì)轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式,促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)諸多領(lǐng)域的低碳模式的開(kāi)展具有很重要的應(yīng)用價(jià)值；2.3風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)主要由以下幾局部子系統(tǒng)構(gòu)成：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和光伏電板組成的發(fā)電系統(tǒng)； 蓄電池依據(jù)串并排行組成的蓄能系統(tǒng)；電纜、整流器、逆變器、開(kāi)關(guān)等組成電量傳輸系統(tǒng)； 把握器、 電壓電流檢測(cè)器等組成的把握系統(tǒng)；溝通電器、直流電器組成的負(fù)載系統(tǒng)；風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)物示意圖見(jiàn)圖 3；- word.zl. -圖 3 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)實(shí)物圖風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)依據(jù)風(fēng)力和太陽(yáng)輻射變化情形,可以在以下三種模式下運(yùn)行：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組單獨(dú)向負(fù)載供電；光伏發(fā)電系統(tǒng)單獨(dú)向負(fù)載供電；風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和光伏發(fā)電系統(tǒng)聯(lián)合

11、向負(fù)載供電；其具有以下幾方面優(yōu)、缺點(diǎn) 5：優(yōu)點(diǎn)：1 利用風(fēng)能和太陽(yáng)能的互補(bǔ)特性,對(duì)氣象資源可以更加充分的利用,實(shí)現(xiàn)晝夜發(fā)電； 在確定的氣象條件下, 風(fēng)光系統(tǒng)可以提高系統(tǒng)供電的連續(xù)性、可靠性和穩(wěn)固性； 2 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的初期投資和發(fā)電本錢(qián)都低于獨(dú)立的光伏發(fā)電系統(tǒng)； 假如風(fēng)能和太陽(yáng)能資源互補(bǔ)性比擬好,在保證同樣供電的情形下, 可以大大削減用于儲(chǔ)能的蓄電池的容量；3 在風(fēng)能和太陽(yáng)能比擬豐富并且互補(bǔ)性好的情形下, 根本上完全可以由風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)展供電,用電源,可以獲得更好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益；缺點(diǎn)：很少或根本不用啟動(dòng)備 1 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)與單一的光伏發(fā)電系統(tǒng)或風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)相比,對(duì)系統(tǒng)的把握治理要

12、求更高, 系統(tǒng)設(shè)計(jì)比擬復(fù)雜； 2 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)有兩種類(lèi)型的發(fā)電單元,與單一風(fēng)力或光伏發(fā)電系統(tǒng)相比,增加了愛(ài)惜工作難度和工作量；2.3國(guó)內(nèi)外爭(zhēng)辯現(xiàn)狀- word.zl. -1981年,丹麥的 NEBusch等提出了利用太陽(yáng)能和風(fēng)力互補(bǔ)的技術(shù)問(wèn)題；隨后美國(guó)的 CIAspliden 爭(zhēng)辯了太陽(yáng)能一風(fēng)力互補(bǔ)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的氣象問(wèn)題；前蘇 聯(lián)的 NAksarni 等人依據(jù)概率原理,統(tǒng)計(jì)出近似的太陽(yáng)能、風(fēng)力潛力的估量值,為風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)爭(zhēng)辯供應(yīng)了科學(xué)的數(shù)據(jù)支持6；國(guó)外在風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的爭(zhēng)辯主要集中于大型并網(wǎng)發(fā)電場(chǎng)及單獨(dú)風(fēng)力發(fā)電和單獨(dú)太陽(yáng)能光伏發(fā)電的方式,風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電方面的爭(zhēng)辯比擬少, 特殊是對(duì)風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)

13、電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)固性分析 較少,但也有一些初步的爭(zhēng)辯成果； 這些爭(zhēng)辯成果主要爭(zhēng)辯的是微電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn) 定性問(wèn)題 7-9；目前我國(guó)進(jìn)展風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)爭(zhēng)辯的單位許多,主要有中科院 XX 能源所、XX 高校、 XX 農(nóng)業(yè)高校、 XX 工業(yè)高校等；其中XX 高校以及 XX 農(nóng)業(yè)高校對(duì)戶(hù)用型風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)的爭(zhēng)辯較為深化,提出了戶(hù)用系統(tǒng)的容量配置方法；中科院 XX 能源所等單位提出了一套CAD 的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法； XX 工業(yè)高校在風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)的把握領(lǐng)域較為突出和領(lǐng)先；綜合國(guó)內(nèi)外爭(zhēng)辯成果和爭(zhēng)辯方向, 其中對(duì)離網(wǎng)型的中小型風(fēng)光儲(chǔ)互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)主要內(nèi)容可歸納為以下幾個(gè)主要方面：1.系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)及穩(wěn)固性能分析 1 以風(fēng)

14、光儲(chǔ)互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)備投入本錢(qián)作為經(jīng)濟(jì)優(yōu)性目標(biāo),以供電系統(tǒng)的保 證率為約束條件,對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)、太陽(yáng)能光伏電池以及蓄電池配置容量進(jìn)展優(yōu)化；2 以安裝地的氣象數(shù)據(jù)為根底,通過(guò)建立系統(tǒng)的仿真模型對(duì)配置系統(tǒng)進(jìn)展仿真 運(yùn)算,爭(zhēng)辯配置下的系統(tǒng)運(yùn)行狀念；3 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)展分析,以氣象數(shù)據(jù)為依據(jù),對(duì)不同系統(tǒng)配置 下的度電本錢(qián)進(jìn)展分析；- word.zl. -4 爭(zhēng)辯系統(tǒng)優(yōu)化配置的運(yùn)算方法,接受先進(jìn)的智能算法參加到優(yōu)化設(shè)計(jì)中,尋 求更優(yōu)化配置；2. 最大功率跟蹤技術(shù) 最大功率跟蹤是為了保證了太陽(yáng)能光伏電池和風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率為最大輸出功率, 使系統(tǒng)最大程度的利用風(fēng)能和太陽(yáng)能,提高互補(bǔ)系統(tǒng)的發(fā)電率

15、, 同時(shí)仍具有增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)固性功能；MPPTMaximum Power Point Tracking 對(duì)太陽(yáng)能電池板與風(fēng)力發(fā)電機(jī)的MPPT 的跟蹤方法爭(zhēng)辯有以下幾種：1定電壓法： 把不同同照強(qiáng)度和溫度下的太陽(yáng)能電池功率最大輸出點(diǎn)的對(duì)應(yīng)的電 壓認(rèn)為是一條直線,電壓法方法是一種近似的最大功率跟蹤方法；2擾動(dòng)法和爬坡法以及電導(dǎo)增量方法：三種方法都需要對(duì)設(shè)定變化增量的大小,通過(guò)對(duì)本次狀態(tài)輸出和前一次或前兩次狀態(tài)的輸出進(jìn)展比照,從而 MPPT 跟蹤；兩種方法都存在一個(gè)一樣的缺點(diǎn)：選用步長(zhǎng)過(guò)小, 會(huì)導(dǎo)致太陽(yáng)能電池板長(zhǎng)時(shí)間的滯留在低功率輸出區(qū)； 選用步長(zhǎng)過(guò)大, 會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)振動(dòng)猛烈； 爬坡法與擾動(dòng)法在 環(huán)境變

16、化快速時(shí),會(huì)發(fā)生誤判；3智能把握算法：智能把握算法是隨著半導(dǎo)體功率器件、微處理器以及數(shù)字把握 器的開(kāi)展,近幾年顯現(xiàn)一些新的算法,例如：滯環(huán)比擬法、最優(yōu)梯度法、間歇掃 描法跟蹤、模糊規(guī)律法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)推測(cè)法等；智能把握通常把握算法復(fù)雜,要求 微機(jī)配置高,本錢(qián)費(fèi)用高,應(yīng)用于工程實(shí)踐的案例尚未見(jiàn)報(bào)道；3. 蓄電池充放電及能量治理蓄電池的充放電治理直接關(guān)系到蓄電池壽命,直接影響系統(tǒng)的愛(ài)惜本錢(qián), 也是整個(gè)風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)；因而針對(duì)大多系統(tǒng)中接受的免愛(ài)惜鉛酸蓄電池的治理成為爭(zhēng)辯的重點(diǎn)；其中充放電把握和容量推測(cè)是其核心；- word.zl. -4. 風(fēng)光儲(chǔ)互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)算機(jī)仿真國(guó)外相繼開(kāi)發(fā)出

17、一些模擬光伏發(fā)電、 風(fēng)力發(fā)電及其互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)性能的軟件包,可以通過(guò)模擬不同系統(tǒng)的配置得到不同系統(tǒng)配置下的性能指標(biāo)和供電本錢(qián),得到系統(tǒng)最正確的配置；其中科羅拉多州立高校Colorado State University和美國(guó)國(guó)家可再生能源試驗(yàn)室 National Renewable Energy Laboratory合作開(kāi)發(fā)的 hybrid2 應(yīng)用軟件 10；并網(wǎng)型風(fēng)光儲(chǔ)互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的爭(zhēng)辯現(xiàn)狀,要爭(zhēng)辯內(nèi)容如下 11：1 大規(guī)模電池儲(chǔ)能系統(tǒng)工程應(yīng)用及風(fēng)電、光伏發(fā)電容量配比技術(shù)爭(zhēng)辯 2 風(fēng)光儲(chǔ)互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)電站智能和諧監(jiān)控系統(tǒng)和調(diào)度運(yùn)行技術(shù)方案爭(zhēng)辯 3 風(fēng)光儲(chǔ)互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)防雷方案與接地優(yōu)化設(shè)計(jì) 4 風(fēng)

18、力發(fā)電電站、光伏電站功率推測(cè)預(yù)報(bào)技術(shù)爭(zhēng)辯 5 風(fēng)光儲(chǔ)輸電站功率聯(lián)合推測(cè)系統(tǒng)爭(zhēng)辯與開(kāi)發(fā) 6 風(fēng)光儲(chǔ)輸聯(lián)合系統(tǒng)的仿真及并網(wǎng)后對(duì)系統(tǒng)平平穩(wěn)固運(yùn)行的影晌爭(zhēng)辯3. 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的工作原理 獨(dú)立運(yùn)行風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)主要設(shè)備有風(fēng)力發(fā)電機(jī)組,太陽(yáng)能電池,蓄電池,逆變器,負(fù)載構(gòu)成,系統(tǒng)的特性將取決于風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的組成設(shè)備的特性,本節(jié)將初步對(duì)系統(tǒng)主要設(shè)備的根本原理與特性進(jìn)展介紹；3.1風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是風(fēng)光儲(chǔ)互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的核心設(shè)備之一,其作用是對(duì)風(fēng)能進(jìn)展 吸取和轉(zhuǎn)化, 最終輸出電能； 從風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的構(gòu)造上來(lái)看, 其主要由風(fēng)力機(jī) 風(fēng) 輪、發(fā)電機(jī)、塔架或塔筒組成；從能量轉(zhuǎn)換的角度考慮,風(fēng)力發(fā)電機(jī)由

19、風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)組成, 風(fēng)力機(jī)是利用其風(fēng)輪對(duì)風(fēng)能的捕捉吸取,完成風(fēng)能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)- word.zl. -化,發(fā)電機(jī)將風(fēng)輪捕捉轉(zhuǎn)化來(lái)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化電能；因此風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率輸出特性是由風(fēng)力機(jī)特性和發(fā)電機(jī)特性共同準(zhǔn)備；其中風(fēng)力機(jī)對(duì)風(fēng)能的捕捉或吸取利用的才能通常用風(fēng)輪風(fēng)能利用系數(shù) Cp 表示；風(fēng)輪風(fēng)能利用系數(shù)是反映風(fēng)力機(jī)對(duì)風(fēng)能捕捉的才能指標(biāo),其表示為風(fēng)輪捕捉的風(fēng)能轉(zhuǎn)化為的機(jī)械能與通過(guò)風(fēng)輪截面積風(fēng)能總量的比值,風(fēng)輪風(fēng)能利用系數(shù)求解模型通常接受不旋轉(zhuǎn)的動(dòng)量理論模,其型假設(shè)條件12：1 氣流是不行壓縮的均勻定常流； 2 風(fēng)輪簡(jiǎn)化成一個(gè)槳盤(pán)； 3 槳盤(pán)上沒(méi)有摩擦力； 4 風(fēng)輪番動(dòng)模型 簡(jiǎn)化成一個(gè)單元留管； 5

20、風(fēng)輪前后遠(yuǎn)方的氣流靜壓相等；6 軸向力沿槳盤(pán)均勻 分布；風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出特性是主要由兩局部準(zhǔn)備：一局部是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)輪：另一局部是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電機(jī)； 風(fēng)力機(jī)主要完成將風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,通過(guò)其風(fēng)輪對(duì)風(fēng)的動(dòng)能捕捉吸取,完成機(jī)械能的轉(zhuǎn)化, 機(jī)械能通過(guò)齒輪箱等增速傳動(dòng)系統(tǒng)傳遞給風(fēng)力發(fā)電機(jī)或直接傳遞給發(fā)電機(jī),由發(fā)電機(jī)將轉(zhuǎn)化后的機(jī)械能轉(zhuǎn) 換為電能；3.2太陽(yáng)能電池 太陽(yáng)能電池的分類(lèi)：?jiǎn)尉Ч杼?yáng)能電池、多晶硅電池、非晶硅太陽(yáng)能電池、多元化合物太陽(yáng)能電池； 其中多元化合物太陽(yáng)能電池具有世界的最高水平的光電 轉(zhuǎn)化效率；太陽(yáng)能電池是將輻射到其外表光能轉(zhuǎn)換為電能的設(shè)備,是太陽(yáng)能發(fā)電的核心 器件,其工作原理

21、是光生伏效應(yīng)； 太陽(yáng)輻射的能量照射到太陽(yáng)能電池板上外表時(shí),電池板的 PN 結(jié)產(chǎn)生電子 -空穴對(duì),在太陽(yáng)能電池的內(nèi)部電場(chǎng)力作用下,是光電 子和空穴別離, 造成太陽(yáng)能電池的兩端顯現(xiàn)攜帶不同電量積聚的中心,即電池板- word.zl. -的兩端引出電線并接如電阻,組成一個(gè)閉合電路,那么會(huì)有電流從電阻中流過(guò),從而獲得電功率的輸出；太陽(yáng)能電池發(fā)電功率輸出是基于光生伏的效應(yīng),能輻射強(qiáng)度和太陽(yáng)能電板組件溫度一樣的情形下,爭(zhēng)辯說(shuō)明發(fā)覺(jué)： 即使在太陽(yáng) 電池板功率輸出是一種非線性的輸出,電池板既不能等同于恒流源,也非恒壓源；在某一日照強(qiáng)度和溫度下,太陽(yáng)能電池輸出電流 -電壓-功率的特性曲線如圖 對(duì)太陽(yáng)能電池組件輸

22、出特性有影響；4 13；溫度和太陽(yáng)能輻射強(qiáng)度都圖 4 太陽(yáng)能電池的電流-電壓 -功率特性曲線3.3蓄電池組件 在獨(dú)立運(yùn)行的獨(dú)立運(yùn)行的風(fēng)電系統(tǒng)多接受蓄電池蓄能的方式 14,蓄電池蓄能 有適應(yīng)負(fù)荷動(dòng)態(tài)變化特性好、 充放電效率高等優(yōu)點(diǎn)； 蓄電池在系統(tǒng)中的作用是在 電量充裕時(shí), 將電量?jī)?chǔ)存起來(lái), 短缺時(shí)將電量釋放出來(lái), 改善系統(tǒng)的供電牢靠性 的同時(shí)也起著改善供電電能質(zhì)量?jī)蓚€(gè)方面起著重要的作用；目前市場(chǎng)上供應(yīng)的蓄電池主要有堿性鎳、蓄電池鉛酸蓄電池； 其中鉛酸蓄電池被譽(yù)為風(fēng)力發(fā)電專(zhuān)用電池,也是使用最為廣泛的一種蓄電池,具有容量較大、質(zhì)量穩(wěn)固、性能牢靠的優(yōu)點(diǎn)；本文將接受鉛酸蓄電池作為儲(chǔ)能設(shè)備；從目前蓄電池使

23、用情形來(lái)看,普遍存在蓄電池容量下降過(guò)快,使用壽命短,甚至短短1-2 年時(shí)間蓄電池的容量只有標(biāo)稱(chēng)容量的30-40,甚至只有10- word.zl. -20；而大局部蓄電池經(jīng)過(guò) 1-4 年的運(yùn)行,容量只有標(biāo)稱(chēng)的 50左右,遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能中意風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求使用壽命；影響蓄電池使用壽命的因素很復(fù)雜,造成蓄電池失效的模式有以下幾個(gè)方面：3.4逆變器正極板腐蝕、 嚴(yán)肅失水、熱失控、硫酸化；逆變器是風(fēng)光儲(chǔ)互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的電能變換設(shè)備,是將直流電變換為溝通電的設(shè)備；其工作原理是利用半導(dǎo)體功率開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)通與關(guān)斷,實(shí)現(xiàn)直流電變換為溝通電的一種電力電子設(shè)備；其優(yōu)點(diǎn)是變換效率高；缺點(diǎn)是變換輸出波形較差,含有諧波,需要

24、進(jìn)展溝通低通濾波器的濾波；逆變器技術(shù)的開(kāi)展可以分為三個(gè)階段：1956-1980年為傳統(tǒng)開(kāi)展階段, 該階段的逆變器, 以低速器為主, 逆變器的開(kāi)關(guān)頻率較低,輸出電壓波形改善以多重疊加法為主,體積重量大,逆變效率較低；1981-200年為高頻化新技術(shù)階段,該階段逆變器開(kāi)關(guān)器件以高速器件為主,逆變器的開(kāi)關(guān)頻率高,波形改善以 弦波逆變技術(shù)日益完善；PWM 為主,體積重量小,逆變效率高,以正2022-至今高效低污染階段, 該階段特點(diǎn)以逆變器的綜合性能為主,低速開(kāi)關(guān) 與高速開(kāi)關(guān)器件并用, 多重疊加方法與 PWM 法并用,不偏向追求高速開(kāi)關(guān)器件,高開(kāi)關(guān)頻率,高效環(huán)保的逆變器技術(shù)開(kāi)場(chǎng)顯現(xiàn)；4. 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電的

25、應(yīng)用前景 1缺電生活；中國(guó)現(xiàn)有 9 億人口生活在農(nóng)村,其中 5%左右目前仍未能用上 電；在中國(guó)無(wú)電鄉(xiāng)村往往位于風(fēng)能和太陽(yáng)能隱匿量豐富的地區(qū)；因此利用風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)解決用電問(wèn)題的潛力很大；接受已到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)化的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)有利于加速這些地區(qū)的經(jīng)濟(jì)開(kāi)展,提高其經(jīng)濟(jì)水平； 另外,利用風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)- word.zl. -儲(chǔ)量豐富的可再生能源, 可以為寬敞遙遠(yuǎn)地區(qū)的農(nóng)村人口供應(yīng)最適宜也最廉價(jià)的 電力效勞,促進(jìn)貧困地區(qū)的可連續(xù)開(kāi)展；我國(guó)已經(jīng)建成了千余個(gè)可再生能源的獨(dú)立運(yùn)行村落集中供電系統(tǒng),但是這些 系統(tǒng)都只供應(yīng)照明和生活用電, 不能或不運(yùn)行使用生產(chǎn)性負(fù)載, 這就使系統(tǒng)的經(jīng) 濟(jì)性變得特殊差； 可再生能

26、源獨(dú)立運(yùn)行村落集中供電系統(tǒng)的出路是經(jīng)濟(jì)上的可持 續(xù)運(yùn)行,涉及到系統(tǒng)的全部權(quán)、治理機(jī)制、電費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)、生產(chǎn)性負(fù)載的治理、電站 政府補(bǔ)貼資金來(lái)源、 數(shù)量和支配渠道等等； 但是這種可連續(xù)開(kāi)展模式, 對(duì)中國(guó)在 內(nèi)的全部開(kāi)展中國(guó)家都有深遠(yuǎn)意義；2室外應(yīng)用； 世界上室外照明工程的耗電量占全球發(fā)電量的 12%左右,在全 球日趨緊 X 的能源和環(huán)保背景下,它的節(jié)能工作日益引起全世界的關(guān)注；根本原理是： 太陽(yáng)能和風(fēng)能以互補(bǔ)形式通過(guò)把握器向蓄電池智能化充電,到晚間依據(jù)光線強(qiáng)弱程度自動(dòng)開(kāi)啟和關(guān)閉各類(lèi)led室外燈具；智能化把握器具有無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)通訊功能,可以和后臺(tái)運(yùn)算機(jī)實(shí)現(xiàn)三遙治理 遙測(cè)、遙訊、遙控 ；智能化把握器仍具有

27、強(qiáng)大的人工智能功能,對(duì)整個(gè)照明工程實(shí)施先進(jìn)的運(yùn)算機(jī)三遙治理,重點(diǎn)是照明燈具的運(yùn)行狀況巡檢及故障和防盜報(bào)警；3道路照明；車(chē)行道路照明工程快速道 / 主干道 / 次干道 / 支路 ；小區(qū) 廣義道路照明工程 小區(qū)路燈 / 庭院燈 / 草坪燈 / 地埋燈 / 壁燈等 ；目前已被開(kāi)發(fā)的新能源新光源室外照明工程有：風(fēng)光互補(bǔ) LED 智能化路燈、風(fēng)光互補(bǔ) LED 小區(qū)道路照明工程、 風(fēng)光互補(bǔ) LED 景觀照明工程、風(fēng)光互補(bǔ) LED 智能化隧道照明工程、智能化 LED 路燈等；4航標(biāo)應(yīng)用；我國(guó)局部地區(qū)的航標(biāo)已經(jīng)應(yīng)用了太陽(yáng)能發(fā)電,特殊是燈塔樁,但是也存在著一些問(wèn)題,最突出的就是在連續(xù)天氣不良狀況下太陽(yáng)能發(fā)電缺乏

28、,- word.zl. -易造成電池過(guò)放, 燈光熄滅, 影響了電池的使用性能或損毀；冬季和春季太陽(yáng)能發(fā)電缺乏的問(wèn)題尤為嚴(yán)肅；天氣不良情形下往往是相伴大風(fēng),也就是說(shuō), 太陽(yáng)能發(fā)電不理想的天氣狀況往往是風(fēng)能最豐富的時(shí)候, 針對(duì)這種情形, 可以用以風(fēng)力發(fā)電為主, 光伏發(fā)電為 輔的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)；風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)具有環(huán) 保、無(wú)污染、免愛(ài)惜、安裝使用便利等特點(diǎn),符合航標(biāo)能源應(yīng)用要求；在太陽(yáng)能配置中意春夏季能源供應(yīng)的情形下,不啟動(dòng)風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)； 在冬春季或連續(xù)天氣不良狀況、太陽(yáng)能發(fā)電不良情形下,啟動(dòng)風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)；由此可見(jiàn),風(fēng) 光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)在航標(biāo)上的應(yīng)用具備了季節(jié)性和氣候

29、性的特點(diǎn)；事實(shí)證明,其應(yīng) 用可行、成效明顯；5監(jiān)控電源；目前,高速大路道路攝像機(jī)通常是24 小時(shí)不連續(xù)運(yùn)行,接受傳統(tǒng)的市電電源系統(tǒng),雖然功率不大,但是由于數(shù)量多,也會(huì)消耗不少電能,采 用傳統(tǒng)電源系統(tǒng)不利于節(jié)能； 并且由于攝像機(jī)電源的線纜經(jīng)常被盜,缺失大, 造 成使用愛(ài)惜費(fèi)用大大增加,加大了高速大路經(jīng)營(yíng)單位的運(yùn)營(yíng)本錢(qián)；應(yīng)用風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)為道路監(jiān)控?cái)z像機(jī)供應(yīng)電源,不僅節(jié)能, 并且不需要鋪設(shè)線纜, 削減了被盜了可能, 有效防盜； 但是我國(guó)有的地區(qū)會(huì)顯現(xiàn)惡劣的天氣 情形,如連續(xù)灰霾天氣,日照少,風(fēng)力達(dá)不到起風(fēng)風(fēng)力,會(huì)顯現(xiàn)不能連續(xù)供電現(xiàn) 象,可以利用原有的市電線路,在太陽(yáng)能和風(fēng)能缺乏時(shí),自動(dòng)對(duì)蓄電池充

30、電,確 保系統(tǒng)可以正常工作；6通信應(yīng)用；目前國(guó)內(nèi)許多海島、山區(qū)等地遠(yuǎn)離電網(wǎng),但由于當(dāng)?shù)芈眯?、漁 業(yè)、航海等行業(yè)有通信需要, 需要建立通信基站； 這些基站用電負(fù)荷都不會(huì)很大,假設(shè)接受市電供電, 架桿鋪線代價(jià)很大, 假設(shè)接受柴油機(jī)供電, 存在柴油儲(chǔ)運(yùn)本- word.zl. -錢(qián)高,系統(tǒng)愛(ài)惜困難、牢靠性不高的問(wèn)題；要解決長(zhǎng)期穩(wěn)固牢靠地供電問(wèn)題,只能依靠當(dāng)?shù)氐淖匀毁Y源； 而太陽(yáng)能和風(fēng)能作為取之不盡的可再生資源,在海島相當(dāng)豐富, 此外,太陽(yáng)能和風(fēng)能在時(shí)間上和地域上都有很強(qiáng)的互補(bǔ)性, 海島風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)是牢靠性、經(jīng)濟(jì)性較好的獨(dú)立電源系統(tǒng), 適合用于通信基站供電； 由于基站有基站愛(ài)惜人員, 系統(tǒng)可配置柴油發(fā)電機(jī), 以備太陽(yáng)能與風(fēng)能發(fā)電缺乏時(shí)使用；這樣可以削減系統(tǒng)中太陽(yáng)電池方陣與風(fēng)機(jī)的容量,從而降低系統(tǒng)本錢(qián),同時(shí)增加系統(tǒng)的牢靠性；7電站應(yīng)用； 風(fēng)光互補(bǔ)抽水蓄能電站是利用風(fēng)能和太陽(yáng)能發(fā)電,不經(jīng)蓄電池而直接帶動(dòng)抽水機(jī)實(shí)行補(bǔ)丁時(shí)抽水蓄能,然后利用儲(chǔ)存的水能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)固的發(fā)電供電；這種能源開(kāi)發(fā)方式將傳統(tǒng)的水能、風(fēng)能、太陽(yáng)能等新能源開(kāi)發(fā)相結(jié)合,利用三種能源在時(shí)空分布上的差異實(shí)