風光互補發(fā)電系統

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-CAL-本頁僅作為文檔封面，使用請直接刪除-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-CompanyOne1

-CAL-本頁僅作為文檔封面，使用請直接刪除風光互補發(fā)電系統(總16頁)風光互補發(fā)電系統能源是國民經濟發(fā)展和人民生活必須的重要物質基礎。在過去的200數年里，建立在煤炭、石油、天然氣等化石燃料基礎上的能源體系極大的推動了人類社會的發(fā)展。但是人類在使用化石燃料的同時，也帶來了嚴重的環(huán)境污染和生態(tài)系統破壞。近年來，世界各國逐步認識到能源對人類的重要性，更認識到常規(guī)能源運用過程中對環(huán)境和生態(tài)系統的破壞。各國紛紛開始根據國情，治理和緩和已經惡化的環(huán)境，并把可再生、無污染的新能源的開發(fā)運用作為可持續(xù)發(fā)展的重要內容。風光互補發(fā)電系統是運用風能和太陽能資源的互補性，含有較高性價比的一種新型能源發(fā)電系統，含有較好的應用前景。中文名稱風光互補發(fā)電系統外文名稱Scenerycomplementarypowergenerationsystem拼音fengguanhubufadianxitong目錄1介紹2發(fā)展過程3構造4應用前景5解決方案5.1應用場景5.2對策5.3方案特點6總結7發(fā)電分析8互補控制介紹風光互補，是一套發(fā)電應用系統，該系統是運用太陽能電池方陣、風力發(fā)電機(將交流電轉化為直流電)將發(fā)出的電能存儲到蓄電池組中，當顧客需要用電時，逆變器將蓄電池組中儲存的直流電轉變?yōu)榻涣麟?，通過輸電線路送到顧客負載處。是風力發(fā)電機和太陽電池方陣兩種發(fā)電設備共同發(fā)電。發(fā)展過程最初的風光互補發(fā)電系統，就是將風力機和光伏組件進行簡樸的組合，由于缺少具體的數學計算模型，同時系統只用于確保率低的顧客，造成使用壽命不長。近幾年隨著風光互補發(fā)電系統應用范疇的不停擴大，確保率和經濟性規(guī)定的提高，國外相繼開發(fā)出某些模擬風力、光伏及其互補發(fā)電系統性能的大型工具軟件包。通過模擬不同系統配備的性能和供電成本能夠得出最佳的系統配備。其中coloradostateuniversity和nationalrenewableenergylaboratory合作開發(fā)了hybrid2應用軟件。hybrid2本身是一種很杰出的軟件，它對一種風光互補系統進行非常精確的模擬運行，根據輸入的互補發(fā)電系統構造、負載特性以及安裝地點的風速、太陽輻射數據獲得一年8760小時的模擬運行成果。但是hybrid2只是一種功效強大的仿真軟件，本身不含有優(yōu)化設計的功效，并且價格昂貴，需要的專業(yè)性較強。在國外對于風光互補發(fā)電系統的設計重要有兩種辦法進行功率的擬定:一是功率匹配的辦法，即在不同輻射和風速下對應的光伏陣列的功率和風機的功率和不不大于負載功率，重要用于系統的優(yōu)化控制;另一是能量匹配的辦法，即在不同輻射和風速下對應的光伏陣列的發(fā)電量和風機的發(fā)電量的和不不大于等于負載的耗電量，重要用于系統功率設計?，F在，國內進行風光互補發(fā)電系統研究的大學，重要有中科院電工研究所、內蒙古大學、內蒙古農業(yè)大學、合肥工業(yè)大學等。各科研單位重要在下列幾個方面進行研究:風光互補發(fā)電系統的優(yōu)化匹配計算、系統控制等。現在中科院電工研究所的生物遺傳算法的優(yōu)化匹配和內蒙古大學新能源研究中推出來的小型戶用風光互補發(fā)電系統匹配的計算即輔助設計，在匹配計算方面有著領先的地位，而合肥工業(yè)大學智能控制在互補發(fā)電系統的應用也處在前沿水平。據國內有關資料報道，現在運行的風光互補發(fā)電系統有:西藏納曲鄉(xiāng)離格村風光互補發(fā)電站、用于氣象站的風能太陽能混合發(fā)電站、太陽能風能無線電話離轉臺電源系統、內蒙微型風光互補發(fā)電系統等。構造風光互補發(fā)電系統重要由風力發(fā)電機組、太陽能光伏電池組、控制器、蓄電池、逆變器、交流直流負載等部分構成，系統構造圖見附圖。該系統是集風能、太陽能及蓄電池等多個能源發(fā)電技術及系統智能控制技術為一體的復合可再生能源發(fā)電系統。(1)風力發(fā)電部分是運用風力機將風能轉換為機械能，通過風力發(fā)電機將機械能轉換為電能，再通過控制器對蓄電池充電，通過逆變器對負載供電;(2)光伏發(fā)電部分運用太陽能電池板的光伏效應將光能轉換為電能，然后對蓄電池充電，通過逆變器將直流電轉換為交流電對負載進行供電;(3)逆變系統由幾臺逆變器構成，把蓄電池中的直流電變成原則的220v交流電，確保交流電負載設備的正常使用。同時還含有自動穩(wěn)壓功效，可改善風光互補發(fā)電系統的供電質量;(4)控制部分根據日照強度、風力大小及負載的變化，不停對蓄電池組的工作狀態(tài)進行切換和調節(jié):首先把調節(jié)后的電能直接送往直流或交流負載。另首先把多出的電能送往蓄電池組存儲。發(fā)電量不能滿足負載需要時，控制器把蓄電池的電能送往負載，確保了整個系統工作的持續(xù)性和穩(wěn)定性;(5)蓄電池部分由多塊蓄電池構成，在系統中同時起到能量調節(jié)和平衡負載兩大作用。它將風力發(fā)電系統和光伏發(fā)電系統輸出的電能轉化為化學能儲存起來，以備供電局限性時使用。風光互補發(fā)電系統根據風力和太陽輻射變化狀況，能夠在下列三種模式下運行:風力發(fā)電機組單獨向負載供電;光伏發(fā)電系統單獨向負載供電;風力發(fā)電機組和光伏發(fā)電系統聯合向負載供電。風光互補發(fā)電比單獨風力發(fā)電或光伏發(fā)電有下列優(yōu)點:●運用風能、太陽能的互補性，能夠獲得比較穩(wěn)定的輸出，系統有較高的穩(wěn)定性和可靠性;●在確保同樣供電的狀況下，可大大減少儲能蓄電池的容量;●通過合理地設計與匹配，能夠基本上由風光互補發(fā)電系統供電，極少或基本不用啟動備用電源如柴油機發(fā)電機組等，可獲得較好的社會效益和經濟效益。應用前景缺電生活中國現有9億人口生活在農村，其中5%左右現在尚未能用上電。在中國無電鄉(xiāng)村往往位于風能和太陽能蘊藏量豐富的地區(qū)。因此運用風光互補發(fā)電系統解決用電問題的潛力很大。采用已達成原則化的風光互補發(fā)電系統有助于加速這些地區(qū)的經濟發(fā)展，提高其經濟水平。另外，運用風光互補系統開發(fā)儲量豐富的可再生能源，可覺得廣大邊遠地區(qū)的農村人口提供最適宜也最便宜的電力服務，增進貧困地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。我國已經建成了千余個可再生能源的獨立運行村落集中供電系統，但是這些系統都只提供照明和生活用電，不能或不運行使用生產性負載，這就使系統的經濟性變得非常差。可再生能源獨立運行村落集中供電系統的出路是經濟上的可持續(xù)運行，涉及到系統的全部權、管理機制、電費原則、生產性負載的管理、電站政府補貼資金來源、數量和分派渠道等等。但是這種可持續(xù)發(fā)展模式，對中國在內的全部發(fā)展中國家都有深遠意義。室外應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，在全球日趨緊張的能源和環(huán)保背景下，它的節(jié)能工作日益引發(fā)全世界的關注。基本原理是:太陽能和風能以互補形式通過控制器向蓄電池智能化充電，到晚間根據光線強弱程度自動啟動和關閉各類led室外燈具。智能化控制器含有無線傳感網絡通訊功效，能夠和后臺計算機實現三遙管理(遙測、遙訊、遙控)。智能化控制器還含有強大的人工智能功效，對整個照明工程實施先進的計算機三遙管理，重點是照明燈具的運行狀況巡檢及故障和防盜報警。道路照明●車行道路照明工程(快速道/主干道/次干道/支路);●社區(qū)(廣義)道路照明工程(社區(qū)路燈/庭院燈/草坪燈/地埋燈/壁燈等)?，F在已被開發(fā)的新能源新光源室外照明工程有:風光互補led智能化路燈、風光互補led社區(qū)道路照明工程、風光互補led景觀照明工程、風光互補led智能化隧道照明工程、智能化led路燈等。航標應用我國部分地區(qū)的航標已經應用了太陽能發(fā)電，特別是燈塔樁，但是也存在著某些問題，最突出的就是在持續(xù)天氣不良狀況下太陽能發(fā)電局限性，易造成電池過放，燈光熄滅，影響了電池的使用性能或損毀。冬季和春季太陽能發(fā)電局限性的問題尤為嚴重。天氣不良狀況下往往是隨著大風，也就是說，太陽能發(fā)電不抱負的天氣狀況往往是風能最豐富的時候，針對這種狀況，能夠用以風力發(fā)電為主，光伏發(fā)電為輔的風光互補發(fā)電系統替代傳統的太陽能發(fā)電系統。風光互補發(fā)電系統含有環(huán)保、無污染、免維護、安裝使用方便等特點，符合航標能源應用規(guī)定。在太陽能配備滿足春夏季能源供應的狀況下，不啟動風光互補發(fā)電系統;在冬春季或持續(xù)天氣不良狀況、太陽能發(fā)電不良狀況下，啟動風光互補發(fā)電系統。由此可見，風光互補發(fā)電系統在航標上的應用品有了季節(jié)性和氣候性的特點。事實證明，其應用可行、效果明顯。監(jiān)控電源現在，高速公路道路攝像機普通是24小時不間斷運行，采用傳統的市電電源系統，即使功率不大，但是由于數量多，也會消耗不少電能，采用傳統電源系統不利于節(jié)能;并且由于攝像機電源的線纜經常被盜，損失大，造成使用維護費用大大增加，加大了高速公路經營單位的運行成本。應用風光互補發(fā)電系統為道路監(jiān)控攝像機提供電源，不僅節(jié)能，并且不需要鋪設線纜，減少了被盜了可能，有效防盜。但是我國有的地區(qū)會出現惡劣的天氣狀況，如持續(xù)灰霾天氣，日照少，風力達不到起風風力，會出現不能持續(xù)供電現象，能夠運用原有的市電線路，在太陽能和風能局限性時，自動對蓄電池充電，確保系統能夠正常工作。通信應用現在，國內許多海島、山區(qū)等地遠離電網，但由于本地旅游、漁業(yè)、航海等行業(yè)有通信需要，需要建立通信基站。這些基站用電負荷都不會很大，若采用市電供電，架桿鋪線代價很大，若采用柴油機供電，存在柴油儲運成本高，系統維護困難、可靠性不高的問題。要解決長久穩(wěn)定可靠地供電問題，只能依賴本地的自然資源。而太陽能和風能作為取之不盡的可再生資源，在海島相稱豐富，另外，太陽能和風能在時間上和地區(qū)上都有很強的互補性，海島風光互補發(fā)電系統是可靠性、經濟性較好的獨立電源系統，合用于通信基站供電。由于基站有基站維護人員，系統可配備柴油發(fā)電機，以備太陽能與風能發(fā)電局限性時使用。這樣能夠減少系統中太陽電池方陣與風機的容量，從而減少系統成本，同時增加系統的可靠性。電站應用風光互補抽水蓄能電站是運用風能和太陽能發(fā)電，不經蓄電池而直接帶動抽水機實施不定時抽水蓄能，然后運用儲存的水能實現穩(wěn)定的發(fā)電供電。這種能源開發(fā)方式將傳統的水能、風能、太陽能等新能源開發(fā)相結合，運用三種能源在時空分布上的差別實現期間的互補開發(fā)，合用于電網難以覆蓋的偏遠地區(qū)，并有助于能源開發(fā)中的生態(tài)環(huán)保。開發(fā)條件:●三種能源在能量轉換過程中應保持能量守恒;●抽水系統所構成的自循環(huán)系統的水量保持平衡。即使與水電站相比成本電價略高，但是能夠解決有些地區(qū)小水電站冬季不能發(fā)電的問題，因此采用風光互補抽水蓄能電站的多能互補開發(fā)方式含有獨特的技術經濟優(yōu)勢，可作為某些滿足條件地區(qū)的能源運用方案。向全社會生動展示了風能、太陽能新能源的應用意義，推動我國節(jié)能環(huán)保事業(yè)的發(fā)展，增進資源節(jié)省型和環(huán)境和諧型社會的建設，含有巨大的經濟、社會和環(huán)保效益。解決方案應用場景風光互補發(fā)電系統是針對通信基站、微波站、邊防哨所、邊遠牧區(qū)、無電戶地區(qū)及海島，在遠離大電網，處在無電狀態(tài)、人煙稀少，用電負荷低且交通不便的狀況下，運用本地區(qū)充裕的風能、太陽能建設的一種經濟實用性發(fā)電站。對策風光互補發(fā)電系統解決方案重要應用于道路照明、農業(yè)、牧業(yè)、種植、養(yǎng)殖業(yè)、旅游業(yè)、廣告業(yè)、服務業(yè)、港口、山區(qū)、林區(qū)、鐵路、石油、部隊邊防哨所、通訊中繼站、公路和鐵路信號站、地質勘探和野外考察工作站及其它用電不便地區(qū)的供電。風光互補發(fā)電系統重要由風力發(fā)電機、太陽能電池方陣、智能控制器、蓄電池組、多功效逆變器、電纜及支撐和輔助件等構成一種發(fā)電系統。夜間和陰雨天無陽光時由風能發(fā)電，晴天由太陽能發(fā)電，在現有風又有太陽的狀況下兩者同時發(fā)揮作用，實現了全天候的發(fā)電功效，比單用風機和太陽能更經濟、科學、實用。風光互補發(fā)電系統圖:方案特點完全運用風能和太陽能來互補發(fā)電，無需外界供電;免去建變電站、架設高低壓線路和高低壓配電系統等工程;含有晝夜互補、季節(jié)性互補特點，系統穩(wěn)定可靠、性價比高;電力設施維護工作量及對應的費用開銷大幅度下降;獨立供電，在碰到自然災害時不會影響到全部顧客的用電;低壓供電，運行安全、維護簡樸。總結風能和太陽能都是清潔能源，隨著光伏發(fā)電技術、風力發(fā)電技術的日趨成熟及實用化進程中產品的不停完善，為風光互補發(fā)電系統的推廣應用奠定了基礎。風光互補發(fā)電系統推動了我國節(jié)能環(huán)保事業(yè)的發(fā)展，增進資源節(jié)省型和環(huán)境和諧型社會的建設?？傊嘈烹S著設備材料成本的減少、科技的發(fā)展、政府扶持政策的推出，該清潔、綠色、環(huán)保的新能源發(fā)電系統將會得到更加廣泛的應用。發(fā)電分析風力發(fā)電機風力發(fā)電機是將風力機的機械能轉化為電能的設備。風力發(fā)電機分為直流發(fā)電機和交流發(fā)電機。1)直流發(fā)電機。電勵磁直流發(fā)電機。該類發(fā)電機分自勵、它勵和復勵三種形式，小型直流發(fā)電系統普通和蓄電池匹配使用，裝置容量普通為1000w下列。永磁直流發(fā)電機。這種發(fā)電機與電勵磁式直流發(fā)電機相比構造簡樸，其輸出電壓隨風速變化，需在發(fā)電機和負載間增加蓄電池和控制系統，通過調節(jié)控制系統占空比來調節(jié)輸出電壓。由于直流發(fā)電機構造復雜、價格昂貴，并且直流發(fā)電機帶有換向器和整流子，一旦出現故障，維護十分麻煩，因此在實際應用中這類風力發(fā)電機較少采用。2)交流發(fā)電機。交流發(fā)電機分:同時發(fā)電機和異步發(fā)電機。同時發(fā)電機在同時轉速時工作，同時轉速是由同時發(fā)電機的極數和頻率共同決定，而異步發(fā)電機則是以略高于同時發(fā)電機的轉速工作。重要有無刷爪極自勵發(fā)電機、整流自勵交流發(fā)電機、感應發(fā)電機和永磁發(fā)電機等?，F在在小型風力發(fā)電系統中重要使用三相永磁同時發(fā)電機。三相永磁同時發(fā)電機普通體積較小、效率較高、并且價格便宜。永磁同時發(fā)電機的定子構造與普通同時電機相似，轉子采用永磁構造，由于沒有勵磁繞組，不消耗勵磁功率，因而有較高的效率。另外，由于永磁同時發(fā)電機省去了換向裝置和電刷，可靠性高，定子鐵耗和機械損耗相對較小，使用壽命長。太陽能光伏電池原理光伏電池是直接將太陽能轉換為電能的器件，其工作原理是:當太陽光輻射到光伏電池的表面時，光子會沖擊光伏電池內部的價電子，當價電子獲得不不大于禁帶寬度eg的能量，價電子就會沖出共價鍵的約束從價帶激發(fā)到導帶，產生大量非平衡狀態(tài)的電子-空穴對。被激發(fā)的電子和空穴經自由碰撞后，在光伏電池半導體中復合達成平衡。蓄電池蓄電池作為風光互補發(fā)電系統的儲能設備，在整個發(fā)電系統中起著非常重要的作用。首先，由于自然風和光照是不穩(wěn)定的，在風力、光照過剩的狀況下，存儲負載供電多出的電能，在風力、光照欠佳時，儲能設備蓄電池能夠作為負載的供電電源;另首先，蓄電池含有濾波作用，能使發(fā)電系統更加平穩(wěn)的輸出電能給負載;另外，風力發(fā)電和光伏發(fā)電很容易受到氣候、環(huán)境的影響，發(fā)出的電量在不同時刻是不同的，也有很大差別。作為它們之間的"中樞"，蓄電池能夠將它們較好的連接起來，能夠將太陽能和風能綜合起來，實現兩者之間的互補作用。慣用蓄電池重要有鉛酸蓄電池、堿性鎳蓄電池和鎘鎳蓄電池。隨著電儲能技術的不停發(fā)展，產生了越來越多新的儲能方式，如超導儲能、超級電容儲能、燃料電池等。由于造價便宜、使用簡樸、維修方便、原材料豐富，并且在技術上不停獲得進步和完善，因此在小型風力發(fā)電及光伏發(fā)電中鉛酸蓄電池已得到廣泛的應用。本文設計的智能型風光互補發(fā)電系統采用鉛酸蓄電池作為儲能設備。風光互補發(fā)電系統風力資源還是太陽能資源都是不擬定的，由于資源的不擬定性，風力發(fā)電和太陽發(fā)電系統發(fā)出的電含有不平衡性，不能直接用來給負載供電。為了給負載提供穩(wěn)定的電源，必須借助蓄電池這個"中樞"才干給負載提供穩(wěn)定的電源，由蓄電池、太陽能電池板、風力發(fā)電機以及控制器等構成的智能型風光互補發(fā)電系統能將風能和太陽能在時間上和地區(qū)上的互補性較好的銜接起來?；パa控制風光互補控制器由主電路板和控制電路板兩部分構成。主電路板重要涉及不控整流器