浅析我国风光互补发电系统

摘　要：风能和太阳能在资源条件和技术应用上都具有较好的互补特性，风光互补发电技术的应用弥补了独立风电和光电系统的不足，能够向电网提供更加稳定的电能，大大提高了经济效益。本文介绍了风光互补发电系统的资源利用情况、系统的组成，分析了风光互补发电系统的运行情况及智能电网的建设，并指出风光互补发电系统具有良好的应用前景。

关键词：风能；太阳能；风光互补发电；智能电网
     随着常规能源价格的不断上涨，新的更清洁的替代能源逐渐兴起，并更具有经济竞争力。目前在众多可再生能源与新能源技术开发中，风能和太阳能最具开发价值。它们是最普遍的自然资源，也是取之不尽的可再生能源。近年来，风能和太阳能技术在我国已得到初步应用，这两种发电方式各有其优势，但是都对天气气候十分敏感，仅靠自身很难得到持续稳定的电能，在应用过程中可以考虑二者相结合，采用风光互补发电技术，保证基本稳定的供电需求。
     1风光互补发电系统的资源利用
     我国幅员辽阔，海岸线长，具有丰富的风能和太阳能资源。据世界气象组织和中国气象局气象研究院统计，我国可开发利用的风能储量约为10亿kW，其中，陆上风能储量约为2.53亿kW（陆上离地10m高度资料计算），海上可开发和利用的风能储量约为7.5亿kW。我国陆地表面每年接受的太阳辐射能约为50×1018kJ， 全国各地太阳年辐射总量达335～837kJ／cm2? a，中值为586kJ／cm2? a[1]。我国太阳能年辐射总量的分布呈西高东低的趋势。
     太阳辐射和风速要转换成自然能源都会受到季节、地理和天气气候等多种因素的制约。我国属季风气候，一般是冬半年干燥、风大、太阳辐射强度小；夏半年湿润、风小、太阳辐射强度大。我国学者朱瑞兆通过对风能、太阳能特点的研究和科学分析，结合考虑我国大气环流，天气气候、地形和水体的特征，进行太阳能-风能综合区划，将全国划分为13个大区，31个类型区。
     在我国沿海地区，风能、太阳能资源都十分丰富，为风光互补发电系统的发展提供了有利条件。辽东半岛沿海、渤海沿岸、山东半岛沿海、黄河沿岸风能、太阳能在季节变化上呈现互补性，而在东南沿海地区风能、太阳能在季节变化上呈现出了同步性。
     因此，在风光互补发电场选址过程中应做好风能、太阳能资源的勘测统计工作，掌握当地风能、太阳能资源和其他天气及地理环境数据，选取风能、太阳能资源丰富的地域开发建设，以保证风能、太阳能资源的合理利用。
     2风光互补发电系统组成
     风光互补发电系统是由风电系统与光电系统共同组成的供电系统，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，系统结构图见下图。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系统。
      风力发电部分：当风力达到一定风速时，利用风力机将风能转化为机械能，然后通过风力发电机将机械能转换为交流形式的电能，由于产生的交流电压不稳定，需要通过整流器整流，给蓄电池充电，经过逆变器对负载供电。风力机一般分为水平轴和垂直轴两种，目前水平轴风力机应用比较普遍。
     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直流形式的电能，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。
     蓄电池部分：由多块蓄电池组成，起着储存和调节电能的作用，当风力很大或日照充足导致产生的电能过剩时，蓄电池将多余的电能储存起来；当系统发电量不足或负荷用电量增加时，则由蓄电池向负荷补充电能，并保持供电电压的稳定。在常用的蓄电池中，主要有铅酸蓄电池、碱性镍蓄电池和铁镍蓄电池。其中铅酸蓄电池价格低廉、性能可靠、安全性高，且技术上又不断进步和完善，得到了广泛的应用[3]。
     控制系统：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；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，使其在充电、放电或浮充电等多种工况下交替运行，从而保证风光互补发电系统工作的连续性和稳定性[3]。
     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。
     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。
     风光互补发电系统可以利用风能、太阳能的互补特性，获得比较稳定的总输出，提高发电系统的稳定性和可靠性。在保证同样供电的情况下，可大大减少储能蓄电池的容量，并提高蓄电池的使用寿命。因此，通过合理的设计与匹配，可以基本上实现风光互补发电系统供电，节约投资[4]。
     结语
     风光互补发电系统具有良好的应用前景，它弥补了独立风电和光电系统的不足，能够向电网提供更加稳定的电能，大大提高了经济效益。风光互补发电系统推动了我国节能环保事业的发展，同时有助于资源节约型和环境友好型社会的建设。为了促进风光互补发电系统的进一步发展，使其成为一种更具竞争力的清洁电源，应进一步拓展风光互补发电系统的应用领域，积累风光互补发电的使用数据，在应用中逐步形成较完善的可再生能源技术支撑体系，为可再生能源的大规模开发和利用奠定基础。
     参考文献：
     [1] 北京世经未来投资咨询有限公司.2010年太阳能发电行业风险分析报告[M]. 北京：国家发展改革委中国经济导报社，2010.
     [2] 朱瑞兆，祝昌汉，薛木行.中国太阳能风能资源及其利用[M]. 北京：气象出版社， 1988.
     [3] 杜荣华，张婧，王丽宏，等.风光互补发电系统简介[J].节能，2007，（3）：36-38.
     [4] 孙楠，邢德山，杜海玲.风光互补发电系统的发展与应用[J].山西电力，2010，（4）：54-56.
     [5] 张理，王春升.风能发电及风光互补发电系统在边际油田开发中的应用研究[J].中国造船，2008，49（2）：185-190.
     [6] 赵春江.太阳能光伏发电系统技术的发展[J].自然杂志，2010，32（3）：143-148.
     [7] 孙良伟.单相光伏并网发电系统中DC/DC变换器的设计与优化[D].杭州：浙江大学，2007. 本文链接：http://www.qk112.com/lwfw/jingjilunwen/gongyejingji/247482.html