风光互补发电系统(风光互补发电系统的应用前景)

一. 风光互补发电系统的应用前景

风光互补，是一套发电应用系统，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，系统结构图见附图。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。

(1)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；

(2)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；

(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；

(4)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。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；

(5)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：

①风力发电机组单独向负载供电；

②光伏发电系统单独向负载供电；

③风力发电机组和光伏发电系统联合向负载供电。

风光互补发电比单独风力发电或光伏发电有以下优点：

● 利用风能、太阳能的互补性，可以获得比较稳定的输出，系统有较高的稳定性和可靠性；

● 在保证同样供电的情况下，可大大减少储能蓄电池的容量[5]；

● 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。

二. 风光互补发电系统的应用前景

1. 无电农村的生活、生产用电

中国现有8亿人口生活在农村，其中5%左右目前还未能用上电。在中国，无电乡村往往位于风能和太阳能蕴藏量丰富的地区，因此利用风光互补发电系统解决用电问题的潜力很大。采用已达到标准化的风光互补发电系统，有利于加速这些地区的经济发展，提高其经济水平。另外，利用风光互补系统开发储量丰富的可再生能源，可以为广大边远地区的农村人口提供最适宜也最便宜的电力服务，促进边远地区的可持续发展。

我国已经建成的利用可再生能源独立运行的集中供电系统，只提供照明和生活用电，不能或不运行生产性负载，使得系统运行的经济性差。要使可再生能源独立运行的集中供电系统在经济上可持续运行，涉及系统的所有权、管理机制、电费标准、生产性负载的管理及政府补贴资金的来源、数量和分配渠道等。但是这种可持续发展模式，对中国在内的所有发展中国家具有深远意义。

2. LED室外照明中的应用

世界上室外照明工程的耗电量占全球发电量的12%左右，在全球日趋紧张的能源和环保背景下，风光互补LED照明技术的节能工作日益引起全世界的关注。风光互补LED照明系统的基本原理是：太阳能和风能以互补形式通过控制器向蓄电池智能化充电，到晚间根据光线强弱程度自动开启和关闭各类LED室外照明灯具。

智能化控制器具有无线网络通信功能，可以和后台计算机实现三遥管理(遥测、遥信、遥控)。智能化控制器还具有强大的人工智能功能，可对整个照明工程实施先进的计算机三遥管理(照明灯具的运行状况巡检及故障和防盗报警)。LED室外照明工程主要包括：

(1)车行道路照明工程(快速道、主干道、次干道、支路)。

(2)城镇小区照明工程(小区路灯、庭院灯、草坪灯、地埋灯、壁灯等)。

目前已被开发的新能源新光源室外照明工程有：风光互补LED智能化路灯、风光互补LED小区道路照明工程、风光互补LED景观照明工程、风光互补LED智能化隧道照明工程。

3. 航标上的应用

我国部分地区的航标已经应用了太阳能光伏发电系统，特别是灯塔，但是也存在一些问题，最突出的就是在连续天气不良状况下太阳能发电不足，易造成蓄电池过放，灯光熄灭，影响蓄电池的使用性能。

天气不良情况下往往伴随大风，也就是说，太阳能发电不理想的天气状况往往是风能最丰富的时候，针对这种情况，可以采用以风力发电为主、光伏发电为辅的风光互补发电系统来代替传统的太阳能发电系统。风光互补发电系统具有环保、无污染、免维护、安装使用方便等特点，符合航标能源应用要求。在太阳能配置满足春夏季能源供应的情况下，不启动风光互补发电系统;在冬春季或连续阴雨天气、太阳能发电不良情况下，启动风光互补发电系统。

4. 高速公路监控设备电源

目前，高速公路道路摄像机通常是24h不间断运行，采用传统的市电电源系统，虽然功率不大，但是因为数量多，也会消耗不少电能，采用传统电源系统不利于节能;并且由于摄像机电源的线缆经常被盗，损失大，造成使用维护费用大大增加，加大了高速公路经营单位的运营成本。

由于高速公路监控系统点多线长，采用传统的公用电网供电，不仅施工困难，而且配套成本高昂。目前，太阳能光伏发电成本较高，风能的成本相对较低，二者之间的互补对于像高速公路监控系统这种点多线长的用电场合和离电网较远的缺电场所，具有它独特的优势。

应用风光互补发电系统为道路监控摄像机提供电源，不仅节能，并且不需要铺设线缆，减少了被盗可能。但是我国有的地区会出现恶劣的天气情况，如连续阴雨天气，日照少，风力达不到风力发电机启动风力，会出现不能连续供电现象，这时可以利用原有的市电线路，在太阳能和风能不足时自动对蓄电池充电，确保系统正常工作。因每一个监控点为一个独立的供电系统，即使某一个监控点发生供电故障，也不会影响系统中其他监控点的正常工作。

5. 通信基站中的应用

目前国内许多海岛、山区等地远离电网，但由于当地旅游、渔业、航海等行业有通信需求，需要建立通信基站。这些基站用电负荷都不大，若采用市电供电，架杆铺线代价很大;若采用柴油机供电，存在柴油储运成本高，系统维护困难、可靠性不高的问题。

要解决长期稳定可靠地供电问题，只能依赖当地的自然资源。而太阳能和风能作为取之不尽的可再生资源，在海岛相当丰富，此外，太阳能和风能在时间上和地域上都有很强的互补性，风光互补发电系统是可靠性、经济性较好的独立电源系统，适用于通信基站供电。由于基站有基站维护人员，系统可配置柴油发电机，以备太阳能与风能发电不足时使用。这样可以减少系统中太阳能电池方阵与风力发电机的容量，从而降低系统成本，同时增加系统的可靠性。

6. 抽水蓄能电站中的应用

风光互补抽水蓄能电站是利用风能和太阳能发电，不经蓄电池而直接带动抽水机实现抽水蓄能，然后利用储存的水能实现稳定发电。这种能源开发方式将传统的水能与风能、太阳能相结合，利用三种能源在时空分布上的差异实现互补开发，适用于电网难以覆盖的边远地区，并有利于能源开发中的生态环境保护。风光互补抽水蓄能电站的开发至少满足以下两个条件：

(1)三种能源在能量转换过程中应保持能量守恒。

(2)抽水系统所构成的自循环系统的水量保持平衡。

虽然与水电站相比成本电价略高，但是可以解决有些地区小水电站冬季不能发电的问题，所以采用风光互补抽水蓄能电站的多能互补开发方式具有独特的技术经济优势，可作为某些满足条件地区的能源利用方案。