风光互补发电浅析

摘要：本文通过对风光互补发电系统结构、分类及优势的简要介绍，展望其在不同领域的应用前景，分析并网型风光互补发电工程的发展意义。

关键词：风光互补、离网型、并网型、“十二五”

中图分类号：C35文献标识码： A

一、风光互补发电系统概述

1、风光互补发电系统构成

风光互补发电系统由风力发电系统与太阳能发电系统共同组成，主要包括风力发电机组、太阳能光伏电池组、蓄电池、逆变器、控制器、交直流负载等部分。该系统集风能、太阳能及蓄电池等多种能源技术为一体，利用智能控制技术将可再生能源发电优化整合。下面简要介绍各部分原理及构成：

风力发电部分，其原理是利用风机将风能转化为机械能，然后通过发电机将机械能转换为电能；此时产生的交流电压不稳定，因而需通过整流器整流，给蓄电池充电，最终经过逆变器为负载提供稳定的电能。风机通常分为水平轴和垂直轴两种，而应用较为普遍的是水平轴风机。

光伏发电部分，其原理是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，再通过逆变器换为交流形式的电能对负载供电。太阳能电池板主要有薄膜、晶硅、高低倍聚光等型式，以晶硅型电池组件的应用最为广泛。

蓄电池部分由多块蓄电池组成，其作用是储存和调节电能。当风力很大或日照充足而产生的电能过剩时，蓄电池储存多余的电能；当系统发电量不足或负荷用电量增加时，蓄电池向负荷补充电能，以保持稳定的供电电压。常用的蓄电池主要有铅酸、碱性镍和铁镍三种。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。

控制系统根据风力大小、日照强度及负荷用电量的变化，切换和调节蓄电池组的工作状态：把多余的电能送往蓄电池组存储或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，以保证整个发电系统工作的连续性和稳定性。

逆变系统由几台逆变器组成，把直流电转换为交流电，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，可改善系统的供电质量。常见的逆变器有集中式、组串式两种，其容量根据系统大小、分类不同而相异。

2、风光互补发电系统运行模式及分类

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。

目前，风光互补发电系统主要分为离网型和并网型两种。

离网型即分布式风光互补发电系统，是中小型分布式风力发电和分布式光伏发电的综合应用。该系统综合应用了风能与太阳能，利用风、光在昼夜变化和季节变化上的互补性，很好地克服了季节、天气等外在因素的制约，进而提高供电系统的稳定性和可靠性。目前，离网型风光互补储能供电系统发展较快，且具有较广的应用前景，如风光互补路灯等。

并网型即以适当等级电压输出，直接并入地方电网的系统，通常在较大规模风光互补项目中实现。该类型系统的开发建设受地域环境、风光资源、场址条件、用地情况及地方电网状况等诸多因素限制，然而随着我国对绿色能源的大力推广和扶持，目前对于此类并网系统，政府实施了一系列鼓励性政策，如上网电价补贴、设备购置费增值税退税、减免企业所得税等。

3、风光互补发电系统优势：

与单独风力发电或光伏发电相比，风光互补发电系统有以下优点：

电能输出比较稳定的，系统可靠性较高；

在保证同样供电负荷的情况下，大大减少储能蓄电池的容量；

通过合理地设计匹配，减少备用电源的启动，可获得更好的社会和经济效益。

二、风光互补系统发展前景展望

我国在新能源领域起步较晚，近年来技术的进步和国家政策的支持推进了新能源产业的快速发展。

1、分布式风光互补发电系统

(1) 无电农村的生活、生产用电的应用

我国仍有5%左右的农村还未通电，而这些乡村往往位于风能和太阳能资源较为丰富的偏远地区。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提高村民的生活质量、改善当地生产水平，加速贫困地区的经济发展。

(2)半导体室外照明的应用

基本原理是风能和太阳能以互补形式通过控制器向蓄电池智能化充电，根据光线强弱程度自动开启或关闭照明灯具。智能化控制器具有无线传感网络通讯功能，可以和后台计算机实现遥测、遥讯、遥控管理。室外照明工程主要包括：行车道路照明 (快速道/主干道/次干道/支路等)和区域道路照明工程(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、智能化led路灯等。

(3)监控摄像机电源中的应用

道路监控等监控摄像机采用风光互补发电系统作为电源，一方面节约了市电用电，另一方面不再需要敷设线缆，不仅环保，还能有效降低成本，减少维护和监管的工作量。

(4)通信基站中的应用

目前国内许多海岛、山区等地远离电网，用电负荷较小，在建立通信基站时存在诸多困难。利用太阳能和风能作为取之不尽的可再生资源，即解决基站用电问题，又减少了架杆、敷线等高成本的供电线路投资。

(5)抽水蓄能电站中的应用

风光互补抽水蓄能电站将传统的水能、风能、太阳能的开发模式相结合，利用三种能源在时空分布上的差异实现互补。其原理是将风能/太阳能转化成的电能，不经蓄电池而直接带动抽水机实现抽水蓄能，再通过储存的水能实现稳定发电。适用于电网难以覆盖地区，尽管其投资成本较普通水力发电工程高，但在环境保护、季节限制等方面具有较为明显的优势。

(6)其他

在气象环保领域、石化领域、农林水利领域和国防等领域，在航标架设、通信基站建立等方面，风光互补系统均能得到推广和应用，发挥重要作用

2、并网风光互补发电系统

国家能源局在《能源发展“十二五”规划》中指出，要“加快发展风能等其他可再生能源”，明确 “十二五”时期能源资源开发重点：“大型风电基地：建设河北、蒙西、蒙东、吉林、甘肃、新疆、黑龙江以及山东沿海、江苏沿海风电基地，到2015年，大型风电基地规模达到7900万千瓦。太阳能电站：按照就近消纳、有序开发的原则，重点在、内蒙古、甘肃、宁夏、青海、新疆、云南等太阳能资源丰富地区，利用沙漠、戈壁及无耕种价值的闲置土地，建设若干座大型光伏发电站，结合资源和电网条件，探索水光互补、风光互补的利用新模式。”

日前，国内最大风光互补沙漠并网示范电站――吐鲁番100MW部级示范电站，于2013年12月19日成功并网发电。该项目选址位于新疆天山南麓塔里木盆地北缘吐鲁番盆地西部，处于“三十里风区”的下游，风能资源比较丰富，同时属于我国日照资源二类地区，太阳能资源也较为丰富。鉴于风能和太阳能在季节上具有较强的互补性，春季风资源最丰富，也即风电春季出力最大，光伏发电则在夏季最大，夏、冬季基本上为新疆用电负荷高峰季节，风电和光伏发电的这种出力在季节上的特点可以互补单一电源在季节上的出力不均等问题。同时充分利用空间，实现地面和高空的合理利用，发挥风、光资源的互补优势，实现两种资源最大程度的整合；共用一套送变电设备，降低工程造价。将风力发电与太阳能发电技术加以综合利用，从而构成一种互补的新型能源，将是本世纪能源结构中一个新的增长点。

大型风光互补并网示范电站的建成投运，为绿色能源的探索、开发、发展、创新提供了有利条件。其充分发挥资源优势，极大丰富新能源开发的资源构成，增强新能源开发体系的资源输出能力，提高系统稳定性。

结束语：风光互补发电系统作为利用风能和太阳能资源的互补性的一种新型能源发电系统，以其良好的经济收益和社会效益，在工程实践中得到了越来越广泛的应用。随着绿色清洁能源在能源产业中的占比不断增加，风光互补发电系统必将扮演更加重要的角色。

参考文献

[1]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