家用风光互补发电系统分析设计.docVIP

风光互补发电技术 风光互补发电系统的特点 风力发电系统利用风力发电机，将风能转换成电能，然而通过控制器对蓄电池充电，最 后通过逆变器对负载供电。该系统具有日发电量较高，系统造价较低，运行维护成本低等优 点。缺点是小型风力发电机可靠性低，常规水平轴风力发电机对风速的要求较高。 光伏发电系统利用光电板将太阳能转换成电能， 然后通过控制器对蓄电池充电， 最后通 过逆变器对负载供电。该系统的优点是系统供电可靠性高、资源条件好、运行维护成本低， 缺点是系统造价高。 发电与用电负荷的不平衡性是风电和光电系统共同存在的一个缺陷， 它是由资源的不确 定性造成的。 风电和光电系统发出电能后都必须通过蓄电池储能才能稳定供电， 但是每天的 发电量受阳光、 风力的影响很大， 阳光、 风力较弱会导致系统的蓄电池组长期处于亏电状态， 这是引起蓄电池组使用寿命降低的主要原因。 较风电和光电独立系统，风光互补发电系统具有以下特点： （1）风光互补发电系统弥补 了风电和光电独立发电系统在资源上的缺陷， 利用太阳能和风能的互补性， 提供较稳定的电 能； （2）在风光互补发电系统中，风电和光电系统可以共用一套蓄电池组和逆变环节，减少 系统造价； （3）整个系统是两种发电系统进行互补运行，因此，在保证同等供电的情况下， 可大大减少储能装置的容量； （4）风光互补发电系统可以根据用户需要合理配置系统容量， 在不影响供电可靠性的情况下减少系统造价； （5） 风光互补发电系统可以根据用户所在地的 季节及天气变化情况优化系统设计方案，在满足用户要求的情况下节约资源。 适合风光互补地区分析 太阳能和风能是最普遍的自然资源，也是取之不尽的可再生能源。图1为我国太阳能风能分部情况。 图1 风能太阳能分部图 风能是太阳能在地球表面的另外一种表现形式，由于地球表面的不同形态对太阳光照的吸热系数不同，在地球表面形成温差，地表空气的温度不同形成空气对流而产生风能。因此，太阳能与风能在时间上和地域上都有很强的互补性。白天太阳光最强时，风很小，晚上太阳落山后，光照很弱，但由于地表温差变化大而风能加强。在夏季，太阳光强度大而风小，冬季，太阳光强度弱而风大。太阳能和风能在时间上的互补性使风光互补发电系统在资源上具有最佳的匹配性，风光互补发电系统是资源条件最好的独立电源系统。综合考虑宁夏北部、甘肃北部、新疆东部、青海西部和西藏西部等地最适合 风光互补发电，河北西北部、山西北部、内蒙古南部、宁夏南部、甘肃中部、青 海东部、西藏东南部和新疆南部等地次之。虽然东南沿海最适合风力发电，但台 风的破坏性太大，有可能一次性将风光互补发电设备摧毁，因而根据实际地点考 虑是否安装风光互补发电装置。 风光互补发电系统的结构 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，系统结构图见图2。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。 　　 ?? 图2 风光互补发电系统结构 (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。 　　　　 离网风光互补发电系统设计及配制方案 风光互补发电系统作为一个独立发电系统，从风力发电机、太阳能电池组件及储能系统容量的配置都有一个最佳配置设计问题，需要结合风力发电机、太阳能电池组件安装地点的自然资源条件来进行系统最佳容量配置的设计，本例将以云南昆明作为设计地点。 选定地区的气候分析 昆明位于东经102°10至103°40，北纬24°23至26°22，市中心位于北纬25°0211，东经102°4231。 昆明属北纬低纬度亚热带-高原山地季风气候，由于受印度洋西南暖湿气流的影响，日照长、霜期短、年平均气温15℃