李彥林 甘肅林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 甘肅天水 741020

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甘肅地區(qū)風(fēng)能光伏互補發(fā)電研究

李彥林 甘肅林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 甘肅天水 741020

【文章摘要】

太陽能光伏發(fā)電與風(fēng)力發(fā)電有機地結(jié)合在一起，既高效利用土地，又實現(xiàn)了太陽能與風(fēng)能發(fā)電的優(yōu)勢互補，同時利用風(fēng)電場已建成的送出系統(tǒng)，減少了投資，效益更加顯著。風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)推動了我國節(jié)能環(huán)保事業(yè)的發(fā)展，同時有助于資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會的建設(shè)。甘肅省風(fēng)能、太陽能資源儲量豐富，且分布集中，適宜進行大規(guī)模集中開發(fā)。本文對甘肅地區(qū)風(fēng)能光伏互補發(fā)電進行了探討。

【關(guān)鍵詞】

太陽能光伏發(fā)電；風(fēng)力發(fā)電；風(fēng)光互補；甘肅

在當(dāng)今全球能源短缺的大背景下，風(fēng)能和太陽能作為一種清潔的可再生能源，受到了世界各國的重視。風(fēng)能和太陽能在時間上、季節(jié)上以及地理位置上都有較好的的互補性，兩種新能源的結(jié)合應(yīng)用，使發(fā)電成本更加經(jīng)濟，發(fā)電可靠性和效率也更高。我國風(fēng)能資源豐富，主要集中在西北、東北、東部沿海地區(qū)。由于光照資源豐富以及土地成本相對較低，目前國內(nèi)大型光伏地面電站主要集中在西北地區(qū)。甘肅省風(fēng)能、太陽能資源儲量豐富，且分布集中，適宜進行大規(guī)模集中開發(fā)。

1 甘肅地區(qū)風(fēng)能光伏互補發(fā)電概況

甘肅省是風(fēng)能資源大省，據(jù)測算，理論儲量為2.37億千瓦，位居全國第五。甘肅風(fēng)力資源理論儲量為2.37億千瓦，可開發(fā)容量在4000萬千瓦以上，酒泉地區(qū)的瓜州縣享有“世界風(fēng)庫”的別稱。河西走廊西端的酒泉地區(qū)是季風(fēng)的源頭，年平均有效風(fēng)功率在每平方米150瓦以上、有效風(fēng)速時數(shù)6000多小時，風(fēng)機年滿負荷發(fā)電小時數(shù)可達2300小時。

作為全國重要的新能源基地，甘肅風(fēng)電、光伏等可再生能源在2008年后就已進入規(guī)?；焖侔l(fā)展階段。大規(guī)模開發(fā)、遠距離輸送，甘肅是我國新能源發(fā)展的一個典型樣本，區(qū)別于歐美分散、就地消納的發(fā)展模式。受益于國家多項新能源扶持政策，也得益于甘肅河西地區(qū)廣袤的碎石戈壁和充足的風(fēng)光資源，一大批清潔能源項目如雨后春筍般在河西走廊生根發(fā)芽。

按照甘肅省“十二五”新能源和可再生能源發(fā)展規(guī)劃，到2015年年底，甘肅光伏并網(wǎng)容量將達750萬千瓦，風(fēng)電裝機將達1700萬千瓦，且絕大多數(shù)集中在日照時數(shù)長、風(fēng)能資源豐富的河西地區(qū)。

目前，甘肅新能源電力外送規(guī)模不斷刷新紀(jì)錄。2015年底，甘肅跨省外送電量155億千瓦時。155億千瓦時的清潔能源進入三華地區(qū)，相當(dāng)于當(dāng)?shù)鼗痣姍C組少燒511.5萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤。

2 風(fēng)能光伏互補發(fā)電技術(shù)

風(fēng)光互補發(fā)電技術(shù)結(jié)合了中小型風(fēng)電技術(shù)和光伏發(fā)電技術(shù)，涉及到許多新技術(shù)，包括電力電子、控制理論、機械工程等。光伏發(fā)電單元將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，風(fēng)力發(fā)電單元將風(fēng)能轉(zhuǎn)化成電能；智能控制器對得到的直流電進行功率變換后對負載提供可靠的電力供應(yīng)，在能量充足的情況下，將多余的能量存儲到蓄電池組中。風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)充分利用了風(fēng)能和太陽能的特性和優(yōu)勢，最大限度地利用自然資源。

風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)是由風(fēng)電系統(tǒng)與光電系統(tǒng)共同組成的供電系統(tǒng)，主要由風(fēng)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組成，如圖1所示。該系統(tǒng)是集風(fēng)能、太陽能及蓄電池等多種能源發(fā)電技術(shù)及系統(tǒng)智能控制技術(shù)為一體的復(fù)合可再生能源發(fā)電系統(tǒng)。

風(fēng)力發(fā)電部分：小型直流發(fā)電系統(tǒng)一般和蓄電池匹配使用，裝置容量一般為1000 w以下。當(dāng)風(fēng)力達到一定風(fēng)速時，利用風(fēng)力機將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機械能，然后通過風(fēng)力發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)換為交流形式的電能。由于產(chǎn)生的交流電壓不穩(wěn)定，需通過整流器整流，給蓄電池充電，經(jīng)過逆變器對負載供電。

光伏發(fā)電部分：利用太陽能電池板的光伏效應(yīng)將光能轉(zhuǎn)換為直流形式的電能，然后對蓄電池充電，通過逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電對負載進行供電。

蓄電池部分：由多塊蓄電池組成，起著儲存和調(diào)節(jié)電能的作用，當(dāng)風(fēng)力很大或日照充足導(dǎo)致產(chǎn)生的電能過剩時，蓄電池將多余的電能儲存起來；當(dāng)系統(tǒng)發(fā)電量不足或負荷用電量增加時，則由蓄電池向負荷補充電能，并保持供電電壓的穩(wěn)定。

控制系統(tǒng)：根據(jù)日照強度、風(fēng)力大小及負載的變化，不斷對蓄電池組的工作狀態(tài)進行切換和調(diào)節(jié)。一方面把調(diào)整后的電能直接送往直流或交流負載，另一方面把多余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，使其在充電、放電或浮充電等多種工況下交替運行，從而保證風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)工作的連續(xù)性和穩(wěn)定性。

逆變系統(tǒng)：由幾臺逆變器組成，把蓄電池中的直流電變成標(biāo)準(zhǔn)的220v交流電，保證交流電負載設(shè)備的正常使用。同時還具有自動穩(wěn)壓功能，可改善風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)的供電質(zhì)量。

風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)根據(jù)風(fēng)力和太陽輻射變化情況，可以在以下三種模式下運行：風(fēng)力發(fā)電機組單獨向負載供電；光伏發(fā)電系統(tǒng)單獨向負載供電；風(fēng)力發(fā)電機組和光伏發(fā)電系統(tǒng)聯(lián)合向負載供電。

3 風(fēng)能光伏互補發(fā)電的優(yōu)勢和應(yīng)用前景

由太陽能和風(fēng)能在時間與地域上的互補性特性，風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)可有效解決這一難題。由于兩者具有能量互補特性，兩種新能源的結(jié)合應(yīng)用使發(fā)電成本更加經(jīng)濟，發(fā)電可靠性和效率也更高。

風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)利用風(fēng)能、太陽能的互補特性，獲得比較穩(wěn)定的總輸出，提高發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。在保證同樣供電的情況下，可大大減少儲能蓄電池的容量，并提高蓄電池的使用壽命。太陽能獨立發(fā)電的發(fā)電成本較高，有著較強的隨機性,而風(fēng)能發(fā)電成本較低，風(fēng)光互補結(jié)合可共用一套設(shè)備，降低工程系統(tǒng)造價，降低運行成本，可在滿足供電要求的情況下降低發(fā)電成本。因此，通過合理的設(shè)計與匹配，可以基本上實現(xiàn)風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)供電，節(jié)約投資。

風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)具有良好的應(yīng)用前景，它彌補了獨立風(fēng)電和光電系統(tǒng)的不足，能夠向電網(wǎng)提供更加穩(wěn)定的電能，大大提高了經(jīng)濟效益。風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)推動了我國節(jié)能環(huán)保事業(yè)的發(fā)展，同時有助于資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會的建設(shè)。

為了促進風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)的進一步發(fā)展，使其成為一種更具競爭力的清潔電源，應(yīng)進一步拓展風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域，積累風(fēng)光互補發(fā)電的使用數(shù)據(jù)，在應(yīng)用中逐步形成較完善的可再生能源技術(shù)支撐體系，為可再生能源的大規(guī)模開發(fā)和利用奠定基礎(chǔ)。

隨著社會的發(fā)展和能源的短缺，高科技和新技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用，新能源的發(fā)展和開發(fā)是人類發(fā)展的趨勢。風(fēng)能和太陽能必互補發(fā)電將在當(dāng)今資源稀缺的年代得到大力的推廣，具有良好的應(yīng)用前景。

【參考文獻】

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[3]王彥民，風(fēng)光無限看甘肅，外送綠色電量155億千瓦時，中國電力新聞網(wǎng)，2015.3.30