馬憲國 湯 羹

上海理工大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院

上海風(fēng)/光互補(bǔ)電動(dòng)汽車充電微電網(wǎng)可行性研究

馬憲國 湯 羹

上海理工大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院

上海全年風(fēng)能和太陽能統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示風(fēng)能與太陽能具有很好的互補(bǔ)性。風(fēng)能發(fā)電、太陽能光伏發(fā)電、電動(dòng)汽車可形成獨(dú)立微電網(wǎng)，互相彌補(bǔ)不足，實(shí)現(xiàn)對(duì)新能源發(fā)電的就地利用，避免兩者接入大電網(wǎng)所產(chǎn)生的諸多問題。含電動(dòng)車的風(fēng)、光互補(bǔ)微電網(wǎng)系統(tǒng)不僅能夠通過電動(dòng)車作為儲(chǔ)能系統(tǒng)來平衡微電網(wǎng)系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，同時(shí)電動(dòng)汽車在獨(dú)立微網(wǎng)中的充電利用可以真正做到綠色、環(huán)保、節(jié)能，大大減少交通行業(yè)對(duì)石油等礦物能源的需求和依賴。

風(fēng)能；太陽能；微電網(wǎng)；系統(tǒng)匹配

風(fēng)能發(fā)電、太陽能光伏發(fā)電、電動(dòng)汽車可形成獨(dú)立微電網(wǎng)，互相彌補(bǔ)不足，實(shí)現(xiàn)對(duì)新能源發(fā)電的就地利用，避免兩者接入大電網(wǎng)所產(chǎn)生的諸多問題。含電動(dòng)車的風(fēng)、光互補(bǔ)微電網(wǎng)系統(tǒng)不僅能夠通過電動(dòng)車作為儲(chǔ)能系統(tǒng)來平衡微電網(wǎng)系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，同時(shí)電動(dòng)汽車在獨(dú)立微網(wǎng)中的充電利用可以真正做到綠色、環(huán)保、節(jié)能，大大減少交通行業(yè)對(duì)石油等礦物能源的需求和依賴。

1 上海的風(fēng)能和太陽能資源

上海日照充足，全年日照時(shí)數(shù)為1825～2080h，年日照時(shí)數(shù)最多達(dá)2 277 h（1967年），最少為1 459 h（1948年）?？色@得最大太陽能輻射量的全年最佳傾角為23°。

上海市太陽能輻射月平均值如圖1所示。

圖1 上海太陽能輻射月平均值

上海地處長江三角洲南端，東瀕東海，地勢(shì)較低平，冬、夏季風(fēng)均可以直接貫穿全境，風(fēng)的季節(jié)性變化規(guī)律為：春季最強(qiáng)、冬季次之、秋季第三、夏季最弱。

圖2為上海50 m高空處風(fēng)速月平均值及風(fēng)能密度月平均值。

圖2 上海風(fēng)速與風(fēng)功率密度月平均值

從圖1、圖2中可以看到，上海的風(fēng)能和太陽能資源具有較好的以月為單位的時(shí)間互補(bǔ)性。

上海白天太陽光照強(qiáng)，太陽能資源豐富，風(fēng)速較小；夜晚無光照，風(fēng)速較大。圖3為上海典型日風(fēng)能和太陽能資源分布。

因此，上海的風(fēng)能和太陽能按月以及按小時(shí)分布均具有很好的互補(bǔ)性。對(duì)于全年來講，夏季太陽輻射大，風(fēng)能較低，冬季太陽能輻射量小而風(fēng)能資源豐富。

2 風(fēng)力與太陽能發(fā)電的互補(bǔ)性

圖3 上海風(fēng)能和太陽能資源24 h分布

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組選用額定功率為3 kW的低風(fēng)速啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，適用于上海平均風(fēng)速不大的氣象條件。通過上海地區(qū)年平均風(fēng)速統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算可得到全年單臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電量，以及單臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)24 h的發(fā)電功率。

根據(jù)上海地區(qū)全年8 760 h的太陽能輻射量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算可得到單位平方米光伏電池的年發(fā)電量，以及光伏電池板24 h的發(fā)電功率。

將上述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和光伏發(fā)電系統(tǒng)的年發(fā)電量變化曲線和24 h功率輸出的變化曲線繪制在一起，可得到單臺(tái)風(fēng)機(jī)和單位面積光伏發(fā)電系統(tǒng)年發(fā)電量和24 h發(fā)電功率。見圖4和圖5。

圖4 單臺(tái)風(fēng)機(jī)和單位面積光伏發(fā)電系統(tǒng)年發(fā)電量

圖5 單臺(tái)風(fēng)機(jī)和單位面積光伏發(fā)電系統(tǒng)24 h發(fā)電功率

從圖中可以看出，上海風(fēng)力發(fā)電和太陽能光伏發(fā)電在季節(jié)和時(shí)間上存在較好的互補(bǔ)性。太陽能輻射春夏季較高，秋冬季較低，風(fēng)能資源季節(jié)分布則正好相反。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組夜晚發(fā)電較多，光伏電池組件晝間發(fā)電，夜晚不發(fā)電，因此將二者結(jié)合有利于充分利用清潔能源和提高供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3 風(fēng)電與太陽能發(fā)電的容量匹配問題

風(fēng)能和太陽能發(fā)電的不連續(xù)與不穩(wěn)定對(duì)負(fù)荷有很大的影響，可靠性是供電系統(tǒng)的重要性能指標(biāo)。風(fēng)光互補(bǔ)微電網(wǎng)系統(tǒng)用全年負(fù)載缺電率（LPSP）作為系統(tǒng)可靠性指標(biāo)，定義是系統(tǒng)停電時(shí)間與供電時(shí)間的比值，其值介于0～1，值越小則可靠性越高。LPSP為0意味著任何時(shí)間負(fù)載都能夠被滿足。

將全年負(fù)載缺電率（LPSP）設(shè)置為0，即可靠性為100%，按要求設(shè)定每天負(fù)載所需功率的變化范圍，經(jīng)模擬計(jì)算可以得到所有滿足負(fù)載要求的系統(tǒng)容量配比，見圖6。圖中顯示的是平均負(fù)載為2 500～3 200 kW時(shí)，所有滿足負(fù)載要求的系統(tǒng)容量配比曲面圖。其中，X軸坐標(biāo)為系統(tǒng)所需負(fù)載容量，Y軸坐標(biāo)是全年光伏發(fā)電量，Z軸是全年風(fēng)力發(fā)電量，曲面上的點(diǎn)代表滿足某種負(fù)載要求的容量配比。

從圖6中可以查到，當(dāng)平均負(fù)載為2 500 kW時(shí)，需太陽能光伏電池1 791 m2，3 kW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組51臺(tái)，光伏電池全年發(fā)電量為150萬kWh，風(fēng)力機(jī)組全年發(fā)電量為69萬kWh，系統(tǒng)全年總發(fā)電量219萬kWh，風(fēng)力發(fā)電量占光伏發(fā)電量的0.46。

系統(tǒng)中風(fēng)力機(jī)組和光伏電池的月發(fā)電量見圖7。

圖6 系統(tǒng)容量配比

圖7 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和光伏電池月發(fā)電量

4 結(jié)語

上海風(fēng)力發(fā)電和太陽能光伏發(fā)電在季節(jié)和時(shí)間上存在互補(bǔ)性。太陽能輻射春夏季較高，秋冬季較低，風(fēng)能資源的季節(jié)性分布則正好相反。晝夜之間風(fēng)力資源和太陽能資源同樣存在互補(bǔ)性，風(fēng)光互補(bǔ)微電網(wǎng)系統(tǒng)能夠充分利用風(fēng)能和太陽能，將兩者結(jié)合在一起建立電動(dòng)汽車充電微電網(wǎng)，不僅能通過電動(dòng)車蓄電池作為儲(chǔ)能系統(tǒng)來平衡微電網(wǎng)系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，而且能實(shí)現(xiàn)新能源發(fā)電的就地利用，避免兩者接入大電網(wǎng)所產(chǎn)生的諸多問題，同時(shí)可以大大減少交通行業(yè)對(duì)石油等礦物能源的需求和依賴。

Feasibility Study on Shanghai Wind - PV Hybrid Micro Grid for Charging Electric Vehicle

Ma Xianguo, Tang Geng
Shanghai Science and Technology University, Energy and Power Engineering College

Shanghai annual wind and solar statistics data show that wind power and solar power possess good complementarity. Wind energy power generation, solar energy photovoltaic power generation and electric vehicle can form an independent micro grid, which makes up for each other. Realizing renewable energy local utilization can avoid many problems from wind energy and solar energy accessing to power grid. Wind energy and solar energy hybrid micro grid system with electric vehicle can not only balance instability of micro grid with electric vehicle as energy storage system, but also electric vehicle charging utilization in independent micro grid achieve green, environment friendly, energy conservation to reduce demand and dependence on fossil fuels for transportation industry.

Wind Power, Solar Power, Micro Grid, System Match

10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2017.01.004

馬憲國：（1954.6-），男，工學(xué)博士，教授，博士生導(dǎo)師。