风光互补发电系统的优化设计

风光互补发电系统的优化设计

孙晓敏

（ 中国水电顾问集团风电张北有限公司 河北张家口 076450）

摘要：风能、太阳能等新兴能源储量丰富，对环境友好，能有效缓解因传统化石能源匾乏带来的经济危机。独立型风光互补发电系统能有效利用新能源，解决无电地区供电问题。在独立系统建设过程中，对供电系统容量进行优化设计能有效降低系统投资，提高系统风光资源利用率。基于此，本文将着重分析探讨分布式风力-太阳能光伏互补发电系统，以期能为以后的实际工作起到一定的借鉴作用。

关键词：风光互补；发电系统；优化设计

1.风光互补发电系统概述

风光互补发电系统通过应用风能和太阳能，并与多种能源发电技术相结合，在智能控制技术的基础上实现发电，为可再生能源发电系统。该系统主要由风力和太阳能发电组件构成，其中蓄电池能存储电能，通过逆变器将直流电转化为交流电，为用户提供电力[1]。该系统能够使风电和光电之间形成互补，可以根据用户用电和资源实际情况分配系统容量，保证持续供电，减少能源浪费。该系统分为两个发电单元，其费用与区域风能和太阳能实际资源有关，同时这两种资源的互补情况也会影响其利用情况，该系统会根据季节、昼夜变化等太阳能和风能的实际变化情况来分配能源，并利用自动控制系统实现充放电和发电。

2.风光互补发电系统的应用

在我国，太阳能、风能等再生能源均十分丰富，因此，对其应用具有广泛性，在诸多领域，其应用均具有高效性、经济性与可持续性。下文介绍了风光互补发电系统的应用，具体内容如下:

2.1应用于无电农村

在中国，各个区域的经济发展水平存在一定的差异，不平衡的经济发展状况，导致部分农村的生活与生产缺少电能，如:青藏高原与内蒙古自治区等，但此类地区拥有丰富的风能与太阳能，因此，利于风光互补发电系统的应用。现阶段，我国为了满足农村的用电需求，积极建立可再生能源供电系统，己建成的有千余个，通过系统的独立运行，即:独立式发电的运用，为农村提供了可靠的电能，但此时的供电系统，仅能够满足农村的生活用电及照明需求，由于系统不能满足生产的用电负载，使得系统缺少经济性。在此背景下，风光互补系统的应用要进行深入的研究，通过实践，保证系统运行的可靠性与高效性，进而促进农村经济的发展，使其生活水平不断提升嘲。

2．2应用于航标

太阳能航标在我国大部分地区均有所应用，它主要的依据为天气情况，如果天气条件不好，太阳能发电则不能满足需求，进而需要风能发电，此时便弥补了天气条件恶劣的空缺。通常情况下，在春季与夏季，太阳能配置均能够满足供电的需求，此时，风光互补系统则不被启动;但在冬季或者天气状况不良时，太阳能发电的效果较差，此时，则要启动系统，发挥风能发电的作用。

2．3应用于日用品

风光互补发电系统在日用产品中的应用较为广泛，主要包括路灯照明、供暖、充电电源、野营灯与独立电源等。在城市路灯中对风光互补发电系统的应用是高效的，虽然其投资偏高，但减少了输电线路与路面开挖埋管工程，同时也未能消耗电能，因此，该系统具有良好的经济性。在城市道路与景观照明等方面积极应用风光互补照明技术，其发展具有良好的态势。

2．4应用于建筑行业

随着社会经济的迅猛发展，为建筑行业的发展营造了良好的环境，该行业在发展过程中十分注重环保与节能，因此，对风光互补发电系统进行了全面的应用。在诸多建筑物中均安装了太阳能集热管与风力发电机，同时该系统也应用到了光伏一体化建筑、风光互补锅炉、屋顶风力发电机与风光互补并网等。

2．5应用于并网发电

并网发电过程中，光伏产品的应用是重要的，在发达国家，对于此产品的应用达到了80%，而在我国，未能有效利用光伏产品。在今后发展过程中，并网发电要积极应用光伏产品。如果在沙漠中安装光伏产品，其总容量是可观的，但如今，我国的装机容量较少。风光互补发电系统应用于电网建设，不仅可以减少建设的成本，还可以降低能源的损耗，因此，我国在可再生能源的应用方面具有广阔的市场。

2．6应用于沙漠治理

在我国，虽然经济的稳步发展，但沙漠治理的现状不容乐观，为了实现有效的治理，国家对其投入了大量的人力、物力与财力，在沙漠公路开通后，提高了当地居民的生活水平，改善了当地的自然生态环境。在沙漠治理过程中，对水资源、电能资源均有着较大的需求，因此，风光互补发电系统与风光互补水泵得到了积极有效的运用。

3.风光互补发电系统的优化

太阳能与风能二者的混合利用技术是由丹麦科学家提出来的，在1981年，科学家将风力机与光伏组件进行了简单的组合，此时，对两种能源的利用不够充分。此后，世界各国均开始研究风光互补，主要是由于该系统满足了可持续发展的需求，在技术不断改进与完善后，于1982年，风光互补发电系统进行了实际应用。近几年，国内外学者均十分关注对风光互补发电系统的研究。在国外方面，主要研究了系统的合理配置与优化设计等，加拿大科学家通过研究，建立了独立的小型风光发电系统，此系统具有良好的可靠性与较低的成本，它以负载为依据，对风光资源进行了合理的配置，使得该系统发电成本得到了控制，同时也提高了系统的安全性、可靠性与可行性。在国内方面，主要研究了系统的性能、效率与控制策略等，有研究构建了风光发电系统的变结构仿真模型，在此模型的作用下，用户可以对不同结构的风光发电系统进行重构，并且利用计算机进行仿真计算，进而全面了解了系统的性能、运行效率与控制策略;部分石油公司也对风光互补发电系统进行了研究，主要是为了保证边际油田的高效开发，在研究过程中，对油田的特殊性、工程的实效性等因素均给予了考虑;在移动通信方面，也研究了风光互补系统，将其应用到了移动通讯配置中，有效解决了设备供电难的问题。

4.分布式风力—太阳能光伏互补发电系统

4．1 分布式风力—太阳能光伏互补发电系统的结构

风光互补发电系统一般由风力发电机组、太阳能光伏电池组、控制器、蓄电池组、逆变器等组成。基于直流母线的组网方式，风光互补发电系统的结构。

4．2 分布式风力—太阳能光伏互补发电系统技术

风速是影响风力发电系统功率输出的重要因素，光照强度决定了光伏电池发电功率输出的大小。同时负载用电量和蓄电池的储能状态也会影响系统的运行状态，而且这些因素也会互相影响与制约。因此需要对风光互补发电系统进行合理控制，才能实现在不同条件下系统始终最优运行。控制的对象主要包括:对风力发电机和光伏电池的输出功率进行控制;对蓄电池进行充放电控制;协调光伏发电与风力发电能量平衡等。总而言之，随着经济发展，能源需求越来越大，特别是对电能的需求。目前，电能主要靠火。

结语：电厂产生，通过大量使用煤炭，导致空气质量越来越差。为了社会的可持续发展，应对温室效应，需要使用清洁能源来代替。太阳能与风能作为清洁能源资源，可以看做是可再生资源，可代替煤炭资源为人类经济发展提供电能。风能发电系统与太阳能发电系统以其清洁、可再生等特点已经逐渐成了新的研究方向。

[参考文献]

［1］张斌．通信基站的风光互补供电系统设计方案分析［J］．大科技，2016(19):56-57．

［2］梁佐堂，龙庆涛．一种基于模糊控制的发电系统优化设计研究［J］．甘肃科技，2017，33(10):17-20．

［3］樊召．分布式风力-太阳能光伏互补发电系统的研究之我见［J］．工程技术:文摘版，2016(11):00187．