風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)（風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)）

發(fā)展過(guò)程

最初的風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)，就是將風(fēng)力機(jī)和光伏組件進(jìn)行簡(jiǎn)單的組合，因?yàn)槿狈υ敿?xì)的數(shù)學(xué)計(jì)算模型，同時(shí)系統(tǒng)只用于保證率低的用戶，導(dǎo)致使用壽命不長(zhǎng)。

近幾年隨著風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，保證率和經(jīng)濟(jì)性要求的提高，國(guó)外相繼開(kāi)發(fā)出一些模擬風(fēng)力、光伏及其互補(bǔ)供電系統(tǒng)性能的大型工具軟件包。通過(guò)模擬不同系統(tǒng)配置的性能和供電成本可以得出最佳的系統(tǒng)配置。其中colorado state university和national renewable energy laboratory合作開(kāi)發(fā)了hybrid2應(yīng)用軟件。 hybrid2本身是一個(gè)很出色的軟件，它對(duì)一個(gè)風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)進(jìn)行非常精確的模擬運(yùn)行，根據(jù)輸入的互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、負(fù)載特性以及安裝地點(diǎn)的風(fēng)速、太陽(yáng)輻射數(shù)據(jù)獲得一年8760小時(shí)的模擬運(yùn)行結(jié)果。但是hybrid2只是一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真軟件，本身不具備優(yōu)化設(shè)計(jì)的功能，并且價(jià)格昂貴，需要的專業(yè)性較強(qiáng)。

在國(guó)外對(duì)于風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要有兩種方法進(jìn)行功率的確定：一是功率匹配的方法，即在不同輻射和風(fēng)速下對(duì)應(yīng)的光伏陣列的功率和風(fēng)機(jī)的功率和大于負(fù)載功率，只要用于系統(tǒng)的優(yōu)化控制；另一是能量匹配的方法，即在不同輻射和風(fēng)速下對(duì)應(yīng)的光伏陣列的發(fā)電量和風(fēng)機(jī)的發(fā)電量的和大于等于負(fù)載的耗電量，主要用于系統(tǒng)功率設(shè)計(jì)。

結(jié)構(gòu)原理

(1)風(fēng)力發(fā)電部分是利用風(fēng)力機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，通過(guò)風(fēng)力發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，再通過(guò)控制器對(duì)蓄電池充電，經(jīng)過(guò)逆變器對(duì)負(fù)載供電；

(2)光伏發(fā)電部分利用太陽(yáng)能電池板的光伏效應(yīng)將光能轉(zhuǎn)換為電能，然后對(duì)蓄電池充電，通過(guò)逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電對(duì)負(fù)載進(jìn)行供電；

(3)逆變系統(tǒng)由幾臺(tái)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(fù)載設(shè)備的正常使用。同時(shí)還具有自動(dòng)穩(wěn)壓功能，可改善風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的供電質(zhì)量；

(4)控制部分根據(jù)日照強(qiáng)度、風(fēng)力大小及負(fù)載的變化，不斷對(duì)蓄電池組的工作狀態(tài)進(jìn)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(fù)載。另一方面把多余的電能送往蓄電池組存儲(chǔ)。發(fā)電量不能滿足負(fù)載需要時(shí)，控制器把蓄電池的電能送往負(fù)載，保證了整個(gè)系統(tǒng)工作的連續(xù)性和穩(wěn)定性；

(5)蓄電池部分由多塊蓄電池組成，在系統(tǒng)中同時(shí)起到能量調(diào)節(jié)和平衡負(fù)載兩大作用。它將風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存起來(lái)，以備供電不足時(shí)使用。

風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)根據(jù)風(fēng)力和太陽(yáng)輻射變化情況，可以在以下三種模式下運(yùn)行：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組單獨(dú)向負(fù)載供電；光伏發(fā)電系統(tǒng)單獨(dú)向負(fù)載供電；風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和光伏發(fā)電系統(tǒng)聯(lián)合向負(fù)載供電。

風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)與單項(xiàng)能源供電的比較

風(fēng)光互補(bǔ)供電比單獨(dú)風(fēng)力發(fā)電或光伏發(fā)電有以下優(yōu)點(diǎn)：

利用風(fēng)能、太陽(yáng)能的互補(bǔ)性，可以獲得比較穩(wěn)定的輸出，系統(tǒng)有較高的穩(wěn)定性和可靠性；

在保證同樣供電的情況下，可大大減少儲(chǔ)能蓄電池的容量；

通過(guò)合理地設(shè)計(jì)與匹配，可以基本上由風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)供電，很少或基本不用啟動(dòng)備用電源如柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組等，可獲得較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

應(yīng)用前景

無(wú)電農(nóng)村的生活、生產(chǎn)用電

中國(guó)現(xiàn)有9億人口生活在農(nóng)村，其中5%左右目前還未能用上電。在中國(guó)無(wú)電鄉(xiāng)村往往位于風(fēng)能和太陽(yáng)能蘊(yùn)藏量豐富的地區(qū)。因此利用風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)解決用電問(wèn)題的潛力很大。采用已達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)有利于加速這些地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，提高其經(jīng)濟(jì)水平。另外，利用風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)儲(chǔ)量豐富的可再生能源，可以為廣大邊遠(yuǎn)地區(qū)的農(nóng)村人口提供最適宜也最便宜的電力服務(wù)，促進(jìn)貧困地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。

我國(guó)已經(jīng)建成了千余個(gè)可再生能源的獨(dú)立運(yùn)行村落集中供電系統(tǒng)，但是這些系統(tǒng)都只提供照明和生活用電，不能或不運(yùn)行使用生產(chǎn)性負(fù)載，這就使系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性變得非常差?？稍偕茉椽?dú)立運(yùn)行村落集中供電系統(tǒng)的出路是經(jīng)濟(jì)上的可持續(xù)運(yùn)行，涉及到系統(tǒng)的所有權(quán)、管理機(jī)制、電費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)、生產(chǎn)性負(fù)載的管理、電站政府補(bǔ)貼資金來(lái)源、數(shù)量和分配渠道等等。但是這種可持續(xù)發(fā)展模式，對(duì)中國(guó)在內(nèi)的所有發(fā)展中國(guó)家都有深遠(yuǎn)意義。

半導(dǎo)體室外照明中的應(yīng)用

世界上室外照明工程的耗電量占全球發(fā)電量的12%左右，在全球日趨緊張的能源和環(huán)保背景下，它的節(jié)能工作日益引起全世界的關(guān)注。

基本原理是：太陽(yáng)能和風(fēng)能以互補(bǔ)形式通過(guò)控制器向蓄電池智能化充電，到晚間根據(jù)光線強(qiáng)弱程度自動(dòng)開(kāi)啟和關(guān)閉各類led室外燈具。智能化控制器具有無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)通訊功能，可以和后臺(tái)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)三遙管理(遙測(cè)、遙訊、遙控)。智能化控制器還具有強(qiáng)大的人工智能功能，對(duì)整個(gè)照明工程實(shí)施先進(jìn)的計(jì)算機(jī)三遙管理，重點(diǎn)是照明燈具的運(yùn)行狀況巡檢及故障和防盜報(bào)警。

室外道路照明工程主要包括：

車行道路照明工程(快速道/主干道/次干道/支路)；

小區(qū)(廣義)道路照明工程(小區(qū)路燈/庭院燈/草坪燈/地埋燈/壁燈等)。

目前已被開(kāi)發(fā)的新能源新光源室外照明工程有：風(fēng)光互補(bǔ)led智能化路燈、風(fēng)光互補(bǔ)led小區(qū)道路照明工程、風(fēng)光互補(bǔ)led景觀照明工程、風(fēng)光互補(bǔ)led智能化隧道照明工程、智能化LED路燈等。

航標(biāo)上的應(yīng)用

我國(guó)部分地區(qū)的航標(biāo)已經(jīng)應(yīng)用了太陽(yáng)能發(fā)電，特別是燈塔樁，但是也存在著一些問(wèn)題，最突出的就是在連續(xù)天氣不良狀況下太陽(yáng)能發(fā)電不足，易造成電池過(guò)放，燈光熄滅，影響了電池的使用性能或損毀。冬季和春季太陽(yáng)能發(fā)電不足的問(wèn)題尤為嚴(yán)重。

天氣不良情況下往往是伴隨大風(fēng)，也就是說(shuō)，太陽(yáng)能發(fā)電不理想的天氣狀況往往是風(fēng)能最豐富的時(shí)候，針對(duì)這種情況，可以用以風(fēng)力發(fā)電為主，光伏發(fā)電為輔的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)。風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)具有環(huán)保、無(wú)污染、免維護(hù)、安裝使用方便等特點(diǎn)，符合航標(biāo)能源應(yīng)用要求。在太陽(yáng)能配置滿足春夏季能源供應(yīng)的情況下，不啟動(dòng)風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)；在冬春季或連續(xù)天氣不良狀況、太陽(yáng)能發(fā)電不良情況下，啟動(dòng)風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)。由此可見(jiàn)，風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)在航標(biāo)上的應(yīng)用具備了季節(jié)性和氣候性的特點(diǎn)。事實(shí)證明，其應(yīng)用可行、效果明顯。

監(jiān)控?cái)z像機(jī)

電源中的應(yīng)用

目前，高速公路道路攝像機(jī)通常是24小時(shí)不間斷運(yùn)行，采用傳統(tǒng)的市電電源系統(tǒng)，雖然功率不大，但是因?yàn)閿?shù)量多，也會(huì)消耗不少電能，采用傳統(tǒng)電源系統(tǒng)不利于節(jié)能；并且由于攝像機(jī)電源的線纜經(jīng)常被盜，損失大，造成使用維護(hù)費(fèi)用大大增加，加大了高速公路經(jīng)營(yíng)單位的運(yùn)營(yíng)成本。

應(yīng)用風(fēng)光互供發(fā)電系統(tǒng)為道路監(jiān)控?cái)z像機(jī)提供電源，不僅節(jié)能，并且不需要鋪設(shè)線纜，減少了被盜了可能，有效防盜。但是我國(guó)有的地區(qū)會(huì)出現(xiàn)惡劣的天氣情況，如連續(xù)灰霾天氣，日照少，風(fēng)力達(dá)不到起風(fēng)風(fēng)力，會(huì)出現(xiàn)不能連續(xù)供電現(xiàn)象，可以利用原有的市電線路，在太陽(yáng)能和風(fēng)能不足時(shí)，自動(dòng)對(duì)蓄電池充電，確保系統(tǒng)可以正常工作。

通信基站中的應(yīng)用

目前國(guó)內(nèi)許多海島、山區(qū)等地遠(yuǎn)離電網(wǎng)，但由于當(dāng)?shù)芈糜?、漁業(yè)、航海等行業(yè)有通信需要，需要建立通信基站。這些基站用電負(fù)荷都不會(huì)很大，若采用市電供電，架桿鋪線代價(jià)很大，若采用柴油機(jī)供電，存在柴油儲(chǔ)運(yùn)成本高，系統(tǒng)維護(hù)困難、可靠性不高的問(wèn)題。

要解決長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠地供電問(wèn)題，只能依賴當(dāng)?shù)氐淖匀毁Y源。而太陽(yáng)能和風(fēng)能作為取之不盡的可再生資源，在海島相當(dāng)豐富，此外，太陽(yáng)能和風(fēng)能在時(shí)間上和地域上都有很強(qiáng)的互補(bǔ)性，海島風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)是可靠性、經(jīng)濟(jì)性較好的獨(dú)立電源系統(tǒng)，適合用于通信基站供電。由于基站有基站維護(hù)人員，系統(tǒng)可配置柴油發(fā)電機(jī)，以備太陽(yáng)能與風(fēng)能發(fā)電不足時(shí)使用。這樣可以減少系統(tǒng)中太陽(yáng)電池方陣與風(fēng)機(jī)的容量，從而降低系統(tǒng)成本，同時(shí)增加系統(tǒng)的可靠性。

抽水蓄能電站

中的應(yīng)用

風(fēng)光互補(bǔ)抽水蓄能電站是利用風(fēng)能和太陽(yáng)能發(fā)電，不經(jīng)蓄電池而直接帶動(dòng)抽水機(jī)實(shí)行補(bǔ)丁時(shí)抽水蓄能，然后利用儲(chǔ)存的水能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的發(fā)電供電。這種能源開(kāi)發(fā)方式將傳統(tǒng)的水能、風(fēng)能、太陽(yáng)能等新能源開(kāi)發(fā)相結(jié)合，利用三種能源在時(shí)空分布上的差異實(shí)現(xiàn)期間的互補(bǔ)開(kāi)發(fā)，適用于電網(wǎng)難以覆蓋的邊遠(yuǎn)死去，并有利于能源開(kāi)發(fā)中的生態(tài)環(huán)境保護(hù)。