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(bǔ)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(yáng)能光伏發(fā)電與風(fēng)力發(fā)電有機(jī)地結(jié)合在一起，既高效利用土地，又實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能與風(fēng)能發(fā)電的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，同時(shí)利用風(fēng)電場(chǎng)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(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)推動(dòng)了我國(guó)節(jié)能環(huán)保事業(yè)的發(fā)展，同時(shí)有助于資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)的建設(shè)。甘肅省風(fēng)能、太陽(yáng)能資源儲(chǔ)量豐富，且分布集中，適宜進(jìn)行大規(guī)模集中開(kāi)發(fā)。本文對(duì)甘肅地區(qū)風(fēng)能光伏互補(bǔ)發(fā)電進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】

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

在當(dāng)今全球能源短缺的大背景下，風(fēng)能和太陽(yáng)能作為一種清潔的可再生能源，受到了世界各國(guó)的重視。風(fēng)能和太陽(yáng)能在時(shí)間上、季節(jié)上以及地理位置上都有較好的的互補(bǔ)性，兩種新能源的結(jié)合應(yīng)用，使發(fā)電成本更加經(jīng)濟(jì)，發(fā)電可靠性和效率也更高。我國(guó)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(duì)較低，目前國(guó)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(yáng)能資源儲(chǔ)量豐富，且分布集中，適宜進(jìn)行大規(guī)模集中開(kāi)發(fā)。

1 甘肅地區(qū)風(fēng)能光伏互補(bǔ)發(fā)電概況

甘肅省是風(fēng)能資源大省，據(jù)測(cè)算，理論儲(chǔ)量為2.37億千瓦，位居全國(guó)第五。甘肅風(fēng)力資源理論儲(chǔ)量為2.37億千瓦，可開(kāi)發(fā)容量在4000萬(wàn)千瓦以上，酒泉地區(qū)的瓜州縣享有“世界風(fēng)庫(kù)”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(shí)數(shù)6000多小時(shí)，風(fēng)機(jī)年滿負(fù)荷發(fā)電小時(shí)數(shù)可達(dá)2300小時(shí)。

作為全國(guó)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(jìn)入規(guī)?；焖侔l(fā)展階段。大規(guī)模開(kāi)發(fā)、遠(yuǎn)距離輸送，甘肅是我國(guó)新能源發(fā)展的一個(gè)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(guó)家多項(xiàng)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(xiàng)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(dá)750萬(wàn)千瓦，風(fēng)電裝機(jī)將達(dá)1700萬(wàn)千瓦，且絕大多數(shù)集中在日照時(shí)數(shù)長(zhǎng)、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(shí)。155億千瓦時(shí)的清潔能源進(jìn)入三華地區(qū)，相當(dāng)于當(dāng)?shù)鼗痣姍C(jī)組少燒511.5萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤。

2 風(fēng)能光伏互補(bǔ)發(fā)電技術(shù)

風(fēng)光互補(bǔ)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(jī)械工程等。光伏發(fā)電單元將太陽(yáng)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(duì)得到的直流電進(jìn)行功率變換后對(duì)負(fù)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(chǔ)到蓄電池組中。風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)充分利用了風(fēng)能和太陽(yáng)能的特性和優(yōu)勢(shì)，最大限度地利用自然資源。

風(fēng)光互補(bǔ)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(jī)組、太陽(yáng)能光伏電池組、控制器、蓄電池、逆變器、交流直流負(fù)載等部分組成，如圖1所示。該系統(tǒng)是集風(fēng)能、太陽(yáng)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(dá)到一定風(fēng)速時(shí)，利用風(fēng)力機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，然后通過(guò)風(fēng)力發(fā)電機(jī)將機(jī)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(guò)整流器整流，給蓄電池充電，經(jīng)過(guò)逆變器對(duì)負(fù)載供電。

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)換為直流形式的電能，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。

蓄電池部分：由多塊蓄電池組成，起著儲(chǔ)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(guò)剩時(shí)，蓄電池將多余的電能儲(chǔ)存起來(lái)；當(dāng)系統(tǒng)發(fā)電量不足或負(fù)荷用電量增加時(shí)，則由蓄電池向負(fù)荷補(bǔ)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(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，使其在充電、放電或浮充電等多種工況下交替運(yùn)行，從而保證風(fēng)光互補(bǔ)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(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。

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。

3 風(fēng)能光伏互補(bǔ)發(fā)電的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用前景

由太陽(yáng)能和風(fēng)能在時(shí)間與地域上的互補(bǔ)性特性，風(fēng)光互補(bǔ)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(bǔ)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(jì)，發(fā)電可靠性和效率也更高。

風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)利用風(fēng)能、太陽(yáng)能的互補(bǔ)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(chǔ)能蓄電池的容量，并提高蓄電池的使用壽命。太陽(yáng)能獨(dú)立發(fā)電的發(fā)電成本較高，有著較強(qiáng)的隨機(jī)性,而風(fēng)能發(fā)電成本較低，風(fēng)光互補(bǔ)結(jié)合可共用一套設(shè)備，降低工程系統(tǒng)造價(jià)，降低運(yùn)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(guò)合理的設(shè)計(jì)與匹配，可以基本上實(shí)現(xiàn)風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)供電，節(jié)約投資。

風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)具有良好的應(yīng)用前景，它彌補(bǔ)了獨(dú)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(jì)效益。風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)推動(dòng)了我國(guó)節(jié)能環(huán)保事業(yè)的發(fā)展，同時(shí)有助于資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)的建設(shè)。

為了促進(jìn)風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展，使其成為一種更具競(jìng)爭(zhēng)力的清潔電源，應(yīng)進(jìn)一步拓展風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域，積累風(fēng)光互補(bǔ)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(kāi)發(fā)和利用奠定基礎(chǔ)。

隨著社會(huì)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(kāi)發(fā)是人類發(fā)展的趨勢(shì)。風(fēng)能和太陽(yáng)能必互補(bǔ)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(xiàn)】

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