甘肃地区风能光伏互补发电研究

李彦林 甘肃林业职业技术学院 甘肃天水 741020



甘肃地区风能光伏互补发电研究

李彦林 甘肃林业职业技术学院 甘肃天水 741020

【文章摘要】

太阳能光伏发电与风力发电有机地结合在一起，既高效利用土地，又实现了太阳能与风能发电的优势互补，同时利用风电场已建成的送出系统，减少了投资，效益更加显著。风光互补发电系统推动了我国节能环保事业的发展，同时有助于资源节约型和环境友好型社会的建设。甘肃省风能、太阳能资源储量丰富，且分布集中，适宜进行大规模集中开发。本文对甘肃地区风能光伏互补发电进行了探讨。

【关键词】

太阳能光伏发电；风力发电；风光互补；甘肃

在当今全球能源短缺的大背景下，风能和太阳能作为一种清洁的可再生能源，受到了世界各国的重视。风能和太阳能在时间上、季节上以及地理位置上都有较好的的互补性，两种新能源的结合应用，使发电成本更加经济，发电可靠性和效率也更高。我国风能资源丰富，主要集中在西北、东北、东部沿海地区。由于光照资源丰富以及土地成本相对较低，目前国内大型光伏地面电站主要集中在西北地区。甘肃省风能、太阳能资源储量丰富，且分布集中，适宜进行大规模集中开发。

1 甘肃地区风能光伏互补发电概况

甘肃省是风能资源大省，据测算，理论储量为2.37亿千瓦，位居全国第五。甘肃风力资源理论储量为2.37亿千瓦，可开发容量在4000万千瓦以上，酒泉地区的瓜州县享有“世界风库”的别称。河西走廊西端的酒泉地区是季风的源头，年平均有效风功率在每平方米150瓦以上、有效风速时数6000多小时，风机年满负荷发电小时数可达2300小时。

作为全国重要的新能源基地，甘肃风电、光伏等可再生能源在2008年后就已进入规模化快速发展阶段。大规模开发、远距离输送，甘肃是我国新能源发展的一个典型样本，区别于欧美分散、就地消纳的发展模式。受益于国家多项新能源扶持政策，也得益于甘肃河西地区广袤的碎石戈壁和充足的风光资源，一大批清洁能源项目如雨后春笋般在河西走廊生根发芽。

按照甘肃省“十二五”新能源和可再生能源发展规划，到2015年年底，甘肃光伏并网容量将达750万千瓦，风电装机将达1700万千瓦，且绝大多数集中在日照时数长、风能资源丰富的河西地区。

目前，甘肃新能源电力外送规模不断刷新纪录。2015年底，甘肃跨省外送电量155亿千瓦时。155亿千瓦时的清洁能源进入三华地区，相当于当地火电机组少烧511.5万吨标准煤。

2 风能光伏互补发电技术

风光互补发电技术结合了中小型风电技术和光伏发电技术，涉及到许多新技术，包括电力电子、控制理论、机械工程等。光伏发电单元将太阳能转化为电能，风力发电单元将风能转化成电能；智能控制器对得到的直流电进行功率变换后对负载提供可靠的电力供应，在能量充足的情况下，将多余的能量存储到蓄电池组中。风光互补发电系统充分利用了风能和太阳能的特性和优势，最大限度地利用自然资源。

风光互补发电系统是由风电系统与光电系统共同组成的供电系统，主要由风力发电机组、太阳能光伏电池组、控制器、蓄电池、逆变器、交流直流负载等部分组成，如图1所示。该系统是集风能、太阳能及蓄电池等多种能源发电技术及系统智能控制技术为一体的复合可再生能源发电系统。

风力发电部分：小型直流发电系统一般和蓄电池匹配使用，装置容量一般为1000 w以下。当风力达到一定风速时，利用风力机将风能转化为机械能，然后通过风力发电机将机械能转换为交流形式的电能。由于产生的交流电压不稳定，需通过整流器整流，给蓄电池充电，经过逆变器对负载供电。

光伏发电部分：利用太阳能电池板的光伏效应将光能转换为直流形式的电能，然后对蓄电池充电，通过逆变器将直流电转换为交流电对负载进行供电。

蓄电池部分：由多块蓄电池组成，起着储存和调节电能的作用，当风力很大或日照充足导致产生的电能过剩时，蓄电池将多余的电能储存起来；当系统发电量不足或负荷用电量增加时，则由蓄电池向负荷补充电能，并保持供电电压的稳定。

控制系统：根据日照强度、风力大小及负载的变化，不断对蓄电池组的工作状态进行切换和调节。一方面把调整后的电能直接送往直流或交流负载，另一方面把多余的电能送往蓄电池组存储。发电量不能满足负载需要时，控制器把蓄电池的电能送往负载，使其在充电、放电或浮充电等多种工况下交替运行，从而保证风光互补发电系统工作的连续性和稳定性。

逆变系统：由几台逆变器组成，把蓄电池中的直流电变成标准的220v交流电，保证交流电负载设备的正常使用。同时还具有自动稳压功能，可改善风光互补发电系统的供电质量。

风光互补发电系统根据风力和太阳辐射变化情况，可以在以下三种模式下运行：风力发电机组单独向负载供电；光伏发电系统单独向负载供电；风力发电机组和光伏发电系统联合向负载供电。

3 风能光伏互补发电的优势和应用前景

由太阳能和风能在时间与地域上的互补性特性，风光互补发电系统可有效解决这一难题。由于两者具有能量互补特性，两种新能源的结合应用使发电成本更加经济，发电可靠性和效率也更高。

风光互补发电系统利用风能、太阳能的互补特性，获得比较稳定的总输出，提高发电系统的稳定性和可靠性。在保证同样供电的情况下，可大大减少储能蓄电池的容量，并提高蓄电池的使用寿命。太阳能独立发电的发电成本较高，有着较强的随机性,而风能发电成本较低，风光互补结合可共用一套设备，降低工程系统造价，降低运行成本，可在满足供电要求的情况下降低发电成本。因此，通过合理的设计与匹配，可以基本上实现风光互补发电系统供电，节约投资。

风光互补发电系统具有良好的应用前景，它弥补了独立风电和光电系统的不足，能够向电网提供更加稳定的电能，大大提高了经济效益。风光互补发电系统推动了我国节能环保事业的发展，同时有助于资源节约型和环境友好型社会的建设。

为了促进风光互补发电系统的进一步发展，使其成为一种更具竞争力的清洁电源，应进一步拓展风光互补发电系统的应用领域，积累风光互补发电的使用数据，在应用中逐步形成较完善的可再生能源技术支撑体系，为可再生能源的大规模开发和利用奠定基础。

随着社会的发展和能源的短缺，高科技和新技术得到广泛的应用，新能源的发展和开发是人类发展的趋势。风能和太阳能必互补发电将在当今资源稀缺的年代得到大力的推广，具有良好的应用前景。

【参考文献】

[1]赵春江.太阳能光伏发电系统技术的发展[J].自然杂志,2010年03期

[2]孙楠,邢德山,杜海玲.风光互补发电系统的发展与应用[J].山西电力,2010年04期

[3]王彦民，风光无限看甘肃，外送绿色电量155亿千瓦时，中国电力新闻网，2015.3.30