风光互补可再生能源技术的应用研析.pdfVIP

风光互补可再生能源技术的应用研究 † ‡ * 杨洪兴 吕琳 李恩君 †杨洪兴 香港理工大学可再生能源研究室 ‡ 吕琳 香港柏诚(亚洲) 有限公司 *李恩君 深圳市日新科技有限公司 摘 要：本文根据香港和广东沿海地区的历史气象数据分析验证了太阳能和风能资源具有非常好的互补性，并进行了独立型 风光互补系统的可靠性研究和实验验证，对沿海海岛和边远山区的电力普及和通信工程具有很好的实用价值。对于风光互补 发电系统的应用，本文建立了相应的系统优化模型，通过输入当地气象数据，根据不同的负载要求和可靠度要求，可以找出 最优化系统组合，即风力发电机装机功率，光伏系统装机功率和蓄电池容量的最优化选型。本文还根据一个12kW 风光互补 系统的测试数据分析了该系统的运行工况，给出了实测和分析结果。研究表明，如果按照本文所提出的数学模型进行可靠性 分析和最优化选型，可以为设计负载提供稳定的电力供应。 1. 介绍 自然界中天然形成存在的能量资源，通常可分为可再生能源和非可再生能源。除了太阳 能外，可再生能源还包括风能、水能、地热能、海洋能、潮汐能、生物质能等。目前，对于 太阳能，应用还主要集中在太阳能热水应用方面，而光伏板发电在近几年也得到迅速发展。 随着光伏板效率的提高和新材料带来成本的降低，以及日益增长的环保需求，太阳能光伏发 电得以迅速发展。风力发电最近几年也很受重视，风力发电主要应用在下面两种场合：一种 为大型风力发电机组或风力发电场，通常可以与电力系统并网；另外一种为小型风力发电机 组，通常配备蓄电池，提供一些独立系统的电力和能源供应，如边远地区的家庭电力供应， 岛屿或边远地区的信号站、通信站和天文台气象数据监测站等。 根据香港和广东沿海地区过去多年的气象数据和相关研究报告可以证明太阳能和风能资 源具有非常好的互补性[1，2] 。从全年的角度看，通常太阳能夏天比较充裕，而风能冬天则比较 丰富。同样，从一天的角度讲，对于太阳能比较充裕的天气晴朗的日子，风力通常则较差。 另外，根据气象数据处理，可以发现，风力主要出现在夜间和凌晨，这也与太阳能具有很好 的互补性。所以，对于偏远地区和电网很难到达的地区，风光互补可再生能源供电系统，作 为一种可靠性高的可再生能源电力供应系统，可以为一些电力稳定性要求高的用户提供较可 靠的电力供应，如高速发展的移动通信基站，光纤通信，输油管道，军营和居民用户等。 为了发展和推广此项技术，本文根据当地气象局所测的 30 年气象数据，分析研究了风光 互补系统的可靠性，并对一风光互补系统的实测结果进行了分析，给出了所开发的数学模型 和试验结果。 2. 风光互补发电系统和数学模型 风光互补发电系统具有风能发电和太阳能光伏发电互相补充的特性。当阴雨天和夜晚太 阳能辐射弱和没有的时候，风速一般比较大，此时风能发的电量占主要地位。而当晴空当头 的白天，风速比较小，太阳能发电占主导地位。图 2 和图 3 给出了季节性互补和日互补气象 数据。发电互补的结果可以大大降低设备的投资，又能满足连续不断的供电。 对于一个典型的 24V 风光互补发电系统，其系统图及工作原理如图 3 所示。风力发电机 和光伏系统提供 24V 直流电能，通过蓄电池稳定系统电压，为直流负载直接提供电力。当风 光互补系统发电量超过负载消耗时，多余电力会储存于蓄电池组。当没有风能和太阳能资源 不足的时候，发电电力供应不足，这时蓄电池将会释放电力来满足负载需要。为了保护蓄电 池组，防止因发电量太多造成蓄电池电压过高而使得蓄电池造成损害，采用假负载来进行保 护，用于释放过剩的电力。 18 30 Solar radiation 18 9 ) Wind pow er 2 15 25 16