重庆大学感知电世界通识课论文.docx

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重庆大学感知电世界通识课论文

《感知电世界》课程综合训练报告

新能源发电小型化

风光互补离网储能发电探讨

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学号：

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学院：

弘深学院

时间：

2014年6月14日

摘要

如今新能源发电已成为全球热议的主题，而互补储能发电又是新能源发电中新生力量

风光互补发电系统解决方案主要应用于道路照明、农业、牧业、种植、养殖业、旅游业、广告业、服务业、港口、山区、林区、铁路、石油、部队边防哨所、通讯中继站、公路和铁路信号站、地质勘探和野外考察工作站及其它用电不便地区的供电。

　　风光互补发电系统主要由风力发电机、太阳能电池方阵、智能控制器、蓄电池组、多功能逆变器、电缆及支撑和辅助件等组成一个发电系统。

夜间和阴雨天无阳光时由风能发电，晴天由太阳能发电，在既有风又有太阳的情况下两者同时发挥作用，实现了全天候的发电功能，比单用风机和太阳能更经济、科学、实用。

但对风光储能发电具有一定的缺陷，需要通过一个化学能转化过程。

但在实际中蓄电池的使用总是有一定的使用次数。

能否有一种长久的储能系统。

目前还有两种可能的解决办法。

一是超大电容的开发来储存电能；二是大规模电网的建设，通过远程调度电能实现分配，再配合超特高压直流输电技术的发展也必将能够减少电能的损失。

关键词：

风光互补储能发电、风能、太阳能、新能源发电、储能方式

1.课题来源

在平时老师所讲新能源发展中，以及两次讨论课中对新能源发电，和尤其是在新发电技术探讨中，我曾想到能否将新能源的常见清洁能源发电变得小型化、家庭化，使新能源发电普遍应用，而在第二次讨论课提问环节，孙老师也曾提出现在新型“白天太阳大时太阳能发电而晚上风大时风能发电”而这不禁引发我的思考，而在广泛查阅资料后，发现存在一种可能，即是近年来讨论对风能、太阳能小型化综合应用，尤其是在风光互补离网储能发电级具发展潜力和应用前景

2.国内外报道现状

在新能源的使用上，欧美发达国家脚步走得更快一些，一些小镇已经全盘使用可再生能源产生清洁电能，并有多余的清洁电能出售。

使用风力发电满足居民用电所需的小镇，在美国、丹麦、意大利都能找到。

美国特裡蒙特（Tremont）镇位于明尼苏达州的南部，其风力发电应用在美国排名靠前。

在小镇边上，有67台大型风力发电机分布在36.3平方千米左右的的区域里。

这些风力发电机产生的电能可以满足明尼苏达州2.9万个家庭的用电需求，每年为当地的农场主和政府创造近200万美元的价值。

丹麦萨姆索岛（IslandofSamso）位于丹麦的地理中心，人口数量4千左右。

现在，它的岸上和海上都竖满了风力涡轮机，岛上七成的家庭还用生物燃料和太阳能供暖。

11架岸上的风力涡轮机所发电量就可满足岛上所有居民的用电需求。

萨姆索岛所产风电除了满足岛民，还有剩余的出口。

意大利托科镇（ToccodaCasauria）位于意大利中部山区，人口2700左右，属于较为贫穷的地区。

托科处于风口上，早上有山区吹来的气流，下午有海风，其风力发电机全天运转，产电量比小镇所需电力多30%。

得益于技术的进步，托科在2007和2009年分别修建了4座无噪音风电机。

托科的风力发电则为厂商与政府签订固定价格收购的合约，虽然让小镇居民能节省的电费有限，但是能够提供小镇用电自给自足，减轻物价波动带来的影响。

加之将多出的30%电力回卖给意大利国家电网。

风电每年创造近30万欧元的利润，回馈给居民每月的补助达上百欧元。

但仅靠风力发电有停电风险，托科借风电的开发势头，兴起太阳能发电板的投资，在街道、公共设施和墓地等地带设置太阳能发电板，每年产生约2—3千欧元的收入以支付其保养费用。

目前，越来越多的富裕家庭

在家中屋顶设置太阳能发电板，其中一位富裕屋主每月最多节约600欧元电费。

在我国山东省即墨市也在积极探索将光伏、现代农业和新型城镇社区有机结合，打造新型城镇化“太阳能小镇”。

即墨市积极探索将光伏、现代农业和新型城镇社区有机结合，打造新型城镇化“太阳能小镇”。

该模式将多个自然村的土地集中起来，建设光伏农业科技大棚，当地农民以土地入股并就近在棚内劳动，通过股金分成带来财产性收入，通过劳动带来工资性收入。

由企业投资建设“太阳能小镇”的中心社区，并配套建设一定规模的光伏大棚，棚内种植高附加值作物，棚顶利用太阳能发电，产生的清洁电力供社区使用。

目前，即墨市已开发太阳能光伏大棚500余亩，正加快建设“太阳能小镇”。

由此可见，国外新能源发电小型化应用也是片面化的，主要也已风能为主，但在更具小型化、互补性强的风光互补发电系统确只是初见报端。

2011年11月29日，在鄞州集仕港建成了全国第一个风光互补民用并网发电系统，在集仕港镇下山庄村的一处公共建筑屋顶，装上了第一套风光互补并网发电系统。

系统如下

约占地20平方米的四排太阳能电板、一架约4米高的大风车。

　　前者在阳光充足的日子里将太阳能转化成电力，后者则利用风能发电，夜晚太阳落山，气温下降，风力开始加强，只要达到3级微风就能工作，充分利用了太阳能风能在早晚、夏冬的互补特性。

试运行的时间里，这套设备平均每天发电6度左右，在眼下不太使用空调的季节，够一户三口之家用一天。

如果在农村或者郊区别墅推广开来，家家户户都可以成为一个小发电厂。

自家发电用不完也可以“上传”卖给国家事实上，如果仅仅是利用太阳能和风能发电，这样的技术并不罕见。

内蒙古的游牧民族就会使用这样的系统。

　但目前这套系统仍有许多局限性，其中最重要就是成本高昂，利润薄弱

在国内还是首例，但在国外早已经被普及。

如在美国推广这套系统是通过设备补贴+电费补贴电并网模式

　　而在美国的补贴政策是这样的，居民购买了自发电系统，国家给予设备价格30%的优惠，同时，用不完的电重新上网的收购价，按最高标准计算。

比如我们的民用电约0.5元/度，而工业电约1元/度，目前在鄞州电网的价格是按民用电价格回收的，而在美国，就是按工业用电的电价回收。

”

而在我国国内风能也是呈主要增长态势，而太阳能也是另一大电能“马车”，但我国仍与世界先进国家有很大差距如以丹麦和德国为例。

这两个国家在1970年开始用现代技术研发风电机组，而且采取了许多政策措施培育国内市场，从大量野外工作中积累了丰富经验，形成了非常成熟的技术并制定了完善的检测认证体系。

相比来说，国内风电场建设刚起步，在自主研发能力、公共技术平台（如大型叶片试验、传动系统试验、整机测试场等）建设、检测认证体系等方面与国际先进技术水平的差距都在10年以上。

3.风光互补发电系统的优势及应用前景

3.1风光互补发电系统简介

风光互补，是一套发电应用系统，该系统是利用太阳能电池方阵、风力发电机（将交流电转化为直流电）将发出的电能存储到蓄电池组中，当用户需要用电时，逆变器将蓄电池组中储存的直流电转变为交流电，通过输电线路送到用户负载处。

是风力发电机和太阳电池方阵两种发电设备共同发电。

风光互补发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，系统结构图见附图。

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。

（1）风力发电部分是利用风力机将风能转换为机械能，通过风力发电机将机械能转换为电能，再通过控制器对蓄电池充电，经过逆变器对负载供电；

（2）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；

（3）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；

（4）控制部分根据日照强度、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，保证了整个系统工作的连续性和稳定性；

（5）蓄电池部分由多块蓄电池组成，在系统中同时起到能量调节和平衡负载两大作用。

它将风力发电系统和光伏发电系统输出的电能转化为化学能储存起来，以备供电不足时使用。

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。

风光互补发电系统图

3.2风光互补发电系统优势及应用前景

风光互补发电比单独风力发电或光伏发电有以下优点：

一、利用风能、太阳能的互补性，可以获得比较稳定的输出，系统有较高的稳定性和可靠性；

二、在保证同样供电的情况下，可大大减少储能蓄电池的容量[5]；

三、通过合理地设计与匹配，可以基本上由风光互补发电系统供电，很少或基本不用启动备用电源如柴油机发电机组等，可获得较好的社会效益和经济效益。

风光互补发电系统是针对通信基站、微波站、边防哨所、边远牧区、无电户地区及海岛，在远离大电网，处于无电状态、人烟稀少，用电负荷低且交通不便的情况下，利用本地区充裕的风能、太阳能建设的一种经济实用性发电站。

3.2.1农村供电

中国现有9亿人口生活在农村，其中5%左右目前还未能用上电。

在中国无电乡村往往位于风能和太阳能蕴藏量丰富的地区。

因此利用风光互补发电系统解决用电问题的潜力很大。

采用已达到标准化的风光互补发电系统有利于加速这些地区的经济发展，提高其经济水平。

另外，利用风光互补系统开发储量丰富的可再生能源，可以为广大边远地区的农村人口提供最适宜也最便宜的电力服务，促进贫困地区的可持续发展。

我国已经建成了千余个可再生能源的独立运行村落集中供电系统，但是这些系统都只提供照明和生活用电，不能或不运行使用生产性负载，这就使系统的经济性变得非常差。

可再生能源独立运行村落集中供电系统的出路是经济上的可持续运行，涉及到系统的所有权、管理机制、电费标准、生产性负载的管理、电站政府补贴资金来源、数量和分配渠道等等。

但是这种可持续发展模式，对中国在内的所有发展中国家都有深远意义。

3.2.2室外应用

世界上室外照明工程的耗电量占全球发电量的12%左右，在全球日趋紧张的能源和环保背景下，它的节能工作日益引起全世界的关注。

基本原理是：

太阳能和风能以互补形式通过控制器向蓄电池智能化充电，到晚间根据光线强弱程度自动开启和关闭各类led室外灯具。

智能化控制器具有无线传感网络通讯功能，可以和后台计算机实现三遥管理（遥测、遥讯、遥控）。

智能化控制器还具有强大的人工智能功能，对整个照明工程实施先进的计算机三遥管理，重点是照明灯具的运行状况巡检及故障和防盗报警。

3.2.3道路照明

车行道路照明工程（快速道/主干道/次干道/支路）；小区（广义）道路照明工程（小区路灯/庭院灯/草坪灯/地埋灯/壁灯等）。

目前已被开发的新能源新光源室外照明工程有：

风光互补led智能化路灯、风光互补led小区道路照明工程、风光互补led景观照明工程、风光互补led智能化隧道照明工程、智能化led路灯等。

3.2.4航标应用

我国部分地区的航标已经应用了太阳能发电，特别是灯塔桩，但是也存在着一些问题，最突出的就是在连续天气不良状况下太阳能发电不足，易造成电池过放，灯光熄灭，影响了电池的使用性能或损毁。

冬季和春季太阳能发电不足的问题尤为严重。

天气不良情况下往往是伴随大风，也就是说，太阳能发电不理想的天气状况往往是风能最丰富的时候，针对这种情况，可以用以风力发电为主，光伏发电为辅的风光互补发电系统代替传统的太阳能发电系统。

风光互补发电系统具有环保、无污染、免维护、安装使用方便等特点，符合航标能源应用要求。

在太阳能配置满足春夏季能源供应的情况下，不启动风光互补发电系统；在冬春季或连续天气不良状况、太阳能发电不良情况下，启动风光互补发电系统。

由此可见，风光互补发电系统在航标上的应用具备了季节性和气候性的特点。

事