《風光互補發(fā)電系統(tǒng)的應用前景分析》5100字（論文）

風光互補發(fā)電系統(tǒng)的應用前景分析目錄TOC\o"1-2"\h\u1風光互補發(fā)電概述 11.1風能、光能優(yōu)勢 11.2風光互補發(fā)電原理 12我國風光互補發(fā)電系統(tǒng)構成 22.1風力發(fā)電機 22.2光伏發(fā)電系統(tǒng) 22.3蓄電池 32.4控制器 43風光互補發(fā)電系統(tǒng)的應用前景 53.1農村生活用電 53.2室內LED照明用電 63.3在航標上的應用 63.4高速公路監(jiān)控設備電源 73.5通信基站的應用 83.6抽水蓄能電站中的應用 94總結 9參考文獻 11

摘要能源和環(huán)境已成為世界面臨的兩個重要問題。人們正在尋求新的能源以替代煤炭、石油等能源。而自然界那些可再生能源毫無疑問成為了人們的首選，尤其是太陽能和風能，在資源條件和工程應用方面具有很好的互補性。風光互補發(fā)電是一種經濟合理的能源供應方式，能夠一定程度上解決能源危機、環(huán)境污染問題。本文以風光互補為研究切入口，深入探討了風光互補的概念，如風能光能優(yōu)勢、風光互補發(fā)電原理等，隨后分析了風光互補發(fā)電的系統(tǒng)構成原理。如：風力發(fā)電機、光伏發(fā)電系統(tǒng)、蓄電池、控制器等。最后多方位、多角度地研究了風光互補發(fā)電在生活中的應用，如鄉(xiāng)村生活用電、LED照明用電、航標供電、高速供電、通信基站供電等。關鍵詞：能源可再生能源風光互補發(fā)電1風光互補發(fā)電概述1.1風能、光能優(yōu)勢能源問題關系到國家經濟發(fā)展，對人民生活有著極大的影響。近些年來，隨著石油等能源的過度開采、使用，世界各國存在嚴重的能源危機。伴隨著全球變暖、能源危機等因素，人們逐漸開始關注可再生能源?？稍偕茉粗饕ㄗ匀唤绲乃?、潮汐、太陽、風、海洋等自然清潔能源。這些能源與煤炭、天然氣、石油等有限的燃料相比，可再生能源具有更多的優(yōu)勢和好處，比如可再生能源有著無環(huán)境污染、無二氧化碳排放、取之不盡用之不竭等特點。在所有可再生能源中，風能和太陽最為普遍且最為人們所重視，因為它們具有不可持續(xù)、不可持續(xù)、廣泛分布、沒有運輸、沒有環(huán)境污染、可再生資源等特點[1]。1.2風光互補發(fā)電原理風能和太陽能都可用于發(fā)電，但其受到氣候、季節(jié)和季風的影響。風力發(fā)電系統(tǒng)和太陽能發(fā)電系統(tǒng)幾乎不能保證定期發(fā)電的穩(wěn)定性，降低系統(tǒng)電源的質量，造成電力負荷不平衡。在含儲能系統(tǒng)的發(fā)電系統(tǒng)中，這種不穩(wěn)定性可能導致儲能裝置斷電或過載，影響儲能裝置的使用年限。但是由于白天太陽的強度，風很弱；夜晚光線強度降低，由于表面溫度的差異，風逐漸增大。夏季陽光強度很低，冬季風很弱，太陽輻射強度、太陽能和風能在小時和季節(jié)方面具有很強的互補性。風光互補發(fā)電如下圖1所示：圖1.風光發(fā)電系統(tǒng)工作原理2我國風光互補發(fā)電系統(tǒng)構成2.1風力發(fā)電機風力渦輪機是將風能轉化為電能的發(fā)電裝置。包括扇葉、發(fā)動機、控制器、發(fā)電機等器件組成，如圖2所示。在風力發(fā)電的工作過程中，氣流動能作用于風力發(fā)電機葉輪，帶動葉輪轉動，通過葉輪轉動將空氣中的風能轉化為電能，儲存在蓄電池中。風力發(fā)電機是整個風力發(fā)電系統(tǒng)的核心，其在風力發(fā)電過程中，起到重要的轉換作用，能夠將風能轉換成電能。它主要由幾個螺旋脈沖組成。一定風速通過葉片導致葉輪轉動，發(fā)電機通過齒輪傳動系統(tǒng)發(fā)電。調節(jié)機構的主要功能是調整風機葉輪相對于氣流方向的相對位置，使葉輪盡可能吸收風力[2]。小橫軸風力發(fā)電機的調諧機制通常采用尾舵和尾車，而一些大中型風力發(fā)電機在聯(lián)網運行時，經常使用伺服電機進行調向。圖2.風力發(fā)電機實物2.2光伏發(fā)電系統(tǒng)光伏太陽能發(fā)電系統(tǒng)是風光互補發(fā)電系統(tǒng)的重要組成部分，由一排排太陽能電池板組成，如圖3所示。主要采用太陽能電池光電轉換原理，將光能從太陽能的優(yōu)點轉化為電能，然后通過一系列的電子電能處理，得到穩(wěn)定的電能系統(tǒng)。太陽能發(fā)電的基本原則是利用太陽能電池效應直接將太陽光中的熱能轉化為電能。這個能量轉換器叫做太陽能電池。光伏打效果也稱為光伏效應，是指異質半導體或產生光的半導體和金屬組合的不同部分之間的潛在差異。圖3.光伏發(fā)電實景2.3蓄電池如圖4所示，蓄電池是風光互補發(fā)電系統(tǒng)的重要組成部分，特別是對于豐峰外部互補發(fā)電系統(tǒng)。由于風能和太陽能資源的隨機和不穩(wěn)定特性，停電時風力和光電系統(tǒng)的電壓會有所不同。這種供電系統(tǒng)不僅會損壞電器，而且會給人們的生活帶來很大的不便。因此，風能和太陽能直接轉換產生的電力不能直接使用。為了使系統(tǒng)成為穩(wěn)定的電力系統(tǒng)，實現(xiàn)日夜平衡的電力供應，需要在風力發(fā)電系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)和電力消費系統(tǒng)之間添加儲能裝置[3]。存儲風力發(fā)電機和光伏組件產生的電力，為用戶提供均勻的電源。蓄電池有著重要作用。首先，是它是重要的儲能部件。太陽能和風能資源分布的間斷和不穩(wěn)定當太陽能或風能特別豐富時，蓄電池可以儲存過多的太陽能或風能，當極端氣候條件或發(fā)電系統(tǒng)直接失效時，蓄電池中的電能可以作為備用。其次，穩(wěn)定電壓的作用。光伏組件的輸出電壓，特別是風力渦輪機的輸出電壓，由于資源的隨機性，波動很大。電池調節(jié)和控制器控制動作保證了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。圖4.風光發(fā)電中的能蓄電池2.4控制器控制器是風能太陽能混合發(fā)電系統(tǒng)中的重要組成部分。其主要包括充放電控制裝置、直流中心、保護裝置、最大輸出控制裝置等部件，如圖5所示。風力太陽能混合發(fā)電系統(tǒng)控制器的主要功能是實現(xiàn)充電、放電功能，同時對整個系統(tǒng)進行保護，避免因電流問題，影響到整個發(fā)電系統(tǒng)。風力發(fā)電系統(tǒng)整流器設置在最大功率，根據氣象條件、太陽能發(fā)電變換器最大功率地控制電路、電池直流控制參數、放電電路等進行跟蹤[4]。這也可確保正常供電系統(tǒng)的供電負荷和安全運行?？刂破髦饕幸韵聨追矫娴目刂谱饔茫孩偻ㄟ^控制器檢查累加器。控制器根據電池的特點，合理的調整電壓點，并恢復連接點。然后將系統(tǒng)參數與實際值進行比較，并根據比較結果進行相應處理。當生產足夠時，一方面通過整流逆變器系統(tǒng)提供充電，另一方面通過放電電路充電或放電蓄電池。當功耗較低時，將電池連接到系統(tǒng)以提供負載。②風電控制。風力發(fā)電系統(tǒng)的控制主要包括最大功率控制、充電功率控制和過電壓保護?？刂破骺梢栽诟欁畲蠊β蕰r執(zhí)行風扇的電磁和電氣限制保護控制。風力發(fā)電機功率過大時，會提供反向轉矩，進而降低風力發(fā)電的轉速，以保護整個發(fā)電系統(tǒng)。③光電控制。根據不同的照明和負荷條件，光伏系統(tǒng)可分為兩種運行狀態(tài):最大功率控制和負荷跟蹤控制。當光線不足時，控制器由最大功率跟蹤器控制，從而使太陽能電池盡可能捕獲能量。當光線充足時，控制器會計算充電器和充電器可接受的最大電流之和，并根據總線電壓值計算相應的功率，以操作相應的控制開關，確保系統(tǒng)安全可靠地運行。圖5.風光互補發(fā)電中控制器3風光互補發(fā)電系統(tǒng)的應用前景獨立的風力發(fā)電或光能發(fā)電會受到環(huán)境的影響，在無風、多雨等特效情況下，無法做到發(fā)電，而采用風光互補發(fā)電系統(tǒng)，就可以有效解決這一問題。因此，很多領域都會用到風光互補發(fā)電系統(tǒng)。3.1農村生活用電目前居住在農村地區(qū)的8億中國人中約有5%缺乏生活用電。在中國，停電的村莊往往位于風能和太陽能資源豐富的地區(qū)，利用互補的景觀發(fā)電系統(tǒng)有很大潛力解決能源消耗問題。采用標準化的景觀生產系統(tǒng)將有助于加快這些地區(qū)的經濟發(fā)展，提高其經濟水平[5]。此外，利用景觀互補系統(tǒng)開發(fā)豐富的可再生能源，可以為偏遠地區(qū)的農村居民提供最適當和最廉價的能源服務，有助于偏遠地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。如圖6所示，通過風光發(fā)電系統(tǒng)為西藏地區(qū)人民輸送生活用電。圖6.西藏地區(qū)居民住宅風光發(fā)電實景3.2室內LED照明用電全球戶外照明項目大約消耗全球發(fā)電量的12%。在全球能源和環(huán)境保護日益緊張的背景下，LED補充照明技術的節(jié)能問題在全世界日益受到關注?；パaLED照明系統(tǒng)的核心工作原理就是依靠太陽能和風能發(fā)電系統(tǒng)，對蓄電池進行充電，蓄電池再將其中存儲的電能供應給LED燈，室外LED燈根據光照強度晚上自動切換供電方式。智能控制系統(tǒng)具有遠程管理、遙控指揮的功能[6]。智能控制器還具備人工智能的特性，可為整個照明項目實施三臺遠程計算機的高級管理。場景互補發(fā)電系統(tǒng)可廣泛應用于道路照明工程(高速公路、干線公路、支線公路)、城市照明工程(街燈、庭院燈、壁燈等)。3.3在航標上的應用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)已應用于中國部分地區(qū)的導航信標，特別是燈塔方面。但也存在一些問題，其中最重要的是太陽能不足，在持續(xù)不利的天氣條件下，容易造成電池過度放電，電燈關閉，影響電池性能。惡劣的天氣往往伴隨著強風，這意味著無陽光的情況下，可通過強大的風力能源來實現(xiàn)發(fā)電。在這種情況下，通過風能可以彌補供電不足、無光能發(fā)電的情況?；パa情景生成系統(tǒng)對環(huán)境友好、無污染、不可維護、易于安裝和使用，以滿足航標能源應用的需要。在太陽能配置中，滿足春夏互補發(fā)電系統(tǒng)的能源景觀。不啟動現(xiàn)場補充生產系統(tǒng)的供應；冬季、春季或連續(xù)降雨天氣，太陽能發(fā)電不足時，在現(xiàn)場啟動額外發(fā)電系統(tǒng)。如圖7所示，在海洋航標等不便輸送電量的地方，通過風光互補為航標提供電量。圖7.海洋航標上的風光互補發(fā)電3.4高速公路監(jiān)控設備電源目前，高速公路攝像頭需要24小時不間斷運行。采用傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)會消耗很多能源，所以傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)不利于節(jié)能。此外，由于相機電源線經常被盜，損失巨大，使用和維護成本大幅增加，增加了高速公路運營單位的運營成本。由于道路監(jiān)控系統(tǒng)點多條線路的長度，利用傳統(tǒng)的公用事業(yè)網絡供電不僅難以建設，而且支助費用高。目前太陽能光伏發(fā)電成本較高，風力發(fā)電成本較低。二者在道路監(jiān)控系統(tǒng)與其他能耗場所的互補性方面都具有獨特的優(yōu)勢，例如多線長度和遠離電網的電力不足。實施情景補充發(fā)電系統(tǒng)，為道路監(jiān)控攝像機供電不僅節(jié)省能源，而且不需要鋪設電纜，從而降低成本。如圖8所示，道路兩側裝有風光發(fā)電系統(tǒng)，為監(jiān)控設備提供電源。然而中國的一些地區(qū)將會出現(xiàn)持續(xù)的云層、降雨天氣、缺乏陽光和初始風力等不利的天氣條件。可能會出現(xiàn)不可持續(xù)的供應現(xiàn)象。此時，當太陽能和風能不足以保證系統(tǒng)正常運行時，可以使用原電源線自動充電。而且每個監(jiān)控點都是獨立的電源系統(tǒng)，即使某個監(jiān)控點出現(xiàn)電源故障，也不會影響系統(tǒng)中其他監(jiān)控點的正常運行。圖8.高速公路兩側的風光發(fā)電3.5通信基站的應用目前，我國眾多島嶼、山區(qū)受地理環(huán)境因素影響，很難保證電力供應。尤其是漁業(yè)和航運等地方產業(yè)的通信需求，有必要建立通信基站，這些基站都需要消耗電力。然而傳統(tǒng)的供電系統(tǒng)能以延伸到這些區(qū)域，為了確保長期供電，只有依靠自然能源，比如太陽能、風能，尤其在一些島嶼、山區(qū)蘊含著豐富的太陽能、風能。通過風光互補發(fā)電系統(tǒng)能夠將這些能源轉化成電能，為基站供電。風光互補發(fā)電系統(tǒng)是一種可靠性高、經濟效益好的獨立供電系統(tǒng)，適合通信基站供電。執(zhí)行者:基站應配備基站維護人員，當太陽能或風能不足時，系統(tǒng)可配備柴油發(fā)電機。這有助于降低系統(tǒng)中太陽能電池組件和風力發(fā)電機的容量，降低通信的成本，提高基站運營的可靠性。如圖9所示，山區(qū)的通信基站，通過風光互補發(fā)電來獲得電量供應。圖9.山區(qū)基站風光互補發(fā)電3.6抽水蓄能電站中的應用風光互補抽水蓄能電站采用風力和太陽能發(fā)電，沒有電池，直接驅動水泵實現(xiàn)抽水蓄能，然后利用儲水進行發(fā)電。該能源模式結合了傳統(tǒng)水電、風力和太陽能三種能源發(fā)電的特點，綜合三種能源之間的優(yōu)勢互補，通用應用于電網復蓋困難的偏僻山區(qū)，雖然促進了能源開發(fā)中的生態(tài)環(huán)境保護問題，但是其建設成本略高于水電站的費用，此外還可以解決一些地區(qū)的小型水力發(fā)電廠冬季不能發(fā)電的問題。因此，多種能源互補開發(fā)與風力互補抽水蓄能電站相結合，具有獨特的技術和經濟效益，可作為一些地區(qū)的能源利用方案。

4總結隨著全球能源危機以及生態(tài)環(huán)境的惡化，人們將越來越重視新能源開發(fā)。一些可再生能源如：光能、潮汐能、風能等，也將受到更多人的關注。然而現(xiàn)有的一些單一能源發(fā)電，如：太陽能發(fā)電、風力發(fā)電、水里發(fā)電等，這些單獨的發(fā)電容易受到天氣影響，通過風光互補發(fā)電系統(tǒng)可以有效解決特殊天氣風光發(fā)電問題。本文簡單介紹了風光互補發(fā)電系統(tǒng)的構成，詳細地分析了風光互補發(fā)電系統(tǒng)在居民用電、通信基站、航標、抽水蓄能電站等生活領域的應用前景。通過文中分析可以看出，風光互補發(fā)電系統(tǒng)對于人們日常生活有著重要影響，該發(fā)電系統(tǒng)能夠融入到生活的各個角落，充分利用可再生風能、光能，也側面反映出該發(fā)電系統(tǒng)對節(jié)能減排的促進作用。隨著物理科學的發(fā)展進步，風光互補發(fā)電系統(tǒng)也必然得到廣泛推廣和應用。參考文獻[1]陳松利，閆彩霞，李明.中小功率分布式風光互補發(fā)電系統(tǒng)的匹配研究，現(xiàn)