风光互补式发电系统 组长：薛水莲 组员：张艳歌、徐银凤 李 晶、袁汉斌

主要内容 1 风力发电和光伏发电的简介 风光互补式发电的提出 2 3 风光互补发电系统 应用及国内外的研究现状 4 致 谢 5

风力发电和光伏发电的简介 一、风能和太阳能 优 点 取之不尽、用之不竭 就地可取、无需运输 无环境污染 风能和太阳能是可再生清洁能源，我国幅员辽阔，陆地表面接受的太阳辐射能约为5×10e19KJ/a，可开发利用的陆地及近海风能储量约为1×10e9KW。在当前可利用的几种可再生能源中，风能和太阳能是目前利用比较广泛的两种。同其它能源相比，风能和太阳能有着其自身的优点： 取之不尽、用之不竭 就地可取、无需运输 无环境污染 优 点

二、风力发电 风电系统是利用风力发电机将风能转换成电能，再利用控制器对蓄电池充电，然后通过逆变器并入交流的系统。其优点是系统单位时间发电量大，系统造价、运行和维护成本低，但是大部分地区风能供应量随季节和天气变化较大，可靠性不足。

三、光伏发电 光电系统是将太阳能通过光电板转化成电能，再通过控制器充电至蓄电池，然后通过逆变器并入交流电网的系统。该系统的优点是供电可靠性高、运行维护成本低。光伏发电系统分为独立太阳能光伏发电系统和并网太阳能光伏发电系统。

资源的不 确定性导 致出力相 对不稳定 可控性差 风力发电 缺 点 可靠性不足 造价成本高 光伏发电 供能不足

风光互补式发电系统的提出 某地10月份典型日太阳能和风能资源分布图

风光互补式发电的提出 弥补风能、太阳能间歇性的缺陷，从而开 发一种新的性能优越的绿色能源。 因此，采用风光互补发电，可以 在风能、太阳能单独用于发电的系统中，由于风能、太阳能的稳定性较差，为了能够提供连续稳定的能量转换输出，无论是光伏供电系统还是风力发电系统，都要引入能量存储环节用以调节系统运行过程中的能量供需平衡。考虑到风电和光电系统在蓄电池组和逆变环节可以通用，所以建立风光互补发电系统在技术应用上成为可能，同时可以减少储能设备——蓄电池的设计容量，一定程度上消除了系统电量的供需不平衡，从而即降低了系统初投资也减轻了系统维护工作量。因此从技术评价来看，风光互补发电系统是一种合理的独立供电系统。 因此，采用风光互补发电，可以 弥补风能、太阳能间歇性的缺陷，从而开 发一种新的性能优越的绿色能源。

风光互补发电系统 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。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。

一、风光互补发电系统构成

风光互补式发电系统结构图

Solar-wind hybrid power system

二、传统的风光互补式发电 风力发电部分 按照风力发电机轴线的方向可把风力发电机分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机。水平轴风力发电机的风轮轴线的安装位置与水平面夹角不大于15 度。其风轮有双叶片式、三叶片式和多叶片式。水平轴风力机的技术已经比较成熟，水平轴风力发电机具有设计方法简单、风能利用率高、起动性能好、结构先进等众多优点，具有更加广阔的市场应用前景，在一定时期内，水平轴风力发电机还将占主导地位。目前，世界各国主要应用的风力发电机是这种形式的。

光伏发电部分 传统风光互补发电系统的光伏发电部分由独立安装的光伏电池方阵组成，进行独立设计和安装。安装好后在电路上与风力发电部分结合起来，但是在机械部分两者没有结合。

效果图

三、新型风光互补式发电 主要基于风力发电系统，同时将太阳能光伏柔性电池模块（如图所示）与风力发电机叶片相结合。本系统的优点有： (1)系统的大部分部件可以在厂家安装调试好，减少风力和光伏发电分别安装的工程工作量。 (2)可以防止地面上的人和动物对光伏发电部分的破坏。 (3)可以节省占地面积和减少一次性建设的投资费用。

新型风光结合结构设计 本系统把柔性太阳能电池模块安装到水平轴风力机的叶片上，再通过结构设计把太阳能模块连接到系统控制器。太阳能电池板采用新型的柔性模块，其具有像塑料薄膜一样任意弯曲的特点，并且质量轻，安装方便，因此可以在基本不改变原来风力机叶片设计弧度的情况下实现二者在结构上的最优互补。实验系统中通过强力功能胶把硅片和风机叶片有效的结合在一起，并进行了防水和安装角度的试验。日间蓄电池从阳光和风力得到并储蓄电力，当到晚上时，可由风力机单独发电。所发电能自动由蓄电池提供，并由定时器控制照明时间。

新型风光结合结构设计 通过在发电机机头和法兰之间安装两个压力轴承和两个集电环及相应的绝缘介质，安全的将硅片所发电能引出。通过对发电机结构的研究，引出系统采用炭刷结构的能使电能以直流的形式输出。系统共由两个滑环和两组固定于风力发电机机身的炭刷，分别接于电源的两极。

1：发电机 2：尾翼 3：叶片 4：太阳能电池 5：引出线机械部分 6：集电环 7：压力轴承 8：转轴 9：电刷 风光互补发电系统设计图

将接收来的能量直接转换成电能供给负载，并将多余能量经过充电控制器后以化学能的形式储存在蓄电池 风光互补发电系统 风光互补式发电系统 并网型发电系统 带有蓄电池的可调度式 不带蓄电池的不可调度式 离网型发电系统 将接收来的能量直接转换成电能供给负载，并将多余能量经过充电控制器后以化学能的形式储存在蓄电池

四、风光互补式发电系统的特点 高 效 环 保 方 便 可 靠 较好的社会效益和经济效益 优 点

不足之处 由于风、光资源的不确定性导致发电负荷的不稳定。风光互补发电系统需要配置一定容量的蓄电池进行调节。寻找大功率、充放电迅速、经济性、可靠性更高的蓄能方式。 需要可适用于多种通讯方式的兼容协议。 风光互补发电基站的距离偏远，交通困难：运行时间长久，而蓄电池使用寿命短；需要对风光互补发电实时状态和运行参数，逆变器负载变化，蓄电池充放电，是否过充过压，风机运行情况进行监控报警和有效管理，与电网调度自动化系统进行实时和有效的信息交换，优化电网操作，提高安全稳定性，实现发电基站无人值班。

应用和国内外现状 应用 （2）应用风光互补供电的方式，为移动通信的建设增加了一个新的电力选择。 （1）目前我国西北边远地区、边疆海防哨所、公路铁路信号站等传统电网无法覆盖地区的供电问题很难解决。 （2）应用风光互补供电的方式，为移动通信的建设增加了一个新的电力选择。 （3）太阳能与高亮度LED 光源的结合作为新一代的照明系统，主要用于偏远地区的中小隧道，在隧道照明中，LED 光源除了具有良好的光学性能外，还具有提高隧道照明质量、节约能源和方便后期维护等优势，这为LED 光源在隧道照明中的应用带来了好的机会。

国内外现状 自丹麦学者1981年提出风光互补发电的设想以来，国内外在此领域开展了许多研究工作，取得了许多重大研究成果，近年的研究主要集中在系统的优化设计和资源合理配置方面。 国外一些研究机构通过模拟不同系统配置的性能参数、供电成本等，利用功率匹配法和能量匹配法，推出一些计算风光互补系统最佳配置的大型软件，其中以美国可再生能源研究实验室合作开发的hybrid2软件功能最为强大和出色。在风光互补优化匹配计算、系统控制方面，国内许多科研院所也开展了大量的研究工作，取得了一些技术上的突破。 目前国内对风光互补发电系统的研究多集中在系统的静态体系结构的研究、系统控制与仿真等领域．而动态运行特性直接反应系统的实际工况，对系统的稳定性、安全性要求较高，直接影响到系统的运行成本和运行质量。因此．应加强系统各组成部分的动态运行特性方面的研究。

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