分析风光互补发电的现状和未来发展
2019-01-14贾磊
贾磊
(国家电投集团内蒙古新能源有限公司,内蒙古 呼和浩特 010000)
现如今时代人们的生活已经与用电不可分离,而能源是发电的主要工具,对传统能源的过度开发和利用已经对环境产生了极大的损害,可再生能源的开发和利用是迫切和必要的,现在正处在转型的过渡时期也是关键时期,快速建立以可再生绿色能源为主的能源结构是后几十年的发展方向。在目前开发的可再生能源中,风能和太阳能已经成为新能源领域的领跑者,结合现有两种技术最成熟、应用最广泛的两种能源,进行风光配合互补发电是现如今最好的解决方法。
一、风光互补发电系统及工作原理
(一)风光互补发电系统
风光互补发电系统是一种将风能和太阳能转化为电能的装置,是由风力发电机与太阳能电池组成的联合供电系统。风光互补供电系统主要由风力发电机组、太阳能光伏板、控制器、蓄电池、逆变器、卸荷器、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。
(二)工作原理及过程
风光互补系统的工作原理是风力发电原理和太阳能光伏发电原理的结合。风力发电原理是利用自然风作为动力,风轮吸收风的能量带动风力发电机旋转,将风能转化为电能,经控制器的整流,稳压作用,把交流电转换为直流电,向蓄电池组充电并储存电能;太阳能光伏发电原理是利用光伏效应将太阳能直接转化为直流电,供负载使用或贮存于蓄电池内备用。根据风力和太阳辐射的变化情况,风光互补发电系统可分为以下三种运行模式:风力发电机组独自向负载供电;太阳能光伏系统独自向负载供电;风力发电机组和太阳能光伏系统联合向负载供电。
在不同的气候条件下,风光互补发电系统有以下四种工作状态;晴天时太阳能光伏板工作,产生电能;风力够强时,风力发电机工作,产生电能;有风的晴天,风力发电机和太阳能光伏板同时工作,产生电能;当碰上即无风又无阳光的天气,该系统则使用蓄电池内原来已经储存下来的电能。
二、风光互补发电系统的运行结构
(一)风力发电机组
风力发电机组是风光互补发电系统中风能的吸收和转化设备。
1.风力机类型。作为风能接收装置的风力机,自古以来就有多种形式,特别是在近代得到了很大的发展。其分类方法有两种:第一,以接受风能的形式可以分为升为式和阻力式;第二,以风轮回转轴的方向,可以分为竖直轴式和水平轴式。
2.风力机工作特性。风力机起动时,需要一定的力距来克服其内部的摩擦力,这一力距称作风力机的起动力矩。起动力距与风力机本身传动机构的摩擦阻力有关,因此风力机有一个最低的工作风速,只有风速大于最低的工作风速时风力机才能工作。
3.风电机组的工作方式。可用于风力发电的变速恒频发电方式有多种。如交流/直流/交流系统、磁场调制发电机系统、交流励磁双馈发电机系统、无刷双馈发电机系统、爪极式发电机系统、开关磁阶发电机系统等。
(二)光伏阵列
1.光伏阵列。是多片光伏模组的连接,也是更多光伏电池的连接,光伏阵列是最大规模的光伏发电系统。
2.光伏阵列工作原理。太阳能电池透过光生伏特效应可以将太阳光能转化成直流电能,但一块光伏模组(光伏板)能够产生的电流不够一般住宅使用,所以将数块光伏模组连接在一起而形成了阵列。
三、风光互补发电系统应用前景及存在的问题
我国的光能、风能资源相对较为丰富且没有地域限制,这些典型特点促使了风光互补发电系统与远离电网覆盖范围且用电量相对较小的偏远地区天然适配。同时,风光互补发电系统在提高居民生活质量和促进当地经济发展等方面能起到较为明显的积极作用。风光互补发电技术应优先投入到满足偏远地区居民生活和工业生产用电需求上。我国中西部偏远地区的人口基数较高,经济发展相对滞后,不能用电的人数占比较大。考虑到现实经济投入因素,全部靠电网供电是不现实的。但是,中西部偏远地区拥有丰富的太阳能、风能等可再生能源。充分开发利用这些可再生能源,能够有效解决当地的用电难题。其次,风光互补发电技术也可应用到路灯照明系统。应用了风光互补发电技术的路灯照明系统依靠太阳能、风能等再生能源供电,无需增设传统电力线路,不接入当地电网,有着广阔的应用前景。最后,风光互补发电技术能够用来为高速公路设备提供电力供应。以高速公路的道路监控摄像机为例,道路监控摄像机一般用来监控交通状况,必须全天24小时保持工作状态,需要消耗的电能较大,线缆费用高且易被偷盗。风光互补发电技术利用太阳能、风能等再生能源,能够全天对高速公路设备进行供电且无需铺设传统线缆,既满足了高速公路设备的电力需求,还解决了线缆被盗等的问题。
尽管风光互补系统由于清洁环保、能源丰富等优势而具有较大的应用前景,但是限于技术发展和自然条件等情况,风光互补系统也存在一些问题,主要有:
第一,风能和太阳能是从自然界获取的一次能源,在采集方面受气象条件影响较大,而且能源加工转换效率并不理想;
第二,风光互补系统工作状态较差时,会严重损耗蓄电池的使用寿命,导致系统故障,增加成本;
第三,需要对独立电源功率进行调整时,该系统容量的调节过程较为复杂,不便操作。
结束语:
总之,随着风光互补发电技术的不断成熟以及产品的不断升级换代,产品质量和售后服务的不断提高,同时在政府部门的关注重视和政策扶持下,风光互补发电技术将在我国新农村建设中发挥重要作用。