风光互补技术及应用

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1、风光互补技术及应用万方数据风能、太阳能等可再生能源具有清洁、使用无污染、分布广泛、用之不竭等特点，但也存在不稳定、易受到季节性影响而变化大、成本很高等不足。低成本、规模化利用风能、太阳能等可再生能源，是解决能源危机和环境问题的有效手段之一，已成为各国的共识，世界各国政府予以高度重视。随着我国改革开放、经济社会的快速发展，社会对石油、天然气、煤炭和其它自然资源的需求越来越大。据国家发展改革委员会的统计，在2007年，我国的石油消费量为3．5亿t，在全世界排名第二，仅仅落后于美国，其中进口量达到1．6亿t；煤炭消费量为25．23亿t，在全世界排名第一lSO，排放超过2000万t，在全世界排名第一。

2、能源的大量进口和消耗不仅对国家的能源安全有巨大威胁，而且带来了一系列的环境问题，如空气污染、土壤污染、酸雨等。主要根源在于不合理的能源消费结构和较低的能源使用效率，我国对一次能源的依赖非常高，可再生能源的比例较低。2006年，我国对煤炭的依赖度达到69．4％、石油占20．4％、天然气占3％，其它能源包括核能和可再生的水能、太阳能和风能一共占7．2％。近几年，我国的风能、太阳能利用有所发展，但在整个能源结构中的比例仍较低。我国风能资源丰富，据统计在10m高度的风能储量为32亿kW，可利用的超过10亿kW。根据不同的风速全国被分成了5个区域，其中可利用的区域超过了整个国土面积的75％，一年当中风速

3、超过3m／s的时间超过2000h。风能最丰富的地区位于三北和东南沿海地区，占国土面积的8％}较丰富地区和可利用地区分别占到18％和50％t较为匮乏的地区包括四川、贵州和云南省，占国土面积的24％◇王志新上海交通大学电气工程系左右。我国风能利用可追溯到几千年前，当时，风能被用来替代人力劳动，如灌溉、椿米的风车和航海的帆船；现在，独立小型风力发电机、风泵和风力磨坊已被应用于偏远乡村的供电。政府对大型风机的开发利用也非常重视，近10年来，我国大型风机装机容量不断增长，2007年底，我国风电总装机容量达6050MW；2008年7月，装机超过7000MW，到2008年底累计装机将达到10000MW。我国

4、大部分地区的日照比日本和欧洲要好，其中，西藏、青藏高原地区日照强度最大，其日照强度可以和撒哈拉沙漠相媲美，在我国，太阳能资源较丰富地区占到了国土面积的67％，可利用的年平均日照时间达到2000h以上，年日照强度达到60亿MJ／m2，相当于17000亿t标准煤。我国太阳能的使用可追溯到1971年中国首颗人造新棚斟产业NO．22∞934万方数据卫星“东方红”供电系统，在过去的30年，太阳能已经被用于许多领域，如光伏建筑、光伏水泵、太阳能热水器、太阳能空调等，其中，在中国应用最为广泛的是太阳能热水器，其使用、生产量排在世界第一位，2007年产量达到2000万m2，全国累计安装12000万m2，年产能

5、力为200余亿元，成为全世界最大的太阳能热水器生产、销售和保有国。光伏生产也从无到有、从弱变强，2007年我国光伏产量达到1200MW，占到世界总产量的36．4％(其中，大陆27．2％、中国台湾9．2％)，排世界第一位。但是，我国光伏产品应用量非常小，截至2007年底，总光伏装机容量不过110MW，超过99％的光伏产品出口发达国家【1_引。一．风光互补系统应用我国具有丰富的太阳能、风能资源，并已经应用予许多领域，但不可回避的是不管是太阳能还是风能，它们的能量密度都非常低，独立的太阳能和风能供电系统都不能提供可靠的电能供应。可以利用风能和太阳能之间很好的互补性能，在白天，日照强度高、风小，而晚上

6、风大，这一特性可以使独立的太阳能和风能结合起来组成风光互补混合供电系统，提高了供电系统的可靠性。当前一些混合的供电方式已经被应用到广大的西部地区，如风一柴、光一柴和风一光等，对提高当地居民生产和生活水平、提高当地经济发展起到了重要作用。但是面对西部脆弱的生态环境，大量使用柴油不仅污染环境，而且随着油价的不断攀升，柴油高昂的价格也不能被群众广泛接受。同时，广大西部地区不仅有丰富的矿藏资源，而且具有丰富的风能、太阳能资源，所以风光互补供电系统应该是未来西部地区独立供电的主要方式。图1所示为典型的风光互补供电系统示意图，当前已经有许多风光互补系统应用示范，如风光互补路灯、风光互补独立供电电源，风光互

7、补通信站、风光互补水泵、风光互补建筑和风光互补日用产品等。目前有一些问题影响着风光互补系统的进一步发展，如：风能和太阳能的最大功率跟踪算法、最大功率控制方法、DC／DC和DC／AC电路拓扑及输出效率、风光互补系统的功率匹配和蓄电池管理等。风光互补系统典型应用包括卜8】：(1)日用产品，如风光互补路灯照明系统、风光互补供暖供电(如图2所示)、风光互补充电电源、风光互补野营灯和独立电源等；(2)应用于