风光互补新能源系统电源设计原理与应用.pdf

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1、风光互补新能源系统电源设计原理与应用江苏双登集团有限公司温海泉王景川摘要：本文通过对太阳能和风能资源性和技术性评价，提出风光互补新能源系统电源是最理想的独立电源系统；通过对该系统电源的互补性、不确定性和地域性特点的分析，提出了以蓄电池管理为核心的风光互补新能源系统电源的系统设计原理，并据此对系统各主要部件提出了要求，并介绍了一些应用产品。关键词：新能源，风光互补，蓄电池，风力发电机，一、引言全球范围的能源危机日趋紧张，地球沙漠化、温室效应和大气污染，正威胁着全球生物的生存。像石油那样的能源，只有特定国家拥有，而太阳能却是人人都能平等共享，又不会污染空气的清洁可再生能源，是人类寻求新能

2、源的理想选择。世界各国纷纷出台相关政策鼓励和扶持新兴能源——太阳能的开发和利用，我国第一部有关能源的《可再生能源法》（中华人民共和国主席令第33号）已于2006年1月1日实施，通过法律形式强调和扶持新兴能源——太阳能的开发和利用。而且国家“十一五”规划提出的节能降耗和污染减排目标，发展太阳能等新能源是贯彻落实科学发展观，构建社会主义和谐社会的重大举措，是建设资源节约型，环境友好型社会的必然选择。太阳能与风能的互补性强，风光互补发电系统在资源上弥补了风电和光电独立系统在资源上的缺陷。同时，风电和光电系统在蓄电池组和控制环节是可以通用的，所以风光互补系统电源具有更高的可靠性和更合理的造价

3、，是理想的独立电源。鉴于风光互补系统电源的发展才刚刚起步，本文旨在揭示这一系统电源的设计原理，以提供产品的设计依据，再逐步建立相应的规范和标准，使之走向市场化和产业化，二、风光互补新能源系统电源的特点1．地域性太阳能是辐射能源，受气候、地理等环境条件的影响很大，因此其分布具有明显的地域性。根据过去测量太阳能年辐射总量的大小，我国可划分成以下四个太阳辐射资源带，我国的四个太阳辐射资源带分布如图1所示。图1资源带号名称指标Ⅰ资源丰富带6700MJ(m2.a)*Ⅱ资源较富带5400-6700MJ/(m2.a)Ⅲ资源一般带4200-5400MJ/(m2.a)Ⅳ资源贫乏带<4200MJ/(m2

4、.a)*MJ/(m2.a)-兆焦/(平方米.年)òⅠ资源丰富区：年太阳辐射总量在1700千瓦时每平方米以上，月均温≥10℃期间日照时数≥6小时天数在250天～300天以上。主要分布在南疆、陇西、青藏高原大部分和内蒙古高原西部。其中青藏高原为高值中心。òⅡ资源较丰富区：年太阳能总量在1500～1700千瓦时每平方米，月均温≥10℃期间日照时数≥6小时的天数在200天～300天。主要分布在北疆、内蒙古高原东部、华北平原大部、黄土高原大部、甘肃南部、川西及川南滇北一部分。òⅢ资源可利用区：年太阳能总量在1200～1500千瓦时每平方米，月均温≥10℃期间日照时数≥6小时天数在200天～30

5、0天。主要分布在东北大部、东南部丘陵地区、汉水流域、广西大部、川西黔西一部分、云南东南、湖南东部。òⅣ资源贫乏区：年太阳能总量在1200千瓦时每平方米以下。月均温≥10℃期间日照时数≥6小时的天数在125天以下。主要分布在四川、重庆、贵州大部分地区，以成都平原最少。我的风能资源分布如图2所示：图2从我国风能资源分布图上可以清楚看出，我国风能资源丰富和较丰富的地区主要分布在两个大带里：ò三北（东北、华北、西北）地区丰富带；ò沿海及其岛屿地丰富带；ò内陆风能丰富地区，在两个风能丰富带之外，风能功率密度一般在2100w/m以下，可以利用小时数3000小时以下。但是在一些地区由于湖泊和特殊地

6、形的影响，风能也较丰富，如鄱阳湖附近较周围地区风能就大，湖南衡山、安徽的黄山、云南太华山等也较平地风能为大。但是这些只限于很小范围之内，不像两大带那样大的面积，特别是三北地区面积更大。指标丰富区较丰富区可利用区贫乏区年有效风能密＞200200-150＜150-50＜502度（W/m）年≥3m/s累计＞50005000-4000＜4000-2000＜2000小时数（h）年≥6m/s累计＞22002200-1500＜1500-350＜350小时数（h）占全国面积的8185024百分比（%）2．不确定性太阳能和风能受气候、地理等环境条件的影响很大，风电和光电系统都存在一个共同的缺陷，就是资

7、源的不确定性导致发电与用电负荷的不平衡，风电和光电系统都必须通过蓄电池储能才能稳定供电，但每天的发电量受天气的影响很大，会导致系统的蓄电池组长期处于过充，过放（亏电）和浅充电状态，而且系统电源环境温度也是不确定的。3．互补性白天太阳光最强时，风很小，晚上太阳落山后，光照很弱，但由于地表温差变化大而风能加强。在夏季，太阳光强度大而风小，冬季，太阳光强度弱而风大。因此，太阳能与风能在时间上和地域上都有很强的互补性。太阳能和风能在时间上的互补性使风光互补发电系统