《风光互补发电系统的应用前景分析》5100字（论文）

风光互补发电系统的应用前景分析目录TOC\o"1-2"\h\u1风光互补发电概述 11.1风能、光能优势 11.2风光互补发电原理 12我国风光互补发电系统构成 22.1风力发电机 22.2光伏发电系统 22.3蓄电池 32.4控制器 43风光互补发电系统的应用前景 53.1农村生活用电 53.2室内LED照明用电 63.3在航标上的应用 63.4高速公路监控设备电源 73.5通信基站的应用 83.6抽水蓄能电站中的应用 94总结 9参考文献 11

摘要能源和环境已成为世界面临的两个重要问题。人们正在寻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无疑问成为了人们的首选，尤其是太阳能和风能，在资源条件和工程应用方面具有很好的互补性。风光互补发电是一种经济合理的能源供应方式，能够一定程度上解决能源危机、环境污染问题。本文以风光互补为研究切入口，深入探讨了风光互补的概念，如风能光能优势、风光互补发电原理等，随后分析了风光互补发电的系统构成原理。如：风力发电机、光伏发电系统、蓄电池、控制器等。最后多方位、多角度地研究了风光互补发电在生活中的应用，如乡村生活用电、LED照明用电、航标供电、高速供电、通信基站供电等。关键词：能源可再生能源风光互补发电1风光互补发电概述1.1风能、光能优势能源问题关系到国家经济发展，对人民生活有着极大的影响。近些年来，随着石油等能源的过度开采、使用，世界各国存在严重的能源危机。伴随着全球变暖、能源危机等因素，人们逐渐开始关注可再生能源。可再生能源主要包括自然界的水、潮汐、太阳、风、海洋等自然清洁能源。这些能源与煤炭、天然气、石油等有限的燃料相比，可再生能源具有更多的优势和好处，比如可再生能源有着无环境污染、无二氧化碳排放、取之不尽用之不竭等特点。在所有可再生能源中，风能和太阳最为普遍且最为人们所重视，因为它们具有不可持续、不可持续、广泛分布、没有运输、没有环境污染、可再生资源等特点[1]。1.2风光互补发电原理风能和太阳能都可用于发电，但其受到气候、季节和季风的影响。风力发电系统和太阳能发电系统几乎不能保证定期发电的稳定性，降低系统电源的质量，造成电力负荷不平衡。在含储能系统的发电系统中，这种不稳定性可能导致储能装置断电或过载，影响储能装置的使用年限。但是由于白天太阳的强度，风很弱；夜晚光线强度降低，由于表面温度的差异，风逐渐增大。夏季阳光强度很低，冬季风很弱，太阳辐射强度、太阳能和风能在小时和季节方面具有很强的互补性。风光互补发电如下图1所示：图1.风光发电系统工作原理2我国风光互补发电系统构成2.1风力发电机风力涡轮机是将风能转化为电能的发电装置。包括扇叶、发动机、控制器、发电机等器件组成，如图2所示。在风力发电的工作过程中，气流动能作用于风力发电机叶轮，带动叶轮转动，通过叶轮转动将空气中的风能转化为电能，储存在蓄电池中。风力发电机是整个风力发电系统的核心，其在风力发电过程中，起到重要的转换作用，能够将风能转换成电能。它主要由几个螺旋脉冲组成。一定风速通过叶片导致叶轮转动，发电机通过齿轮传动系统发电。调节机构的主要功能是调整风机叶轮相对于气流方向的相对位置，使叶轮尽可能吸收风力[2]。小横轴风力发电机的调谐机制通常采用尾舵和尾车，而一些大中型风力发电机在联网运行时，经常使用伺服电机进行调向。图2.风力发电机实物2.2光伏发电系统光伏太阳能发电系统是风光互补发电系统的重要组成部分，由一排排太阳能电池板组成，如图3所示。主要采用太阳能电池光电转换原理，将光能从太阳能的优点转化为电能，然后通过一系列的电子电能处理，得到稳定的电能系统。太阳能发电的基本原则是利用太阳能电池效应直接将太阳光中的热能转化为电能。这个能量转换器叫做太阳能电池。光伏打效果也称为光伏效应，是指异质半导体或产生光的半导体和金属组合的不同部分之间的潜在差异。图3.光伏发电实景2.3蓄电池如图4所示，蓄电池是风光互补发电系统的重要组成部分，特别是对于丰峰外部互补发电系统。由于风能和太阳能资源的随机和不稳定特性，停电时风力和光电系统的电压会有所不同。这种供电系统不仅会损坏电器，而且会给人们的生活带来很大的不便。因此，风能和太阳能直接转换产生的电力不能直接使用。为了使系统成为稳定的电力系统，实现日夜平衡的电力供应，需要在风力发电系统、光伏发电系统和电力消费系统之间添加储能装置[3]。存储风力发电机和光伏组件产生的电力，为用户提供均匀的电源。蓄电池有着重要作用。首先，是它是重要的储能部件。太阳能和风能资源分布的间断和不稳定当太阳能或风能特别丰富时，蓄电池可以储存过多的太阳能或风能，当极端气候条件或发电系统直接失效时，蓄电池中的电能可以作为备用。其次，稳定电压的作用。光伏组件的输出电压，特别是风力涡轮机的输出电压，由于资源的随机性，波动很大。电池调节和控制器控制动作保证了电力系统的稳定性。图4.风光发电中的能蓄电池2.4控制器控制器是风能太阳能混合发电系统中的重要组成部分。其主要包括充放电控制装置、直流中心、保护装置、最大输出控制装置等部件，如图5所示。风力太阳能混合发电系统控制器的主要功能是实现充电、放电功能，同时对整个系统进行保护，避免因电流问题，影响到整个发电系统。风力发电系统整流器设置在最大功率，根据气象条件、太阳能发电变换器最大功率地控制电路、电池直流控制参数、放电电路等进行跟踪[4]。这也可确保正常供电系统的供电负荷和安全运行。控制器主要有以下几方面的控制作用：①通过控制器检查累加器。控制器根据电池的特点，合理的调整电压点，并恢复连接点。然后将系统参数与实际值进行比较，并根据比较结果进行相应处理。当生产足够时，一方面通过整流逆变器系统提供充电，另一方面通过放电电路充电或放电蓄电池。当功耗较低时，将电池连接到系统以提供负载。②风电控制。风力发电系统的控制主要包括最大功率控制、充电功率控制和过电压保护。控制器可以在跟踪最大功率时执行风扇的电磁和电气限制保护控制。风力发电机功率过大时，会提供反向转矩，进而降低风力发电的转速，以保护整个发电系统。③光电控制。根据不同的照明和负荷条件，光伏系统可分为两种运行状态:最大功率控制和负荷跟踪控制。当光线不足时，控制器由最大功率跟踪器控制，从而使太阳能电池尽可能捕获能量。当光线充足时，控制器会计算充电器和充电器可接受的最大电流之和，并根据总线电压值计算相应的功率，以操作相应的控制开关，确保系统安全可靠地运行。图5.风光互补发电中控制器3风光互补发电系统的应用前景独立的风力发电或光能发电会受到环境的影响，在无风、多雨等特效情况下，无法做到发电，而采用风光互补发电系统，就可以有效解决这一问题。因此，很多领域都会用到风光互补发电系统。3.1农村生活用电目前居住在农村地区的8亿中国人中约有5%缺乏生活用电。在中国，停电的村庄往往位于风能和太阳能资源丰富的地区，利用互补的景观发电系统有很大潜力解决能源消耗问题。采用标准化的景观生产系统将有助于加快这些地区的经济发展，提高其经济水平[5]。此外，利用景观互补系统开发丰富的可再生能源，可以为偏远地区的农村居民提供最适当和最廉价的能源服务，有助于偏远地区的可持续发展。如图6所示，通过风光发电系统为西藏地区人民输送生活用电。图6.西藏地区居民住宅风光发电实景3.2室内LED照明用电全球户外照明项目大约消耗全球发电量的12%。在全球能源和环境保护日益紧张的背景下，LED补充照明技术的节能问题在全世界日益受到关注。互补LED照明系统的核心工作原理就是依靠太阳能和风能发电系统，对蓄电池进行充电，蓄电池再将其中存储的电能供应给LED灯，室外LED灯根据光照强度晚上自动切换供电方式。智能控制系统具有远程管理、遥控指挥的功能[6]。智能控制器还具备人工智能的特性，可为整个照明项目实施三台远程计算机的高级管理。场景互补发电系统可广泛应用于道路照明工程(高速公路、干线公路、支线公路)、城市照明工程(街灯、庭院灯、壁灯等)。3.3在航标上的应用太阳能光伏发电系统已应用于中国部分地区的导航信标，特别是灯塔方面。但也存在一些问题，其中最重要的是太阳能不足，在持续不利的天气条件下，容易造成电池过度放电，电灯关闭，影响电池性能。恶劣的天气往往伴随着强风，这意味着无阳光的情况下，可通过强大的风力能源来实现发电。在这种情况下，通过风能可以弥补供电不足、无光能发电的情况。互补情景生成系统对环境友好、无污染、不可维护、易于安装和使用，以满足航标能源应用的需要。在太阳能配置中，满足春夏互补发电系统的能源景观。不启动现场补充生产系统的供应；冬季、春季或连续降雨天气，太阳能发电不足时，在现场启动额外发电系统。如图7所示，在海洋航标等不便输送电量的地方，通过风光互补为航标提供电量。图7.海洋航标上的风光互补发电3.4高速公路监控设备电源目前，高速公路摄像头需要24小时不间断运行。采用传统的电力系统会消耗很多能源，所以传统的电力系统不利于节能。此外，由于相机电源线经常被盗，损失巨大，使用和维护成本大幅增加，增加了高速公路运营单位的运营成本。由于道路监控系统点多条线路的长度，利用传统的公用事业网络供电不仅难以建设，而且支助费用高。目前太阳能光伏发电成本较高，风力发电成本较低。二者在道路监控系统与其他能耗场所的互补性方面都具有独特的优势，例如多线长度和远离电网的电力不足。实施情景补充发电系统，为道路监控摄像机供电不仅节省能源，而且不需要铺设电缆，从而降低成本。如图8所示，道路两侧装有风光发电系统，为监控设备提供电源。然而中国的一些地区将会出现持续的云层、降雨天气、缺乏阳光和初始风力等不利的天气条件。可能会出现不可持续的供应现象。此时，当太阳能和风能不足以保证系统正常运行时，可以使用原电源线自动充电。而且每个监控点都是独立的电源系统，即使某个监控点出现电源故障，也不会影响系统中其他监控点的正常运行。图8.高速公路两侧的风光发电3.5通信基站的应用目前，我国众多岛屿、山区受地理环境因素影响，很难保证电力供应。尤其是渔业和航运等地方产业的通信需求，有必要建立通信基站，这些基站都需要消耗电力。然而传统的供电系统能以延伸到这些区域，为了确保长期供电，只有依靠自然能源，比如太阳能、风能，尤其在一些岛屿、山区蕴含着丰富的太阳能、风能。通过风光互补发电系统能够将这些能源转化成电能，为基站供电。风光互补发电系统是一种可靠性高、经济效益好的独立供电系统，适合通信基站供电。执行者:基站应配备基站维护人员，当太阳能或风能不足时，系统可配备柴油发电机。这有助于降低系统中太阳能电池组件和风力发电机的容量，降低通信的成本，提高基站运营的可靠性。如图9所示，山区的通信基站，通过风光互补发电来获得电量供应。图9.山区基站风光互补发电3.6抽水蓄能电站中的应用风光互补抽水蓄能电站采用风力和太阳能发电，没有电池，直接驱动水泵实现抽水蓄能，然后利用储水进行发电。该能源模式结合了传统水电、风力和太阳能三种能源发电的特点，综合三种能源之间的优势互补，通用应用于电网复盖困难的偏僻山区，虽然促进了能源开发中的生态环境保护问题，但是其建设成本略高于水电站的费用，此外还可以解决一些地区的小型水力发电厂冬季不能发电的问题。因此，多种能源互补开发与风力互补抽水蓄能电站相结合，具有独特的技术和经济效益，可作为一些地区的能源利用方案。

4总结随着全球能源危机以及生态环境的恶化，人们将越来越重视新能源开发。一些可再生能源如：光能、潮汐能、风能等，也将受到更多人的关注。然而现有的一些单一能源发电，如：太阳能发电、风力发电、水里发电等，这些单独的发电容易受到天气影响，通过风光互补发电系统可以有效解决特殊天气风光发电问题。本文简单介绍了风光互补发电系统的构成，详细地分析了风光互补发电系统在居民用电、通信基站、航标、抽水蓄能电站等生活领域的应用前景。通过文中分析可以看出，风光互补发电系统对于人们日常生活有着重要影响，该发电系统能够融入到生活的各个角落，充分利用可再生风能、光能，也侧面反映出该发电系统对节能减排的促进作用。随着物理科学的发展进步，风光互补发电系统也必然得到广泛推广和应用。参考文献[1]陈松利，闫彩霞，李明.中小功率分布式风光互补发电系统的匹配研究，现