可再生能源综合互补利用的研究

可再生能源综合互补利用的研究 寻求脱离传统能源的有效途径 作者 干则成 上海交通大学闵行校区 F0602004 班 摘要摘要 传统能源最终将被耗尽 而现在可再生能源又对传统能源有很强依赖性 可再生 能源互补利用就是解决其依赖性的良策 本文结合实例论述了能源互补利用的优势 包括 介绍了如今投入应用的风光互补发电系统的原理 应用以及优势 同时论述了对能源互补 利用未来发展潜力比如在城市 海洋 沙漠等方面的展望 关键词关键词 可再生能源 互补利用 依赖性 风光互补 智能管理核心 稳定性 可持续 发展 引言引言 综合利用可再生能源的互补独立电源系统是一种合理的电源系统 它不仅可以 为电网供电不便地区提供低成本而且稳定的电源 更为解决当前的能源危机以及环境污染 问题提供了一条新路 是达到可持续发展的有效途径之一 1 1 能源危机迫近的背景 能源危机迫近的背景 随着人类大量的开采石油 煤等不可再生能源 能源危机已经离我们越来越近 石油 资源将会在一代人的时间内耗尽 如果 60 年后世界能源还是像现在这样以石油为主导 那 么能源危机是不可避免的 而我国比较丰富的煤炭资源虽然比石油储量要多 但也不是取 之不尽的 毕竟煤炭也是不可再生的能源 世界上的煤炭可以再烧 500 年 那么 500 年后 高速发展着的人类社会将能拿什么发电呢 2 2 可再生能源对传统能源的依赖性 可再生能源对传统能源的依赖性 的确 石油 煤 这样的不可再生的能源如果大量的开采的话总有一天会被耗尽 所 以我们应该考虑到将来改用那些取之无尽的可再生能源 这样才能确保能源危机不再发生 于此同时 可再生能源比如风能 太阳能等还是无污染的 如果发展起来 对我们人类未 来的可持续发展是很有好处的 现在我国的太阳能 风能事业发展还是很快的 太阳能热 水器已经成了很多地区常见的事物 但不可否认的是 可再生能源占总能源的比重还是相 当不够的 2006 年我国 72 的电力来自火力发电 而可再生能源包括水能发电总量只占了 百分之二十多 所以现在对传统能源的依赖还是明显的 等到煤耗尽 这 72 的发电量就 必须用我们现在只占 20 的可再生能源来填补 因此还是要充分的利用起可再生能源 由 于太阳能风能这些现在应用比较多的可再生能源都是分布面特别广的 所以很难充分的利 用起来 太阳能或风能的大型发电站只能建立在太阳能 风能比较丰富的地区 而城市 居民区的太阳能 风能却不能通过大型发电站的形式利用 那么如何利用起这部分宝贵的 资源呢 现在有很多国家 比如美国还有德国 搞了一些或类似 百万屋顶 的计划 即鼓励 每个家庭都购置一部小型的太阳能发电器 由政府给予津贴 这样做的最大的好处就是可 以充分的利用每一处的光能 在无法建立太阳能发电站的可利用区和居民聚居的地区也能 把这些光能利用起来 我国如果要充分的利用可再生能源等 提倡家庭小型的发电设备可 以说是一条非常有效的途径 但是小型的设备在一些太阳能不太丰富的地区就常常会出现 供电短缺的情形 比如遇到连续的阴天就会出现供电不足 这时候就还是需要电网的电来 补充 也就是可再生能源对传统能源还是有很强的依赖性 3 3 风光互补发电系统 风光互补发电系统 3 3 1 1 风光互补发电系统的优势风光互补发电系统的优势 假设某天传统能源枯竭了 那么一种生能源不足了就无法再依赖电网的补充 也就只 能靠另一种可再生能源来补充 这时候就要靠可再生能源的互补利用了 现在已经投入应 用的可再生能源的互补利用装置是风光互补发电装置 它可以稳定的供电 在一些光能 风能都不是很好的居民区比如上海 可以得到很好的推广 以下的上海的风能光能图就能 很好的体现互补应用的优势 上海某地十月份的风能 光能互补图 从上图我们可以看到 上海的风能光能呈现出了很好的互补性 由于上海的光能是属 于可利用区 但是不丰富 而且上海人口稠密 利用光能与风能只能以小型家庭发电设备 的形式 无法建立大型的发电设备 而小型发电设备的不稳定问题就可以由光能 风能的 互补利用来解决 注意到上图中一天 24 小时内光能 风能的功率呈现了相当好的互补性 使单一用光电或风电无法避免的供电短缺问题得到了很好的解决 而且另一方面风能发电 的成本也比较低 这样的方式使系统的配置也得到了很好的优化 而稳定性可以说是互补 发电最大的优势 非常适合家庭小型的发电设备 所以这种装置就非常适合在上海推广 3 3 2 2 风光互补发电系统的原理简介风光互补发电系统的原理简介 下面简单介绍一下风光互补发电系统 风光互补发电系统是由风力发电机组配合光伏 电池组件组成 通过专用的控制逆变器 将风力发电机输出的低压交流电整流成直流电 并与光伏电池组件输出的直流电汇集在一起 充入蓄电池组 实现稳压 蓄能和逆变全过 程 从而为用户提供稳定的交流电源 下图为风光互补发电的示意图 风光互补独立电源系统 这个设备的核心是图中间的智能管理核心 由于一天中风能 光能都会出现很多变化 所以需要一个智能管理核心来探测外部的状态 从而确定相应的运行策略 这个管理流程 主要是通过测定蓄电池的电压来决定采用什么样的运行策略 把蓄电池的实时电压跟 4 个设定的电压值相比较 从而确定系统应该如何运行 这四个电压分别是蓄电池电压上限 下限 浮充电压值 风机切入电压值 比方说 如果蓄电池电压在浮充电压值以下 风机 切入电压值以上 那么由光伏阵列给蓄电池充电 风机不再切入充电流程 而当电压小于 风机切入电压时 风机和光伏阵列就一同给蓄电池供电 其他的情况也会由系统做出相应 的策略 这也是风光互补系统一个比较关键的技术 做到了一个良好的运行策略 那么系 统稳定供电就没有问题了 3 3 3 3 风光互补发电装置的应用风光互补发电装置的应用 现在风光互补发电系统的应用 一方面是可以满足家庭稳定用电的需求 初步摆脱对 传统能源的倚赖 另一方面 这个系统在路灯 庭院灯等照明设备上也已经得到了应用 上海崇明就已经安装了这类路灯 由于路灯对电源的稳定性的要求非常高 如果是单纯的 太阳能路灯 遇到特殊天气就会出现供电不足的情况 路灯如果熄灭的话很容易造成交通 事故 所以风光互补的路灯就可以很好的满足系统对稳定性的要求 是路灯 可再生能源 化 的保障 4 4 其他可再生能源的互补应用及其发展潜力 其他可再生能源的互补应用及其发展潜力 4 4 1 1 地热与太阳能互补发电实例地热与太阳能互补发电实例 其实可再生能源互补的应用不光只是风光互补 这种方法还可以在很多地方得到应用 比如西藏羊八井的地热发电站 供电量达到了拉萨电网的 40 但是近年来遇到的问题是 其地热温度在下降 比较传统的方法当然是用一些传统能源比如火电等来给蒸汽升温 但 是考虑到羊八井地处西藏 我国太阳能非常丰富的地区 就可以通过用太阳能补充地热 能的方法来解决问题 通过定日镜来把太阳能聚光 将四周的太阳能聚集到一个加热器上 给蒸汽升温 这样就很好的避开了对传统能源的倚赖 达到了能源的完全可再生化 4 4 2 2 沙漠中风光互补发电的展望沙漠中风光互补发电的展望 沙漠中的光能是一笔宝贵的财富 关于利用沙漠中太阳能的问题日本一个研究小组已 经研究了不少 夏普公司甚至已经在戈壁上试验了一个小型的光伏发电设备 一个二百千 瓦的光伏电站 研究表明戈壁的太阳能完全利用起来可以满足 95 年世界的需求 所以沙漠 的可再生能源是非常值得我们未来去开发利用的 但是由于沙漠中风沙比较大 容易对电 站的光伏电池造成伤害 光伏电池的造价还是相当高的 如果任由风沙侵蚀的话 电站的 寿命不会长 经济上就划不来了 所以关键还是要做好防风的工作 方法很多 比如在电 站外围造防风林 但是沙漠中的风能却是可以利用的财富 所以如果在防风林外围再造风 力发电机组 综合利用了风能和太阳能 这样既能更好的阻隔风沙 又能把沙漠的风能也 利用起来 达到沙漠的 可再生能源化 4 4 3 3 海上潮汐能与风能综合发电的潜力海上潮汐能与风能综合发电的潜力 其实可再生能源的综合互补利用也能在未来海上能源的利用中起到很好的作用 海上 的能源其实也是非常丰富的 比如风能 我国近海风能资源是陆上风能资源的 3 倍 潜力 非常大 而且风力发电的成本很低 当然海上发电的话成本会远比陆地上要高 但是现在 从技术角度 经济角度都已经可行了 日本 法国 德国 美国都在兴建 当前 我国海 上风电场建设也已拉开序幕 首个海上风电场已定址于东海大桥畔 具体范围为东海大桥 东侧 600m 2200m 距南汇岸线 4km 14km 范围内 而海上的能源其实还不止风能 潮汐 能至今都没有得到很好的利用 其实世界上的潮汐资源是非常可观的 据估计 世界上约有 十亿千瓦的潮汐能 我国大陆海岸线长达一万八千多公里 潮汐资源的蕴藏量在二亿千瓦以 上 但是我国对潮汐能的利用还远远不够 一方面我国缺乏这方面的激励政策和优惠措施 相反把利用潮汐能等同于常规小水电开发 以致影响了投资者开发这一新能源的积极性 因 为现在潮汐能发电的成本还是很高的 但是既然现在海上风能发电已经可行了 那么如果 通过类似风光互补系统的风能 潮汐能的综合利用的装置 用风能来带动潮汐能的发展 虽然提高了系统的成本 但是带动了又一个潜力巨大的可再生能源的发展 所以在可行性 方面还是值得研究的 所以可再生能源的综合 互补的利用 其应用前景的确是相当广阔 的 结语结语 考虑到传统能源石油以及煤等最终将被耗尽 必须考虑如何仅仅利用可再生能源 来稳定高效的满足国际的能源需求 而可再生能源的综合互补利用就是达到这个目标的良 策 相信这种方法