重庆大学感知电世界通识课论文

1、感知电世界课程综合训练报告新能源发电小型化风光互补离网储能发电探讨作者：叶汉霆 学号：20134414学院：弘深学院时间：2014年6月14日叶汉霆：风光互补离网储能发电探讨感知电世界摘要如今新能源发电已成为全球热议的主题，而互补储能发电又是新能源发电中新生力量风光互补发电系统解决方案主要应用于道路照明、农业、牧业、种植、养殖业、旅游业、广告业、服务业、港口、山区、林区、铁路、石油、部队边防哨所、通讯中继站、公路和铁路信号站、地质勘探和野外考察工作站及其它用电不便地区的供电。风光互补发电系统主要由风力发电机、太阳能电池方阵、智能控制器、蓄电池组、多功能逆变器、电缆及支撑和辅助件等组成一个发电系

2、统。夜间和阴雨天无阳光时由风能发电，晴天由太阳能发电，在既有风又有太阳的情况下两者同时发挥作用，实现了全天候的发电功能，比单用风机和太阳能更经济、科学、实用。但对风光储能发电具有一定的缺陷，需要通过一个化学能转化过程。但在实际中蓄电池的使用总是有一定的使用次数。能否有一种长久的储能系统。目前还有两种可能的解决办法。一是超大电容的开发来储存电能；二是大规模电网的建设，通过远程调度电能实现分配，再配合超特高压直流输电技术的发展也必将能够减少电能的损失。 关键词：风光互补储能发电、风能、太阳能、新能源发电、储能方式I叶汉霆：风光互补离网储能发电探讨感知电世界目 录摘要I1.课题来源12.国内外报道现

3、状13.风光互补发电系统的优势及应用前景43.1风光互补发电系统简介43.2风光互补发电系统优势及应用前景63.2.1农村供电63.2.2室外应用63.2.3道路照明73.2.4航标应用73.2.5道路照明73.2.6通信应用83.2.7电站应用83.3开发条件84.总结与展望94.1总结94.2展望105.心得体会11参考文献12II1.课题来源在平时老师所讲新能源发展中，以及两次讨论课中对新能源发电，和尤其是在新发电技术探讨中，我曾想到能否将新能源的常见清洁能源发电变得小型化、家庭化，使新能源发电普遍应用，而在第二次讨论课提问环节，孙老师也曾提出现在新型“白天太阳大时太阳能发电而晚上风大时

4、风能发电”而这不禁引发我的思考，而在广泛查阅资料后，发现存在一种可能，即是近年来讨论对风能、太阳能小型化综合应用，尤其是在风光互补离网储能发电级具发展潜力和应用前景2.国内外报道现状在新能源的使用上，欧美发达国家脚步走得更快一些，一些小镇已经全盘使用可再生能源产生清洁电能，并有多余的清洁电能出售。使用风力发电满足居民用电所需的小镇，在美国、丹麦、意大利都能找到。美国特裡蒙特(Tremont)镇位于明尼苏达州的南部，其风力发电应用在美国排名靠前。在小镇边上，有67台大型风力发电机分布在36.3平方千米左右的的区域里。这些风力发电机产生的电能可以满足明尼苏达州2.9万个家庭的用电需求，每年为当地的

5、农场主和政府创造近200万美元的价值。丹麦萨姆索岛(Island of Samso)位于丹麦的地理中心，人口数量4千左右。现在，它的岸上和海上都竖满了风力涡轮机，岛上七成的家庭还用生物燃料和太阳能供暖。11架岸上的风力涡轮机所发电量就可满足岛上所有居民的用电需求。萨姆索岛所产风电除了满足岛民，还有剩余的出口。意大利托科镇 (Tocco da Casauria)位于意大利中部山区，人口2700左右，属于较为贫穷的地区。托科处于风口上，早上有山区吹来的气流，下午有海风，其风力发电机全天运转，产电量比小镇所需电力多30%。得益于技术的进步，托科在2007和2009年分别修建了4座无噪音风电机。托科的

6、风力发电则为厂商与政府签订固定价格收购的合约，虽然让小镇居民能节省的电费有限，但是能够提供小镇用电自给自足，减轻物价波动带来的影响。加之将多出的30%电力回卖给意大利国家电网。风电每年创造近30万欧元的利润，回馈给居民每月的补助达上百欧元。 但仅靠风力发电有停电风险，托科借风电的开发势头，兴起太阳能发电板的投资，在街道、公共设施和墓地等地带设置太阳能发电板，每年产生约23千欧元的收入以支付其保养费用。目前，越来越多的富裕家庭 在家中屋顶设置太阳能发电板，其中一位富裕屋主每月最多节约600欧元电费。在我国山东省即墨市也在积极探索将光伏、现代农业和新型城镇社区有机结合，打造新型城镇化“太阳能小镇”

7、。即墨市积极探索将光伏、现代农业和新型城镇社区有机结合，打造新型城镇化“太阳能小镇”。该模式将多个自然村的土地集中起来，建设光伏农业科技大棚，当地农民以土地入股并就近在棚内劳动，通过股金分成带来财产性收入，通过劳动带来工资性收入。由企业投资建设“太阳能小镇”的中心社区，并配套建设一定规模的光伏大棚，棚内种植高附加值作物，棚顶利用太阳能发电，产生的清洁电力供社区使用。目前，即墨市已开发太阳能光伏大棚500余亩，正加快建设“太阳能小镇”。由此可见，国外新能源发电小型化应用也是片面化的，主要也已风能为主，但在更具小型化、互补性强的风光互补发电系统确只是初见报端。2011年11月29日，在鄞州集仕港建

8、成了全国第一个风光互补民用并网发电系统，在集仕港镇下山庄村的一处公共建筑屋顶，装上了第一套风光互补并网发电系统。系统如下 约占地20平方米的四排太阳能电板、一架约4米高的大风车。前者在阳光充足的日子里将太阳能转化成电力，后者则利用风能发电，夜晚太阳落山，气温下降，风力开始加强，只要达到3级微风就能工作，充分利用了太阳能风能在早晚、夏冬的互补特性。试运行的时间里，这套设备平均每天发电6度左右，在眼下不太使用空调的季节，够一户三口之家用一天。如果在农村或者郊区别墅推广开来，家家户户都可以成为一个小发电厂。自家发电用不完也可以“上传”卖给国家事实上，如果仅仅是利用太阳能和风能发电，这样的技术并不罕见

9、。内蒙古的游牧民族就会使用这样的系统。但目前这套系统仍有许多局限性，其中最重要就是成本高昂，利润薄弱在国内还是首例，但在国外早已经被普及。如在美国推广这套系统是通过设备补贴+电费补贴电并网模式而在美国的补贴政策是这样的，居民购买了自发电系统，国家给予设备价格30%的优惠，同时，用不完的电重新上网的收购价，按最高标准计算。比如我们的民用电约0.5元/度，而工业电约1元/度，目前在鄞州电网的价格是按民用电价格回收的，而在美国，就是按工业用电的电价回收。”而在我国国内风能也是呈主要增长态势，而太阳能也是另一大电能“马车”，但我国仍与世界先进国家有很大差距如以丹麦和德国为例。这两个国家在1970年开始

10、用现代技术研发风电机组，而且采取了许多政策措施培育国内市场，从大量野外工作中积累了丰富经验，形成了非常成熟的技术并制定了完善的检测认证体系。相比来说，国内风电场建设刚起步，在自主研发能力、公共技术平台(如大型叶片试验、传动系统试验、整机测试场等)建设、检测认证体系等方面与国际先进技术水平的差距都在10年以上。3.风光互补发电系统的优势及应用前景3.1风光互补发电系统简介风光互补，是一套发电应用系统，该系统是利用太阳能电池方阵、风力发电机（将交流电转化为直流电）将发出的电能存储到蓄电池组中，当用户需要用电时，逆变器将蓄电池组中储存的直流电转变为交流电，通过输电线路送到用户负载处。是风力发电机和太

11、阳电池方阵两种发电设备共同发电。风光互补发电系统主要由风力发电机组、太阳能光伏电池组、控制器、蓄电池、逆变器、交流直流负载等部分组成，系统结构图见附图。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。(1)风力发电部分是利用风力机将风能转换为机械能，通过风力发电机将机械能转换为电能，再通过控制器对蓄电池充电，经过逆变器对负载供电；(2)光伏发电部分利用太阳能电池板的光伏效应将光能转换为电能，然后对蓄电池充电，通过逆变器将直流电转换为交流电对负载进行供电；(3)逆变系统由几台逆变器组成，把蓄电池中的直流电变成标准的220v交流电，保证交流电负载设

12、备的正常使用。同时还具有自动稳压功能，可改善风光互补发电系统的供电质量；(4)控制部分根据日照强度、风力大小及负载的变化，不断对蓄电池组的工作状态进行切换和调节：一方面把调整后的电能直接送往直流或交流负载。另一方面把多余的电能送往蓄电池组存储。发电量不能满足负载需要时，控制器把蓄电池的电能送往负载，保证了整个系统工作的连续性和稳定性； (5)蓄电池部分由多块蓄电池组成，在系统中同时起到能量调节和平衡负载两大作用。它将风力发电系统和光伏发电系统输出的电能转化为化学能储存起来，以备供电不足时使用。风光互补发电系统根据风力和太阳辐射变化情况，可以在以下三种模式下运行：风力发电机组单独向负载供电；光伏

13、发电系统单独向负载供电；风力发电机组和光伏发电系统联合向负载供电。风光互补发电系统图 3.2风光互补发电系统优势及应用前景风光互补发电比单独风力发电或光伏发电有以下优点：一、利用风能、太阳能的互补性，可以获得比较稳定的输出，系统有较高的稳定性和可靠性；二、在保证同样供电的情况下，可大大减少储能蓄电池的容量5；三、通过合理地设计与匹配，可以基本上由风光互补发电系统供电，很少或基本不用启动备用电源如柴油机发电机组等，可获得较好的社会效益和经济效益。风光互补发电系统是针对通信基站、微波站、边防哨所、边远牧区、无电户地区及海岛，在远离大电网，处于无电状态、人烟稀少，用电负荷低且交通不便的情况下，利用本

14、地区充裕的风能、太阳能建设的一种经济实用性发电站。3.2.1农村供电中国现有9亿人口生活在农村，其中5%左右目前还未能用上电。在中国无电乡村往往位于风能和太阳能蕴藏量丰富的地区。因此利用风光互补发电系统解决用电问题的潜力很大。采用已达到标准化的风光互补发电系统有利于加速这些地区的经济发展，提高其经济水平。另外，利用风光互补系统开发储量丰富的可再生能源，可以为广大边远地区的农村人口提供最适宜也最便宜的电力服务，促进贫困地区的可持续发展。 我国已经建成了千余个可再生能源的独立运行村落集中供电系统，但是这些系统都只提供照明和生活用电，不能或不运行使用生产性负载，这就使系统的经济性变得非常差。可再生能

15、源独立运行村落集中供电系统的出路是经济上的可持续运行，涉及到系统的所有权、管理机制、电费标准、生产性负载的管理、电站政府补贴资金来源、数量和分配渠道等等。但是这种可持续发展模式，对中国在内的所有发展中国家都有深远意义。3.2.2室外应用世界上室外照明工程的耗电量占全球发电量的12%左右，在全球日趋紧张的能源和环保背景下，它的节能工作日益引起全世界的关注。基本原理是：太阳能和风能以互补形式通过控制器向蓄电池智能化充电，到晚间根据光线强弱程度自动开启和关闭各类led室外灯具。智能化控制器具有无线传感网络通讯功能，可以和后台计算机实现三遥管理(遥测、遥讯、遥控)。智能化控制器还具有强大的人工智能功能

16、，对整个照明工程实施先进的计算机三遥管理，重点是照明灯具的运行状况巡检及故障和防盗报警。3.2.3道路照明车行道路照明工程(快速道/主干道/次干道/支路)；小区(广义)道路照明工程(小区路灯/庭院灯/草坪灯/地埋灯/壁灯等)。目前已被开发的新能源新光源室外照明工程有：风光互补led智能化路灯、风光互补led小区道路照明工程、风光互补led景观照明工程、风光互补led智能化隧道照明工程、智能化led路灯等。3.2.4航标应用我国部分地区的航标已经应用了太阳能发电，特别是灯塔桩，但是也存在着一些问题，最突出的就是在连续天气不良状况下太阳能发电不足，易造成电池过放，灯光熄灭，影响了电池的使用性能或损

17、毁。冬季和春季太阳能发电不足的问题尤为严重。天气不良情况下往往是伴随大风，也就是说，太阳能发电不理想的天气状况往往是风能最丰富的时候，针对这种情况，可以用以风力发电为主，光伏发电为辅的风光互补发电系统代替传统的太阳能发电系统。风光互补发电系统具有环保、无污染、免维护、安装使用方便等特点，符合航标能源应用要求。在太阳能配置满足春夏季能源供应的情况下，不启动风光互补发电系统；在冬春季或连续天气不良状况、太阳能发电不良情况下，启动风光互补发电系统。由此可见，风光互补发电系统在航标上的应用具备了季节性和气候性的特点。事实证明，其应用可行、效果明显。 3.2.5道路照明目前，高速公路道路摄像机通常是24

18、小时不间断运行，采用传统的市电电源系统，虽然功率不大，但是因为数量多，也会消耗不少电能，采用传统电源系统不利于节能；并且由于摄像机电源的线缆经常被盗，损失大，造成使用维护费用大大增加，加大了高速公路经营单位的运营成本。应用风光互补发电系统为道路监控摄像机提供电源，不仅节能，并且不需要铺设线缆，减少了被盗了可能，有效防盗。但是我国有的地区会出现恶劣的天气情况，如连续灰霾天气，日照少，风力达不到起风风力，会出现不能连续供电现象，可以利用原有的市电线路，在太阳能和风能不足时，自动对蓄电池充电，确保系统可以正常工作。3.2.6通信应用目前国内许多海岛、山区等地远离电网，但由于当地旅游、渔业、航海等行业

19、有通信需要，需要建立通信基站。这些基站用电负荷都不会很大，若采用市电供电，架杆铺线代价很大，若采用柴油机供电，存在柴油储运成本高，系统维护困难、可靠性不高的问题。要解决长期稳定可靠地供电问题，只能依赖当地的自然资源。而太阳能和风能作为取之不尽的可再生资源，在海岛相当丰富，此外，太阳能和风能在时间上和地域上都有很强的互补性，海岛风光互补发电系统是可靠性、经济性较好的独立电源系统，适合用于通信基站供电。由于基站有基站维护人员，系统可配置柴油发电机，以备太阳能与风能发电不足时使用。这样可以减少系统中太阳电池方阵与风机的容量，从而降低系统成本，同时增加系统的可靠性。3.2.7电站应用风光互补抽水蓄能电

20、站是利用风能和太阳能发电，不经蓄电池而直接带动抽水机实行不定时抽水蓄能，然后利用储存的水能实现稳定的发电供电。这种能源开发方式将传统的水能、风能、太阳能等新能源开发相结合，利用三种能源在时空分布上的差异实现期间的互补开发，适用于电网难以覆盖的偏远地区，并有利于能源开发中的生态环境保护。 3.3开发条件一、三种能源在能量转换过程中应保持能量守恒；二、抽水系统所构成的自循环系统的水量保持平衡。虽然与水电站相比成本电价略高，但是可以解决有些地区小水电站冬季不能发电的问题，所以采用风光互补抽水蓄能电站的多能互补开发方式具有独特的技术经济优势，可作为某些满足条件地区的能源利用方案。风电互补离网储能发电的

21、应用向全社会生动展示了风能、太阳能新能源的应用意义，推动我国节能环保事业的发展，促进资源节约型和环境友好型社会的建设，具有巨大的经济、社会和环保效益。4.总结与展望4.1总结能源供应如同国民经济可持续发展的宝贵血液，发挥着不可或缺的作用。近30年来，我国经济保持了快速稳定的增长势头，能源需求不断增加，常规能源储备已经严重不足。同时，在国际上我国也面临着巨大的节能减排压力。节能降耗离不开新能源产业发展，大力发展和应用已经成为非常紧迫的工作。另一方面，虽然国家高度重视发展新能源产业，但近期风电、光伏行业频频被贴上“产能过剩”、“双反”和“行业整合”等传统制造业所常见的标签。面对新能源开发的瓶颈，采

22、用新的思路和技术途径，最大化利用我国风能、太阳能资源，成为促进新能源产业发展的新课题。而风光互补离网储能供电系统是目前发展较快且前景较广的风能、太阳能小型化综合应用系统。该系统通过风能、太阳能的综合应用，实现区域独立发电、分户独立发电以及单个设备独立供电。很好地解决了单独使用风力发电或太阳能发电受季节和天气等因素制约的问题，使得风、光在昼夜变化和季节变化上形成了很强的互补性，提高了供电系统的稳定性和可靠性，同时大大降低了设备成本。风能和太阳能都是清洁能源，随着光伏发电技术、风力发电技术的日趋成熟及实用化进程中产品的不断完善，为风光互补发电系统的推广应用奠定了基础。风光互补发电系统推动了我国节能

23、环保事业的发展，促进资源节约型和环境友好型社会的建设。同时风光互补离网供电系统能有效利用自然能源，且不产生污染，可广泛应用于道路照明和指示系统、基站、加油站、边防哨所、海岛渔船、森林防火及安防监控、无电村（户）、提水灌溉等领域。我国地域辽阔，地形复杂，区域经济发展不平衡，独立运行的离网型新能源发电供电系统具有广阔的应用空间，是电网无法到达或电网延伸不到的贫困偏远地区的重要发电手段。离网供电的节能减排效益显著，市场空间巨大，完全有可能与大型并网风电、光伏电站并驾齐驱，成为新能源领域一个重要增长极。因此我国在政策上应给予大力支持风能、太阳能小型化综合应用尤其是风光互补离网供电产业亟需推广。与并网的

24、大风电、光伏发电总装机容量相比，我国的离网供电系统的总装机容量的比重仍然很低。中国农业机械协会风能设备分会的李德孚专家接受记者采访时表示，中国的小型风电设备在技术和产量上都是世界第一，由于国内缺乏市场，80%的生产都用于出口。业内人士普遍认为，制约我国风光互补离网型供电产业发展的根本原因是国家层面重视程度还不够，认识不足，政策不到位，没能把风光互补离网型供电产业作为一个新能源产业的重要组成部分与大型风电、光伏并网发电同等对待。在国外，离网型新能源供电系统已经受到政府的高度重视，并出台了相应的优惠政策。比如，美国对小型风电设备的税收优惠政策，30%的建设成本可以用来抵税；英国政府为达到2020年

25、其电力需求，35%来自“绿色动力”的目标，对安装小型风电的农场主、牧民给予40%60%的财政补贴；德国、日本、丹麦、新西兰等国家也同样出台了类似政策。小型风机发电的富余部分还可以并入电网兑现，不仅有效调动了业主积极性，而且切实减少了常规能源的消耗，减少了碳的排放量。 4.2展望但对风光储能发电还有个致命的缺陷，这在我当初查找其他新能源发电时，发现有同样的问题，那就是新能源不像火力、水力发电，这些目前主要的发电方式是根据供需来发电，也就不会产生电能的储存问题，但如新能源风能、太阳能发电总是不稳定的，而且通过孙老师提醒，风电产生的电能其频率也是不稳定的，需要通过一个化学能转化过程。但在实际中蓄电池

26、的使用总是有一定的使用次数。能否有一种长久的储能系统。我想目前还有两种可能的解决办法。一是超大电容的开发来储存电能；二是大规模电网的建设，通过远程调度电能实现分配，再配合超特高压直流输电技术的发展也必将能够减少电能的损失。随着社会的发展和能源的短缺，高科技和新技术得到广泛的应用。新能源的发展和开发是人类发展的趋势。风能和太阳能必将在这个资源稀缺的年代得到大力推广和使用。我国可以在这方面努力，争取在新能源方面走在世界的前列。 5.心得体会最开始选上这门课时，心里还是很高兴的，因为爸妈都是国家电网的，而我自己对电网的许多工作体制却并不了解，想借这门课来进一步了解爸妈的工作，同时因为自己是学电子的，

27、是在弱电方向，也想借这门课进一步提高自己的学习兴趣。当真正开始上这门课之后，首先理论课来说，对于我学电子的来说，还是拓宽了眼界，我们电路原理没有学三相，但这门课却让我对三相产生了许多兴趣，暑假都想自己再看一看。同时老师介绍的一些电力新技术、新应用也是对生或基础知识了解十分有用的。其次在实验课上对各种电子竞赛大神作品的参观，真的是极大促进了我对明年电子竞赛的期待，也对我下学期模电数电的内容有了强烈的学习兴趣，也清楚了我们现在学的理论和专业知识会有多么巨大的应用，还有些神奇的现象，如辉光放电，真的是让人感觉如此的神奇。最后实验课，必须要说，只有你准备好了，才能真正讲好一个PPT，预先想好有可能回答的问题，真正的想明白，才能有自信并在最后发挥好，这在第一次讨论课对国内新能源的现状和探讨中表现不佳，可