风光储互补发电系统课件

**风光互补发电系统1**1.发电部分：由1台或者几台风力发电机和太阳能电池板矩阵组成，完成风－电；光－电的转换，并且通过充电控制器与直流中心完成给蓄电池组自动充电的工作。2.蓄电部分：由多节蓄电池组成，完成系统的全部电能储备任务。3.充电控制器及直流中心部分：由风能和太阳能充电控制器、直流中心、控制柜、避雷器等组成。完成系统各部分的连接、组合以及对于蓄电池组充电的自动控制。4.供电部分：由一台或者几台逆变电源组成，可把蓄电池中的直流电能变换成标准的220V交流电能，供给各种用电器。2**风力发电机太阳能电池板逆变器控制器电池3**逆变器4*控制器WPVS经济型控制器具有PWM充控制模式充电具有电池反接、光伏电池反接保护功能，两路负载过流、短路告警保护功能，两路负载多重控制模式：光控、时控、全开放功能，电池过充和过放告警保护功能，两路负载不同电压下保护功能，光伏输入端防雷保护功能，蓄电池温度补偿功能，有效延长蓄电池的使用寿命系统异常告警保护功能，RS485通信功能，工作状态和发电数据可以实时上传，后台（可扩展GPRS无线，TCP/IP有线通信）光控开灯：天黑自动开灯，天亮自动关灯。5**蓄电池(组)的作用是将太阳能风能发出的直流电直接储存起来，供负载使用。在风光互补发电系统中，蓄电池处于浮充放电状态，当日照量风量大时，除了供给负裁用电外，还对蓄电池充电；当日照量风量小时，这部分储存的能量将逐步放出。蓄电池组作用1比较好的深循环能力，有着很好的过充和过放能力。2长寿命，特殊的工艺设计和胶体电解质保证的长寿命电池。3适用不同的环境要求，如高海拔，高温，低温等不同的条件下都能正常使用的电池。特性6*

最初的风光互补发电系统，就是将风力机和光伏组件进行简单的组合，因为缺乏详细的数学计算模型，同时系统只用于保证率低的用户，导致使用寿命不长。

近几年随着风光互补发电系统应用范围的不断扩大，保证率和经济性要求的提高，国外相继开发出一些模拟风力、光伏及其互补发电系统性能的大型工具软件包。通过模拟不同系统配置的性能和供电成本可以得出最佳的系统配置。

在国外对于风光互补发电系统的设计主要有两种方法进行功率的确定：一是功率匹配的方法，即在不同辐射和风速下对应的光伏阵列的功率和风机的功率和大于负载功率，只要用于系统的优化控制；另一是能量匹配的方法，即在不同辐射和风速下对应的光伏阵列的发电量和风机的发电量的和大于等于负载的耗电量，主要用于系统功率设计。

据国内有关资料报道，目前运行的风光互补发电系统有：西藏纳曲乡离格村风光互补发电站、用于气象站的风能太阳能混合发电站、太阳能风能无线电话离转台电源系统、内蒙微型风光互补发电系统等。*现状7*中国内陆第一风光互补项目摘要2014年9月19日，中国第一风光互补绿色新能源基地（内陆）——宿州埇桥解集乡首期20MW光伏电站项目正式开工建设。该风光互补绿色新能源基地总装机规模为600MW，其中光伏装机容量为400MW，风力发电装机容量为200MW电站首期20MW投运后，第一年发电量为2559.74万千瓦时，可供约110万人使用绿色电力，与燃煤电厂相比可节约标煤192290吨，减少二氧化硫排放17220吨，减少二氧化碳排放344400吨，相当于每年种植树木20万棵，从而有效改善大气环境质量降低PM2.5值。8**1.昼夜互补：白天太阳能发电，夜间风能发电；2.季节互补：夏季日照强烈，冬季风能强盛；3.稳定性提高：利用风光的天然；4.互补性强：大大提高系统供电稳定性；5.零电费、零排放、零污染、节能减排、绿色环保。优势9**缺点1.风光互补发电系统与单一风力发电或光伏发电相比，系统设计复杂，对系统的控制和管理要求较高。2.由于风光互补发电系统存在着两种类型的发电单元.与单一发电方式相比增加了维护工作的难度和工作量。3.成本较高，在极端恶劣天气下有可能无法正常供电。10*偏远农村的生活生产用电高速公路等地的监控设施路灯照明系统无人值守的自动气象站通信基站中的应用并网发电*应用前景成本障碍11**火水核风太阳发电成本比较火力水力核能风力太阳能风光互补成本0.4元/度0.3元/度0.45元/度0.52元/度0.7元/度上网电价1.25元/度成本是否稳定不是是是是是成本稳定或不稳定的原因受到化石燃料的影响水力发电前期投资大，后期只需运营维护前期费用高，核燃料性价比高于煤炭维护费用较低，前期投资大。随着科技进步前期投入逐渐降低维护费用较低，前期投资大。随着科技进步前期投入逐渐降低维护费用较低，前期投资大。随着科技进步前期投入逐渐降低12*风光互补系统并网中的障碍1.风机与光伏分别发出交流电和直流电，并网前需进行整流、逆变2.蓄电池性能下降后，会影响电能质量3.资源不确定性导致发电与用电负荷的不平衡13*可靠性是对发电系统最基本的要求。风速以及太阳辐射的间歇性、多变性等特性，对于发电系统的发电量有着直接的影响，导致可靠性问题在风光储互补发电系统中尤为重要。可靠性是指发电系统长时间向用电负荷提供持续、充足电量的能力。常见的可靠性评价指标为全年负荷损失率（LossofPowerSupplyProbability，LPSP）。式中：Pf(ti)、Ppv(ti)、Pbat(ti)分别为风力发电机、光伏电池板以及蓄电池在ti时刻的输出功率；PL(ti)为第ti时刻用电负荷所需消耗的功率；N为全部计算区间的个数。LPSP越小，代表发电系统的可靠性越高。第i天供电不平衡量E(i)的计算公式为：全年负荷正常工作率Ebat(i)为第i天开始时蓄电池所存电量；Wf(i)为第i天风力发电机所发电量；

Wpv(i)为第i天光伏电池板所发电量；Ql(i)为第i天负荷消耗电量。E(i)>0说明当天电量有盈余，反之则说明当天负荷缺电。假设该地区重要负荷（第一、二级负荷）所占比重为a，那么若第i天总缺电量超过非重要负荷的耗电量

式中：E(i)为第i天供电不平衡量；Ql(i)为第i天负荷耗电量。14*能量浪费率风光储互补发电系统利用两种清洁可再生能源进行联合发电。为提高可再生能源的利用率，此类系统一般会安装蓄电池来实现电量储存，从而起到提高能源利用的作用。但由于风能与太阳能的天然特性等因素，发电情况并不能保证绝对合理。为了减少因为发电过量而导致多余电能通过卸荷电路进行消耗，全面提高发电系统的能源利用率，需要对系统利用可再生能源的能力进行评估。因此，本文提出能量浪费率（LossofEnergyProbability，LEP）的评价指标，评价系统的能源利用能力。其定义为系统在全年运行过程中未被使用或储存的电能除以系统发出的全部电能，其值越小，说明该系统对可再生能源的利用率越高，浪费的能源也越少。其基本计算过程如下：第i个时间段电量盈余的计算公式为：若E1(i)>Ebat_r，那么表明此时的蓄电池已经充满，反之则蓄电池未充满电，仍可继续充电。记MLEP(i)为能量浪费标志，用来标识每天的能量浪费状态，可以表示为：

由此可得能量浪费率的计算公式：15*系统能量波动率为了使风光储互补发电系统能够充分利用两种可再生清洁能源的天然互补性，在对容量进行优化配置的时候必须考虑这两种清洁能源的自然特性所带来的影响。并且，在利用两种可再生能源的互补特性的同时，又配有蓄电池进行缓冲，因此希望经过优化配置后的混合发电系统，其输出的电量曲线应尽可能的与用电负荷的耗电量曲线相接近，减少发电系统与用电负荷之间产生较大的电量差值的可能性，减少整个系统的能量波动，提高系统的供电质量。基于以上因素考虑，本文采用波动的概念，提出了两种可再生能源输出总电量与蓄电池电量变化之和相对于负荷耗电量的波动率Kl，以此来表征系统能量的波动率，其计算公式如下：

式中：QL.ave为负载的平均耗电量，单位kW·h；ΔBat(i)为蓄电池储能变化量。当ΔBat(i)>0时，说明蓄电池作为电源发出电能给负载；当ΔBat(i)<0时，说明蓄电池作为负载吸收电能。Kl越小，说明系统能量波动越小，即表明系统与负载的匹配度越高，且利用风光互补特性的能力也越强。16*系统综合成本系统成本是风光储互补发电系统必须考虑的关键问题之一，也是最基本的问题。任何系统的建设都必须考虑成本的投入。对于风光储互补发电系统，其成本主要有三部分组成：一次投入成本、运行维护成本与元件置换成本。一次投资成本是指系统中所有元件的首次购入总支出，其主要由发电系统中三种主要的发电单元的购买成本等组成；运行维护成本主要包括系统中各发电元件的日常维护成本，通常按年计算费用；元件置换成本主要是由于系统中的部分元件可能由于寿命较短，需要更换而产生的置换费用。为了综合考虑以上所提出的三项必要的投资成本，并尽可能的降低所使用的成本计算函数的复杂性，本文采用综合成本函数对系统投资成本进行计算，其定义式如下：

式中：Cf、Cpv、Cbat分别为风力发电机、光伏电池板、蓄电池的单价，单位元；Nf、Npv、Nbat分别为风力发电机、光伏电池板、蓄电池的使用数量，单位个；COM_f、COM_pv、COM_bat分别为单位时间内风力发电、光伏发电、蓄电池充放电的运行维护成本，单位元/年；tf、tpv、tbat分别为风力发电部分、光伏发电部分以及蓄电池部分的工作时长，单位年；Cf,R、Cpv,R、Cbat,R分别为风力发电机、光伏电池板以及蓄电池的置换成本，若其使用寿命大于工程预运行时间，则其置换成本计为0元。17**谢谢结束放映18*19**风力发电部分20**风力发电是指利用风力发电机组直接将风能转化为电能的发电方式。在风能的各种利用形式中，风力发电是风能利用的主要形式，也是目前可再生能源中技术最成熟、最具有规模化开发条件和商业化发展前景的发电方式之一。21*第一台风力发电机CharlesF.Brush1887年在美国俄亥俄州克利夫兰建造了首个风力发电涡轮，重达4吨，高60英尺(18.3米)，有144个叶片，有个长长的彗星般的尾巴。该风力涡轮发电机仅仅能产生12千瓦的电力，供电量仅供今日美国三个家庭使用。*22**形态各异的风力发电机23**风力发电机的组成24**风力发电机的组成风力发电所需要的装置，称作风力发电机组。这种风力发电机组，大体上可分风轮(包括尾舵)、发电机和铁塔三部分。风轮是把风的动能转变为机械能的重要部件，它由两只(或更多只)螺旋桨形的叶轮组成。当风吹向浆叶时，桨叶上产生气动力驱动风轮转动。桨叶的材料要求强度高、重量轻，目前多用玻璃钢或其它复合材料(如碳纤维)来制造。铁塔是支承风轮、尾舵和发电机的构架。它一般修建得比较高，为的是获得较大的和较均匀的风力，又要有足够的强度。铁塔高度视地面障碍物对风速影响的情况，以及风轮的直径大小而定，一般在6-20米范围内。发电机的作用，是把由风轮得到的恒定转速，通过升速传递给发电机构均匀运转，因而把机械能转变为电能。25**优缺点优点：1、清洁，环境效益好；2、可再生，永不枯竭；3、基建周期短；4、装机规模灵活。缺点：1、噪声，视觉污染；2、占用大片土地；3、不稳定，不可控；4、目前成本仍然很高。5、影响鸟类。26**风能资源的地域分布

我国的风能资源分布广泛，其中较为丰富的地区主要集中在东南沿海及附近岛屿以及北部（东北、华北、西北）地区，内陆也有个别风能丰富点。此外，近海风能资源也非常丰富。（a）沿海及其岛屿地区风能丰富带：沿海及其岛屿地区包括山东、江苏、上海、浙江、福建、广东、广西和海南等省（市）沿海近10千米宽的地带，年风功率密度在200瓦/平方米以上，风功率密度线平行于海岸线。（b）北部地区风能丰富带：北部地区风能丰富带包括东北三省、河北、内蒙古、甘肃、宁夏和新疆等省（自治区）近200千米宽的地带。风功率密度在200-300瓦/平方米以上，有的可达500瓦/平方米以上，如阿拉山口、达坂城、辉腾锡勒、锡林浩特的灰腾梁、承德围场等。（c）内陆风能丰富区：风功率密度一般在100瓦/平方米以下，但是在一些地区由于湖泊和特殊地形的影响，风能资源也较丰富。

27**我国风电累计装机容量我国可开发利用的风能资源十分丰富，在国家政策措施的推动下，经过十年的发展，我国的风电产业从粗放式的数量扩张，向提高质量、降低成本的方向转变，风电产业进入稳定持续增长的新阶段。

2015年，中国风电装机量再创新高。全国累计安装风电机组92981台，累计装机容量145362MW，同比增长26.8%。28**我国风电发电量

2009年我国风电发电量为276亿千瓦时；2015年1-11月我国风电发电量为1659亿千瓦时。29**我国风电设备利用小时数

2009年我国6000千瓦及以上电厂发电设备利用2077小时；2015年1-11月我国6000千瓦及以上电厂发电设备利用1611小时。30**一是由于风电机组设计和工艺的改进，性能和可靠性提高，加上塔架高度增加以及风场选址评估方法的改进等，未来将增大风电机组的单机容量二是提高叶轮的捕风能力，主要体现在叶轮直径增大，单位千瓦扫掠面积提高。三是提高风能转换效率，使风机叶轮转换效率从0.42接近0.5。四是风力发电面临各种极端天气条件，风电场机组布置分散，到达性差，维护不变，机组质量问题带来双重损失，不仅降低了设备的可利用率，还浪费了风资源，损失了发电量，因此要求提高风电机组及部件质量。五是风电机组大型化受到道路如隧道高度的限制，需要重型拖车和安全驾驶，增强机组运输和安装便捷性。六是风电机组工作环境面临高温、高湿、高海拔、盐雾、风沙、低温等，并抵抗台风、沙尘暴、雷电、冰冻、海上浮冰等灾害性气候，需要增强机组环境适应性。我国风力发电六大未来发展趋势31*32**光伏发电部分33**我国太阳能资源情况我国太阳能资源可分为五类地区：一类地区：年太阳辐射总量为1889～2333KWh/m²，峰值日照时数5.17～6.39h。如：宁夏北部、甘肃北部、新疆东部、青海西部、西藏西部。二类地区：年太阳辐射总量为1625～1889KWh/m²，峰值日照时数4.45～5.17h。如：河北西北部、山西北部、内蒙古南部、宁夏南部、甘肃中部、青海东部、西藏东南部、新疆南部。三类地区：年太阳辐射总量为1389～1625KWh/m²，峰值日照时数3.81～4.45h。如：山东、河南、河北东南部、山西南部、新疆北部、吉林、辽宁、云南、陕西北部、甘肃东南部、广东南部、福建南部、苏北、皖北、台湾西南部。四类地区：年太阳辐射总量为1167～1389KWh/m²，峰值日照时数3.2～3.81h。如：湖南、湖北、广西、江西、浙江、福建北部、广东北部、陕南、苏南、皖南、黑龙江、台湾东北部。五类地区：年太阳辐射总量为930～1167KWh/m²，峰值日照时数2.55～3.2h。如：四川、贵州。34**什么是光伏发电装置光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。主要由太阳电池板（组件）、控制器和逆变器三大部分组成，主要部件由电子元器件构成。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。35**光伏发电部分组成36**太阳能电池板功能太阳能电池板是太阳能光伏发电系统中的核心部分，其作用是将太阳能直接转换成电能，供负载使用或存贮于蓄电池内备用。结构37**1.单晶硅大规模生产转化率：19.8——21%；大多在17.5%。目前来看再提高效率超过30%以上的技术突破可能性较小2.多晶硅大规模生产转化率：18——18.5%；大多在16%。和单晶硅一样，因材料物理性能限制，要达到30%以上的转化率的可能性较小。3.砷化镓砷化镓太阳能电池组的转化率比较高，约23%。但是价格昂贵，多用于航空航天等重要地方。基本没有规模化产业化的实用价值。4.薄膜薄膜光伏电池具有轻薄、质轻、柔性好等优势，应用范围非常广泛，尤其适合用在光伏建筑一体化之中。如果薄膜电池组件效率与晶硅电池相差无几，其性价比将是无可比拟的。在柔性衬底上制备的薄膜电池，具有可卷曲折叠、不拍摔碰、重量轻、弱光性能好等优势，将来的应用前景将会更加广阔。目前非晶硅薄膜转化率9%左右。非晶硅的转化率却有希望提升得更高。类型38**太阳能电池板工作原理39**太阳能控制器作用太阳能控制器的基本作用是为蓄电池提供最佳的充电电流和电压，快速、平稳、高效的为蓄电池充电，并在充电过程中减少损耗，尽量延长蓄电池的使用寿命；同时保护蓄电池，避免过充电和过放电现象的发生。如果用户使用的是直流负载，通过太阳能控制器可以为负载提供稳定的直流电(由于天气的原因，太阳电池方阵发出的直流电的电压和电流不是很稳定)40**1、使用了单片机和专用软件，实现了智能控制；2、利用蓄电池放电率特性修正的准确放电控制。放电终了电压是由放电率曲线修正的控制点，消除了单纯的电压控制过放的不准确性，符合蓄电池固有的特性，即不同的放电率具有不同的终了电压；3、具有过充、过放、电子短路、过载保护、独特的防反接保护等全自动控制;以上保护均不损坏任何部件，不烧保险；4、采用了串联式PWM充电主电路，使充电回路的电压损失较使用二极管的充电电路降低近一半，充电效率较非PWM高3%-6%，增加了用电时间;过放恢复的提升充电，正常的直充，浮充自动控制方式使系统由更长的使用寿命;同时具有高精度温度补偿；5、直观的LED发光管指示当前蓄电池状态，让用户了解使用状况；6、所有控制全部采用工业级芯片(仅对带I工业级控制器)，能在寒冷、高温、潮湿环境运行自如。同时使用了晶振定时控制，定时控制精确；7、取消了电位器调整控制设定点，而利用了E方存储器记录各工作控制点，使设置数字化，消除了因电位器震动偏位、温漂等使控制点出现误差降低准确性、可靠性的因素；8、使用了数字LED显示