- 太陽能光伏發電系統及其應用(第二版)
- 楊貴恒 張海呈 張穎超 強生澤
- 9022字
- 2019-01-04 06:14:37
2.3 互補型光伏發電系統
太陽能光伏系統與其他發電系統(如風力、柴油發電機組、集熱器、燃料電池、生物質能等)組成多能源的發電系統,通常稱之為互補型光伏發電系統或混合發電系統。互補型光伏發電系統主要適用于以下情況:即太陽能電池的出力不穩定,需使用其他的能源作為補充時;太陽能電池的熱能作綜合能源加以利用時的情況。互補型光伏發電系統一般可分成風光互補發電系統、風-光-柴互補發電系統、太陽光熱互補發電系統、太陽能光伏-燃料電池互補發電系統以及小規模新能源電力系統等,其中風光互補發電系統應用最廣泛。
2.3.1 互補型光伏發電系統的類型
2.3.1.1 風光(風-光-柴)互補型發電系統
風光(風-光-柴)互補發電系統主要由風力發電機組(柴油發電機組)、太陽能光伏電池陣列、電力轉換裝置(控制器、整流器、蓄電池、逆變器)以及交直流負載等組成,其系統結構分別如圖2-16和圖2-17所示,圖2-18所示為風光互補路燈實景圖。風光(風-光-柴)互補發電系統是集太陽能、風能、柴油發電機組發電等多能源發電技術及系統智能控制技術為一體的混合發電系統。

圖2-16 風光互補發電系統結構框圖

圖2-17 風-光-柴互補發電系統結構框圖

圖2-18 風光互補路燈實景圖
風光互補發電系統根據當地太陽輻射變化和風力情況,可以在以下四種模式下運行:太陽能光伏發電系統單獨向負載供電;風力發電機組單獨向負載供電;太陽能光伏發電系統和風力發電機組聯合向負載供電以及蓄電池組向負載供電。
(1)太陽能電池陣列
太陽能電池陣列是將太陽能轉化為電能的發電裝置。當太陽照射到太陽能電池上時,電池吸收光能,產生光生電子-空穴對。在電池的內建電場作用下,光生電子和空穴被分離,光電池的兩端出現異號電荷的積累,即產生“光生電壓”,這就是“光生伏打效應”。若在內建電場的兩側引出電極并接上負載,則負載中就有“光生電流”流過,從而獲得功率輸出。這樣,太陽光能就直接變成了可付諸實用的電能。
太陽能電池方陣將太陽輻射能直接轉化為電能,按要求它應有足夠的輸出功率和輸出電壓。單體太陽能電池是將太陽輻射能直接轉換成電能的最小單元,一般不能單獨作為電源使用。作電源用時應按用戶使用要求和單體電池的電性能將幾片或幾十片單體電池串、并聯連接,經封裝,組成一個可以單獨作為電源使用的最小單元,即太陽能電池組件。太陽能電池方陣產生的電能一方面經控制器可直接向直流負載供電,另一方面經控制器向蓄電池組充電。從蓄電池組輸出的直流電,一方面通過DC/DC變換供給直流負載,另一方面通過逆變器后變成了220V(380V)的交流電,供給交流負載。
太陽能電池方陣的功率,需根據使用現場的太陽總輻射量、太陽能電池組件的光電轉換效率以及所使用電器裝置的耗電情況來確定。
(2)風力發電機
風力發電機是將風能轉化為電能的機械。從能量轉換角度看,風力發電機由兩大部分組成:一是風力機,它將風能轉化為機械能;二是發電機,它將機械能轉化為電能。小型風力發電機組一般由風輪、發電機、尾舵和電氣控制部分等構成。常規的小型風力發電機組多由感應發電機或永磁發電機加AC/DC變換器、蓄電池組、逆變器等組成。在風的吹動下,風輪轉動起來,使空氣動力能轉變成機械能。風輪的轉動帶動了發電機軸的旋轉,從而使永磁三相發電機發出三相交流電。風速不斷變化,忽大忽小,導致發電機發出的電流和電壓也隨著變化。發出的電經過控制器整流,由交流電變成具有一定電壓的直流電,并向蓄電池進行充電。從蓄電池組輸出的直流電,一方面通過DC/DC變換供給直流負載,另一方面通過逆變器后變成220V(380V)的交流電供給交流負載。
如圖2-19所示為風力機輸出功率曲線,其中vc為啟動風速,vR為額定風速,此時風機輸出額定功率,vp為截止風速。

圖2-19 風力發電機的輸出特性
當風速小于啟動風速時,風機不能轉動。當風速達到啟動風速后,風機開始轉動,帶動發電機發電。發電機輸出電能供給負載以及給蓄電池充電。當蓄電池組端電壓達到設定的最高值時,由電壓檢測信號電壓通過控制電路進行開關切換,使系統進入穩壓閉環控制,既保持對蓄電池充電,又不致使蓄電池過充。當風速超過截止風速vp時,風機通過機械限速機構使風力機在一定轉速下限速運行或停止運行,以保證風力機不致損壞。
(3)電力轉換裝置
由于風能的不穩定性,風力發電機所發出電能的電壓和頻率是不斷變化的;同時太陽能也是不穩定的,所發出的電壓也隨時變化,而且蓄電池只能存儲直流電能,無法為交流負載直接供電。所以,為了給負載提供穩定、可靠的電能,需要在負載和發電機之間加入電力轉換裝置,這種電力轉換裝置主要由整流器、蓄電池組、逆變器和控制器等組成。
① 整流器 整流器的主要功能是對風力發電機組和柴油發電機組輸出的三相交流電進行整流,整流后的直流電經控制器再對蓄電池組進行充電,整流器一般采用三相橋式整流電路。在風電支路中的整流器的另外一個重要作用是,在外界風速過小或者基本沒風的情況下,風力發電機的輸出功率較小,由于三相整流橋中電力二極管的導通方向只能是由風力發電機的輸出端到蓄電池組端,所以可有效防止蓄電池對風力發電機的反向供電。
② 逆變器 逆變器是在電力變換過程中經常使用到的一種電力電子裝置,其主要作用是將蓄電池存儲的或由整流橋輸出的直流電轉變為負載所能使用的交流電。風光互補型發電系統中所使用的逆變器要求具有較高的效率,特別是輕載時的效率要高,這是因為這類系統經常工作在輕載狀態。另外,由于輸入的蓄電池電壓隨充、放電狀態改變而變動較大,這就要求逆變器能在較大的直流電壓變化范圍內正常工作,而且能保證輸出電壓穩定。
③ 蓄電池組 小型風光互補型發電系統的儲能裝置大多使用閥控式鉛酸蓄電池組,蓄電池通常在浮充狀態下長期工作,其電能量比用電負載所需的電能量大得多,多數時間處于淺放電狀態。蓄電池組的主要作用是能量調節和平衡負載:當太陽能充足、風力較強時,可以將一部分太陽能或風能儲存于蓄電池中,此時蓄電池處于充電狀態;當太陽能不足、風力較弱時,儲存于蓄電池中的電能向負載供電,以彌補太陽能電池陣列、風力發電機組所發電能的不足,達到向負載持續穩定供電的目的。
④ 控制器 控制器根據日照強度、風力大小及負載變化情況,不斷對蓄電池組的工作狀態進行切換和調節:一方面把調整后的電能直接送往直流或交流負載。另一方面把多余的電能送往蓄電池組存儲。當太陽能和風力發電量不能滿足負載需要時,控制器把蓄電池組存儲的電能送往負載,以保證整個系統工作的連續性和穩定性。
(4)備用柴油發電機組
當連續多天沒有太陽、無風時,可啟動柴油發電機組對負載供電并對蓄電池補充電,以防止蓄電池長時間處于缺電狀態。一般柴油發電機組只提供保護性的充電電流,其直流充電電流值不宜過高。對于小型的風光互補發電系統,有時可不配置柴油發電機組。
風光互補發電系統比單獨光伏發電或風力發電具有以下優點。
① 利用太陽能、風能的互補性,可以獲得比較穩定的輸出,發電系統具有更高的穩定性和可靠性。
② 在保證同樣供電的情況下,可大大減少儲能蓄電池的容量。
③ 通過合理的設計和匹配,可以基本上由風光互補發電系統供電,很少或基本不用啟動備用電源如柴油發電機組等,可獲得較好的社會效益和經濟效益。
2.3.1.2 太陽能光、熱互補型發電系統
如圖2-20所示為太陽能光、熱互補型發電系統的構成。在日常生活中所使用的電能與熱能同時利用的太陽光-熱混合集熱器就是其中的一例。光、熱互補型發電系統用于住宅負載時可以得到有效利用,即可以有效利用設置空間、減少使用的建材以及能量回收年數、降低設置成本以及能源成本等。太陽光-熱混合集熱器具有太陽能熱水器與太陽電池陣列組合的功能,它具有如下特點。

圖2-20 太陽能光、熱互補型發電系統
① 太陽能電池的轉換效率大約為10%,加上集熱功能,太陽光-熱混合集熱器可使綜合能量轉換效率提高。
② 集熱用媒質的循環運動可促進太陽能電池陣列的冷卻效果,可抑制太陽能電池單元隨溫度上升而轉換效率下降。
2.3.1.3 太陽能光伏、燃料電池互補型發電系統
如圖2-21所示為太陽能光伏、燃料電池互補型發電系統的系統組成,燃料電池所用燃料為都市煤氣。該系統可以綜合利用能源,提高能源的綜合利用率。將來可作為個人住宅電源使用。太陽能光伏、燃料電池系統由于使用了燃料電池發電,因此可以節約電費、明顯降低二氧化碳的排放量、減少環境污染,環境友好。

圖2-21 太陽能光伏、燃料電池互補型發電系統
2.3.1.4 小規模新能源電力系統
如圖2-22所示為小規模新能源電力系統。該系統由發電系統、氫能制造系統、電能存儲系統、負載經地域配電線相連構成(圖中的虛線表示如果需要的話也可與電力系統并網)。發電系統包括太陽能光伏系統、風力發電、生物質能發電、燃料電池發電、小型水力發電(如果有水資源)等;負載包括醫院、學校、公寓、寫字樓等民用、公用負荷;氫能制造系統用來將地域內的剩余電能轉換成氫能。當其他發電系統所產生的電能以及電能存儲系統的電能不能滿足負載的需要時,通過燃料電池發電為負載供電。

圖2-22 小規模新能源電力系統
小規模新能源電力系統具有如下特點。
① 與傳統的發電系統相比,小規模新能源電力系統由新能源、可再生能源構成。
② 由于使用新能源、可再生能源發電,因此不需要其他的發電用燃料。
③ 由于使用清潔能源發電,因此對環境沒有污染,環境友好。
④ 氫能制造系統的使用,一方面可以使地域內的剩余電力得到有效利用,另一方面可以提高系統的可靠性、安全性。
一般來說,小規模新能源電力系統與電力系統相連可提高其供電的可靠性與安全性。但由于該系統有氫能制造系統和燃料電池以及電能存儲系統,因此,需要對小規模新能源電力系統的各發電系統的容量進行優化設計,并對整個系統進行最優控制,以保證供電的可靠性與安全性,盡可能使其成為獨立的小規模新能源電力系統。
隨著我國經濟的快速發展,對能源的需求越來越大。能源消耗的迅速增加與環境污染的矛盾日益突出,因此清潔、可再生能源的應用是必然趨勢。可以預見,小規模新能源電力系統與大電力系統同時共存的時代必將到來。
2.3.2 風光互補型光伏發電系統的控制器
風光互補型光伏發電系統主要由太陽能光伏電池、風力發電機組、控制器、蓄電池、逆變器、交直流負載等部分組成,其中控制器是整個系統的心臟,其性能的優劣直接決定整個系統的安全性與可靠性。所以,對于風光互補型光伏發電系統而言,控制器的精心設計顯得至關重要。下面以某單位研制的2kW風光互補型光伏發電系統控制器為例,詳細講述其結構組成、各電路工作原理及主要性能指標等。
2.3.2.1 結構組成
獨立運行的2kW風光互補型發電系統控制器主要由主電路、驅動電路、整流電路、控制電路、輔助電源電路和顯示電路等組成。各部分電路原理圖如圖2-23~圖2-29所示,下面著重講述各電路基本工作原理。

圖2-23 2kw風光互補型光伏發電系統控制器主電路及驅動電路原理圖

圖2-24 2kw風光互補型光伏發電系統控制器整流電路原理圖

圖2-25 2kw風光互補型光伏發電系統控制器電路原理圖

圖2-26 2kw風光互補型光伏發電系統控制器輔助電路原理圖

圖2-27 2kw風光互補型光伏發電系統控制器顯示電路原理圖

圖2-28 風機充電控制模塊系統結構框圖

圖2-29 監控系統策略圖
2.3.2.2 工作原理
(1)主電路
其主電路為Buck型DC/DC功率變換電路。由MOSFET功率開關管VT7、VT8、VT12、VT13、VT19、VT20、VT23、VT24、VT26、VT27、VT31、VT32,電感L,電容C19、C23、C26、C28、C31,續流二極管VD8、VD12、VD14、VD15、VD16等組成。
由于MOS管最大占空比為0.5,不能滿足電路設計要求。為此本電路采用兩組MOS管并聯的方式,VT8、VT13、VT20、VT24、VT27、VT32為一組,VT7、VT12、VT19、VT23、VT26、VT31為一組,使兩組MOS管交替工作,滿足電路設計對占空比的要求。
(2)驅動電路
PWM信號有兩組,即PWM1和PWM2,其中一組為備用信號。
由于SG3525輸出的高頻PWM脈沖信號不能直接驅動MOS管,所以需要專門的驅動電路。MOS管的驅動電路需要具備實現控制電路與被驅動MOS管柵極之間的電氣隔離以及提供合適的柵極驅動脈沖兩個功能。
以PWM1脈沖信號為例,三極管VT11、VT14及二極管VD21、VD22共同組成推挽電路,其作用是放大脈沖信號;由脈沖變壓器T2實現控制電路與功率電路隔離,同時產生四組相同的脈沖信號,每組信號經三組驅動電路提供給三只MOSFET功率開關管。
由于各個MOSFET功率開關管的驅動電路均相同,所以以MOSFET功率開關VT8驅動電路為例進行說明。驅動電路采用柵極直接驅動的方式,由R16、R17、R19、R24、VD17和VT5組成,電路中有一個射極跟隨器,并且在VT5的發射結反并了一個二極管VD17,其目的是為輸入電容放電提供通路,增強電路驅動能力。
(3)整流電路
整流電路由整流橋B1、B2、B3、B4,保險管FU1、FU2,電容C8、C9構成。
整流橋B1、B2、B3、B4的作用是將交流電全橋整流,變為脈動直流電。其中,B1為太陽能光伏發電單相輸入整流;B2、B3、B4為風力發電三相輸入整流。保險管FU1、FU2對電路進行限流保護,當電流大于40A時自動切斷電路,對電路實施保護。電容C8、C9構成濾波電路,其作用是將整流后的脈動直流電變換為較平滑的直流電,供下一級變換。
(4)控制電路
控制電路由U2(PIC16F684)、U5(SG3525)及其外圍電路的組成,U2負責輸入過欠壓的檢測與保護,蓄電池過欠壓的檢測與保護、蓄電池充放電管理,輸出電壓、電流顯示等工作;U5在U2的控制下產生PWM脈沖,完成對功率電路的控制。
① 交流輸入過欠壓檢測與保護 交流輸入過壓保護值為124V±3V,過壓保護恢復值為114V±3V;交流輸入欠壓保護值為38V±3V,欠壓保護恢復值為42V±3V;交流輸入電壓信號經VR1及其外圍電路取樣后被送到U2的12腳,U2檢測后根據采樣電壓的高低確定是否需要關閉U5。
② 蓄電池過欠壓檢測與保護 蓄電池過壓保護值為57.5V±1V,過壓保護恢復值為53.5V±1V;蓄電池的欠壓保護值為41V±1V,欠壓保護恢復值為47V±1V;蓄電池的電壓信號經VR3及其外圍電路取樣后被送到U2的11腳,U2檢測后根據采樣電壓的高低,結合交流輸入信號確定是否需要關閉U5,吸合繼電器REL1等。
③ 蓄電池充放電管理 蓄電池的充、放電管理是控制器的核心,蓄電池的充電電壓、充電電流,均浮充轉換由U2(PIC16F684)與U5(SG3525)共同完成。
④ PWM脈沖控制電路 U5在U2的控制下工作,輸出電壓給定信號由U2的5腳送出,經R137、C24濾波后送到U5的2腳,此電壓信號決定輸出電壓的高低;輸出電流的大小由U4(LM358)及其外圍電路決定,調節VR4的阻值即可調節輸出電流的大小。輸出電壓、電流信號被送到U5的1腳,與2腳的給定信號比較后決定輸出PWM脈沖的占空比,完成對PWM脈沖的控制。
⑤ 告警電路 U2在完成對輸入電壓、蓄電池電壓、輸出電壓、輸出電流的檢測后,一旦發現任一項指標超限,立即給出告警信號,確保控制器正常工作。
·蓄電池過欠壓時紅色故障燈亮,同時切斷蓄電池輸入回路,有交流輸入時直流輸出不受影響,無交流輸入時無直流輸出。
·交流輸入過壓時紅色故障燈閃,同時關閉內部功率變換電路,有蓄電池輸入時直流輸出由蓄電池供電,無蓄電池輸入時直流無輸出。
· 交流輸入欠壓時紅色故障燈閃,有蓄電池輸入時內部功率變換電路不關閉,直流輸出由蓄電池和變換器共同供電,無蓄電池輸入時內部功率變換電路關閉,直流無輸出。
·直流輸出過流時紅色故障燈亮,同時關閉內部功率變換電路,有蓄電池輸入時直流輸出由蓄電池供電,無蓄電池輸入時直流無輸出。
(5)輔助電源電路
輔助電源電路利用反激式變換器電路和電流控制芯片UC3845進行設計。由電流控制芯片UC3845、變壓器T1、三端穩壓器U3:LM7805等主要器件組成。
蓄電池為UC3845提供正常工作電壓,UC3845為開關管VT1提供控制脈沖。當開關管VT1導通時為電能儲存階段,這時可以把變壓器看成一個電感,原邊繞組的電流Ip將會線性增加,磁芯內的磁感應強度將會增加到最大值。當開關管VT1關斷時,初級電流必定要降到零,副邊整流二極管VD6和VD7將導通,感生電流將出現在副邊,按照功率恒定原則,副邊繞組安匝值與原邊繞組安匝值應相等,能量通過開關管VT1的連續導通與關斷由T1原邊傳遞到副邊。二極管VD6和VD7構成單相全波整流電路,將T1次級輸出的高頻交流電整流為脈動直流電。電感L1,電容C13、C53、C54構成濾波電路,將VD6、VD7整流后的高頻脈動直流電轉換為穩定的12V直流電,加在三端穩壓器U3的輸入端,U3輸出穩定的5V直流電。12V和5V直流電為整個控制器提供輔助電源。其中電阻R118、R119和C16組成RC吸收電路,對整流二極管VD6和VD7提供保護。
(6)顯示電路
顯示電路主要由兩個三位LED數碼管SM420563以及兩個通用數碼管驅動芯片74HC595組成。通用數碼管驅動芯片74HC595為三位LED數碼管SM420563提供驅動信號,其中一只數碼管顯示輸出電壓,另一只數碼管顯示輸出電流。
2.3.2.3 產品外觀
圖2-30~圖2-32所示分別為2kW風光互補型發電系統控制器的前面板、后面板和內部結構。

圖2-30 2kW風光互補型發電系統控制器(前面板)

圖2-31 2kW風光互補型發電系統控制器(后面板)

圖2-32 2kW風光互補型發電系統控制器(內部結構)
2.3.2.4 性能指標
(1)輸入電壓
三相線電壓:AC45~120V,50Hz±5Hz
(2)輸出電壓
均充電壓:55.5V±0.3V
浮充電壓:53.5V±0.3V
(3)輸出電流
最大輸出電流:40A±2A
均浮充轉換電流:5A±2A
浮均充轉換電流:8A±2A
(4)保護
① 交流輸出欠壓保護
過壓保護值:124V±3V
過壓保護恢復值:114V±3V
② 交流輸入欠壓保護
欠壓保護值:38V±3V
欠壓保護恢復值:42V±3V
③ 蓄電池過壓保護
過壓保護值:57.5V±1V
過壓保護恢復值:53.5V±1V
④ 蓄電池欠壓保護
欠壓保護值:41V±1V
欠壓保護恢復值:47V±1V
⑤ 輸出過壓保護
過壓保護值:57.5V±1V
⑥ 蓄電池反接保護
(5)工作條件
溫度:0~45℃
相對濕度:小于80%
(6)儲存條件
溫度:-10~60℃
相對濕度:小于80%
2.3.3 風光互補型發電系統的應用
(1)無電農村的生活、生產用電
中國現有9億人口生活在農村,其中5%左右目前還未能用上電。在中國無電鄉村往往位于風能和太陽能蘊藏量較為豐富的地區,因此利用風光互補型發電系統解決用電問題的潛力很大。采用標準化的風光互補型發電系統有利于加速這些地區的經濟發展,提高其經濟水平。另外,利用風光互補系統開發儲量豐富的可再生能源,可以為廣大邊遠地區的農村人口提供最適宜也最便宜的電力服務,促進貧困地區的可持續發展。
我國已經建成了千余個可再生能源的獨立運行村落集中供電系統,但是這些系統都只提供照明和生活用電,不能或不運行使用生產性負載,這就使得系統的經濟性較差。可再生能源獨立運行村落集中供電系統的出路是經濟上的可持續運行,涉及到系統的所有權、管理機制、電費標準、生產性負載的管理、電站政府補貼資金來源、數量和分配渠道等。這種可持續發展模式,對中國在內的所有發展中國家都有深遠意義。
(2)半導體室外照明
世界上室外照明工程的耗電量占全球發電量的12%左右,在全球能源日趨緊張和環保意識逐漸提高的背景下,半導體室外照明的節能工作日益引起全世界的關注。
半導體室外照明的基本工作原理:太陽能和風能以互補形式通過控制器向蓄電池智能化充電,到晚間根據光線強弱程度自動開啟和關閉各類LED室外燈具。智能化控制器具有無線傳感網絡通信功能,可以與后臺計算機實現三遙管理(遙測、遙信、遙控)。智能化控制器還具有強大的人工智能功能,對整個照明工程實施先進的計算機“三遙”管理,重點是照明燈具的運行狀況巡檢以及故障和防盜報警。
目前已被開發的風光互補室外照明工程有:風光互補LED智能化車行道路照明工程(快速道/主干道/次干道/支路)、風光互補LED小區照明工程(小區路燈/庭院燈/草坪燈/地埋燈/壁燈等)、風光互補LED景觀照明工程、風光互補LED智能化隧道照明工程等。
(3)航標燈電源系統
我國部分地區的航標已經應用了太陽能發電,特別是燈塔樁,但也存在著一些問題,最突出的就是在連續天氣不良狀況下太陽能發電不足,易造成電池過放電,燈光熄滅,影響了電池的使用性能甚至導致其損壞。冬季和春季太陽能發電不足的問題尤為嚴重。
在天氣不良情況下往往伴隨大風,也就是說,太陽能發電不理想的天氣狀況往往是風能最豐富的時候,在這種情況下,可以采用以風力發電為主,光伏發電為輔的風光互補型發電系統代替傳統的太陽能光伏發電系統。風光互補型發電系統具有環保、免維護、安裝使用方便等特點,符合航標能源應用要求。在太陽能配置能滿足能源供應的情況下(夏、秋季),不啟動風光互補型發電系統;在冬、春季或連續天氣不良狀況,太陽能發電不能滿足負荷的情況下,啟動風光互補型發電系統。由此可見,風光互補型發電系統在航標上的應用具備季節性和氣候性的特點。事實證明,其應用可行,效果明顯。
(4)監控攝像機電源
目前,高速公路重要關口(收費處、隧道中、急拐彎處、長下坡路段等)、城市道路人行道(斑馬線處)以及其他重要地點(政府機關、銀行、飛機場、火車站等)等處均安裝有攝像機,這些地點的攝像機均要求24小時不間斷運行,采用傳統的市電電源系統,雖然功率不大,但是因為數量多,也會消耗不少電能,不利于節能;另外,高速公路攝像機電源的線纜經常被盜,損失大,造成使用維護費大大增加,增加了高速公路運營成本。應用風光互補型發電系統為高速公路重要關口等處的監控攝像機提供電源,不僅節能,而且不需要鋪設線纜,減少了被盜的可能。
(5)通信基站電源
目前國內許多海島、山區等地遠離電網,但由于當地旅游、漁業、航海等行業有通信需要,需要建立通信基站。這些基站用電負荷都不會很大,若采用市電供電,架桿鋪線代價很大,若僅采用柴油發電機組供電,存在運營成本高、系統維護困難等問題。而太陽能和風能作為取之不盡的可再生資源,在海島相當豐富。此外,太陽能和風能在時間上和地域上都有很強的互補性,風光互補型發電系統是可靠性較高、經濟性較好的獨立電源系統,適合用于通信基站供電。在具備相關條件(經濟條件、技術人員配置)的情況下,系統可配置柴油發電機組,以備太陽能與風能發電不足時使用。這樣可大大減少系統中太陽能電池方陣與風機的容量,從而降低系統成本,同時增加系統的可靠性。
(6)抽水蓄能電站電源
風光互補抽水蓄能電站是利用太陽能和風能發電,不經蓄電池而直接帶動抽水機實行不定時抽水蓄能,然后利用儲存的水能實現穩定的發電與供電。這種能源開發方式將水能、太陽能與風能開發相結合,利用三種能源在時空分布上的差異達到互補開發的目的,適用于電網難以覆蓋的邊遠地區,并有利于能源開發中的生態環境保護。
風光互補抽水蓄能電站的開發至少要滿足以下兩個條件:
① 三種能源在能量轉換過程中應基本保持能量守恒;
② 抽水系統所構成的自循環系統的水量基本保持平衡。
雖然抽水蓄能電站電源與水電站相比成本電價略高,但是可以解決有些地區小水電站冬季不能發電的問題,所以采用風光互補抽水蓄能電站的多能互補開發方式具有獨特的技術經濟優勢,可作為某些滿足條件地區的能源利用方案。
風光互補型發電系統的應用向全社會生動展示了太陽能、風能新能源的應用價值,對推動我國建設資源節約型和環境友好型社會具有十分重要的意義。