风能与太阳能光伏互补发电应用及其优化.pdf

2009年第1期上海电力可再生能源发电

,王培红

(东南大学能源与环境学院,南京210096)

摘要:风能和太阳能复合发电的互补性很强,可向电网提供更加稳定的电能,且发电成本更低。文章介绍了
风光互补发电系统组成、原理、优点及其在国内外的发展现状,建立了风、光互补发电系统经济运行的模型、优
化求解约束条件,用模型对风、光发电量进行优化,比较优化前后系统供电成本,对系统经济运行具有指导作
用。最后提出了风电互补发电产业进一步发展需要解决的问题。
关键词:风力发电;太阳能光伏发电;风光互补发电;经济运行
中图分类号:TM614;TM615文献标识码:B

给负载;当负载用于交流电时,则需要经逆变器将
1引言
直流电转变为交流电再输送给负载[1]。
风能和太阳能作为一种清洁的可再生能源,
受到世界各国的重视。风能和太阳能近年越来越
多的用于互补发电。到2007年12月底,全世界
累计装机容量达到93849MW,新增容量增长率

为26.6%[1]。但是风能和太阳能都具有能量密图1风光混合系统组成方式
度低、稳定性差的弱点,并受到地理分布、季节变风力发电的原理是利用风力带动风车叶片旋
化、昼夜交替等影响;风能和太阳能在时间上、地转,利用增速机将旋转速度提升,促使发电机发
域上和经济上都有一定的互补性。白天太阳光最电。风力发电系统按照发电机运行方式分恒速恒
强时,风较小,晚上太阳落山后,光照很弱,但由频发电和变速恒频发电两种方式[4]。利用旋风发
于地表温差变化大而风能加强。在夏季,太阳光电装置,可大大提高风能可用系数,大幅度降低风
强度大而风小,在冬季,太阳光强度弱,而风速高,能利用中存在的离散性和不可控性,即人为创造
因而风光复合发电的主要优点是具有互补性,可具有恒定风力的发电环境,并且还可有效地使风

以向电网提供更加稳定的电能[2]。太阳能虽供电机基本处于额定风速下输出额定功率。
稳定性较高,但是其发电成本较高。而风力虽随当太阳光照射到太阳能电池板上时,电池吸
机性强,供电可靠性差,但发电成本较低,二者结收光能,产生光生电子———空穴对。在电池的内
合可共用一套送变电设备,降低工程造价;共用一建电场作用下,光生电子与空穴被分离,光电池的
套经营管理人员,提高工作效率,降低运行成本。两端出现异号电荷的积累,即产生“光生电压”,这
而且可以通过光伏组件容量和风力发电机容量的就是“光生伏打效应”[3]。太阳能光伏发电系统是
优化,可在满足供电要求的基础上降低发电成本。利用太阳电池半导体材料的“光生伏打效应”,使
将太阳光辐射能直接转换为电能的一种新型发电
2风光互补发电系统的组成和原理
系统。一套基本的太阳能发电系统包括太阳能电
风力发电与太阳能电池发电组成的联合供电池板、太阳能控制器、逆变器和蓄电池。
系统叫做风光互补发电系统[3],风光互补供电系3风光互补发电发展现状
统结构如图1所示。它是由风力发电机、太阳能
电池阵列、蓄电池组、充电控制器、逆变器、系统监国外在新能源领域的研究主要集中于大型并
控系统等组成。在图1中,风力发电机及太阳能网发电场及单独风力发电和单独太阳能光伏发电
电池发出的电通过控制器贮存在蓄电池中,当负的方式,风光互补发电方面的研究比较少,但也有
载用于直流电时,通过控制器将直流电直接输送一些初步的研究成果。加拿大Saskatchewan大
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可再生能源发电上海电力2009年第1期

RajeshKarki等人研究了独立小型风光发电系算法搜索确定系统的最优控制策略和最优配置方
统的成本及可靠性计算,指出根据负载和风光资案;西安交通大学针对在设计风光互补发电系统
源条件合理配置发电系统,是降低发电成本、提高中存在设备配置随意造成投资大等问题,提出“局
系统可靠性的重要途径。加拿大Saskatchewan部-整体法”作为风光互补发电系统的优化设计
大学RoyBillinton等人研究了独立小型风光发方法,并在气候资源上有很强可比性的两地区的
电系统的扩容问题,指出互补发电系统扩容的可具体系统设计上验证了该方法的运用[5];新疆军
行性。西班牙Zaragoza大学RodolfoDufoLopez区69032部队运用计算机控制技术和大功率集成

等人用C++语言开发了一套用于风光、光柴油机电路技术对风光综合电源系统进行了设计,实现
等互补发电系统的基于遗传算法的优化系统(软了风能、太阳能、柴油机、蓄电池能源互补的一体
件),并对位于西班牙Zaragoza的光/柴油机互补化和智能化,可独立地向各种负载提供不间断的
发电系统进行了设计与优化,还与另外一个互补供电。华南理工大学提出一种基于分级模糊算法
优化系统(软件)HOMER(HybridOptimization的互补发电场的能量管理控制系统[6],并作