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風光互補系統

一、定義:
(圖片來源:sunoasis.com.cn)

風光互補系統是一套發電應用系統,指風力發電機和太陽能電池方陣兩種發電設備共同發電。該系統主要由風力發電機、太陽能電池方陣、智慧控制器、蓄電池組、多功能逆變器、電纜及支撐和輔助件等組成,將電力並網送入常規電網中。

它適用於道路照明、農業、牧業、種植、養殖業、旅遊業、廣告業、服務業、港口、山區、林區、鐵路、石油、部隊邊防哨所、通訊中繼站、公路和鐵路信號站、地質勘探和野外考察工作站,及其它用電不便地區如邊遠牧區等。

二、發電方式:

風光互補系統利用太陽能電池方陣、風力發電機,將發出的電能存儲到蓄電池組中,當使用者需要用電時,逆變器將蓄電池組中儲存的直流電轉變為交流電,通過輸電線路送到使用者負載處。夜間和陰雨天無陽光時由風能發電,晴天由太陽能發電,在既有風又有太陽的情況下兩者同時發揮作用,實現全天候的發電功能。

三、組成部分:

系統組成如下:

(圖片來源:info.upla.cn)

1.發電部分:由1台或者幾台風力發電機和太陽能電池板矩陣組成,完成“風-電、光-電”的轉換,並通過充電控制器與直流中心完成給蓄電池組自動充電的工作。

2.蓄電部分:由多節蓄電池組成,完成系統的全部電能儲備任務。

3.充電控制器及直流中心部分:由風能和太陽能充電控制器、直流中心、控制櫃、避雷器等組成,完成系統各部分的連接、組合以及對於蓄電池組充電的自動控制。

4.供電部分:由一台或者幾台逆變電源組成,可把蓄電池中的直流電能變換成標準的220V交流電能,供給各種用電器。

四、優點:

1、完全利用風能和太陽能來互補發電,無需外界供電;

2、免除建變電站、架設高低壓線路和高低壓配電系統等工程,系統成本合理;

3、具有晝夜互補、季節性互補特點,系統穩定可靠、性價比高;

4、電力設施維護工作量及相應的費用開銷大幅度下降;

5、獨立供電,在遇到自然災害時不會影響到全部使用者的用電;

6、低壓供電,運行安全、維護簡單。

五、缺點:

1、風電和光電系統都存在一個共同的缺陷——資源不確定性導致發電與用電負荷的不平衡。風光系統都必須通過蓄電池儲能才能穩定供電,但每天的發電量受天氣的影響很大,會導致系統的蓄電池組長期處於虧電狀態,這也是引起蓄電池組使用壽命降低的主要原因。 

2、小型風力發電機的可靠性得不到根本解決。出於成本上的考慮,小型風力發電機只採用簡單的機械控制方式在大風狀態下進行限速保護。機械限速結構的特點是小型風機的機頭或某個部件處於動態支撐的狀態,在自然條件下,由於風速和風向的變化太複雜,且自然環境惡劣,小型風力發電機的動態支撐部件不可避免的會引進振動和活動部件的損壞,從而使機組損壞。

目前最好的小型風力發電機只保留了三個運動部件,一是風輪驅動發電機主軸旋轉,二是尾翼驅動風機的機頭偏航,三是為大風限速保護而設的運動部件。前兩個運動部件故障率並不高,主要是限速保護機構損壞的情況多。所以要徹底解決小型風力發電機的可靠性問題,便必須在限速方式上有最好的解決辦法。

六、產品應用:

A、風光互補公共照明系統

(圖片來源:pengky.cn)
  • 定義:完全利用風和太陽光能為燈具供電(無需外接電網)。系統兼具風能和太陽能產品的雙重優點,由風、光能協同發電,電能儲於蓄電池中,開關智慧控制,自動感應外界光線變化,無須人工作業,主要用於鄉村結合道路、高速公路、城市道路、防洪堤及景觀道路 。 
  • 產品特點:零電費、零排放,節能減排、綠色環保、未來照明發展的重要方向之一;
  • 三免產品:免能耗——利用自然資源自身發電,無需外界供電; 免配套——獨立供電,無需其他輔助輸電設備;免電費——自身發電,運行不需要電費支出。
  • 應用範圍:城市路燈;農村路燈——“路路亮”高速公路;防洪堤;景觀工程;社區公共照明等。   
B、家庭供電系統:主要用於農村無電戶、別墅度假屋、漁船遊艇、家庭並網系統。

C、風光互補分散式電站系統:主要應用於分散式電站、用戶側並網、海島、邊防哨所、無電村集中供電。

D、風光互補離網型獨立供電系統:主要應用於通信基站、加油站、收費站、養殖場等。 

E、風光互補監控指示系統:主要應用於交通監控、指示;治安國防監控;石油、天然氣、電力線監控;森林防火監控等。

七、典型案例:

【A】2009年中國兵器裝備集團自主研製了一套具有國內先進水準的40千瓦風光互補示範發電站,風光互補發電站成功建成並投入運行。

該系統為兵器裝備集團自主開發生產,除了實現風光互補發電,還具有以下三方面優勢:一是高精度即時跟蹤太陽位置,使太陽能系統日發電量比傳統的固定式系統提高了30%以上;二是自主研製的並網逆變器技術水準先進,部分指標達到國際領先水準,確保發電站可靠高效運行;三是採用了風光合一的調度與控制系統,實現了柔性並網發電,減少對電網的衝擊。

這標誌著兵器裝備集團成功進入風力發電新能源領域,並同時擁有了太陽能、風能兩大綠色能源產業,為兩大綠色能源產業找到了一個結合點。

【B】2013年12月20日,由新疆特變電工新能源公司開發建設的我國首個百兆瓦級大型風光互補電站正式並網發電。該電站通過風能和太陽能發電系統的智慧調節,向電網提供更加穩定的電能;同時,對地面和高空的合理利用,充分發揮風、光資源的互補優勢,實現資源最大程度的整合。

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