什么是新能源中的互补发电系统

[导读]新能源互补发电系统是由风力发电机组和太阳能发电机组构成的新型发电系统，通过控制器、逆变器及蓄电池等设备实现电能生产，分为电能产生、转换控制及存储消耗模块 [1]。

新能源互补发电系统是由风力发电机组和太阳能发电机组构成的新型发电系统，通过控制器、逆变器及蓄电池等设备实现电能生产，分为电能产生、转换控制及存储消耗模块 [1]。系统通过优化风机与光伏阵列容量配比，可组成独立、并网或微电网混合发电模式，经容量优化配置后能够完全替代柴油机实现环保供电，适用于通信基站、道路照明及偏远地区供电 [4-5]。该系统概念起源于20世纪80年代国际学界对风光资源互补性的研究，丹麦学者于1981年提出混合利用技术 [1]。典型案例包括浙江舟山东福山岛微电网工程 [5]。当前系统采用混合储能单元容量优化技术，通过改进模拟退火粒子群算法降低投资成本 [6]。主要挑战包括弃风现象及小型风力发电机可靠性问题 [3-4]。

近年来，随着我国经济社会的快速发展，人们对能源的需求量持续增长，传统化石能源如煤炭、石油、天然气等的燃烧使用，给人们赖以生存的地球生态环境造成了严重的破坏。20世纪初期，英国伦敦“雾都”的形成和当前我国大范围雾霾天气的出现，燃煤等化石能源的大规模利用是主因。因此，人们开始普遍关注对环境有保护作用的相关措施，可再生新能源风能、太阳能的合理开发与应用可减少化石能源的消耗，无论从缓解能源危机，消除环境污染，保护人类生存环境还是从经济社会长期稳定发展来看，这个措施无疑对我国乃至世界有着极其重要的现实意义: 用洁净的可再生新能源替代常规化石能源，不仅是人类的美好愿望，也是能源发展的必然趋势。

21世纪电力的需求日益增长，它已成为人们生活中必不可少的一部分，同时也带动着我国的经济发展。因此，电力的需求会引领我们进入一个可再生能源利用的电气化时代。在1992年“世界环境与发展大会”以后，可再生能能源的合理开发利用问题，受社会可持续发展需求的推动，进一步被提到了人类发展战略的高度，受到了各个国家的高度重视。据报道统计，社会资本投资重点转向可再生能源，139个新兴经济体的社会资本参与投资，2016年，项目总数相对稳定在124个，其中可再生能源的项目占比达59%，仅太阳能项目占到所有能源投资项目的1/3以上( 数据来源: 世界银行的社会资本参与基础设施数据库简报) ，而在当前可利用的可再生新能源中，用于发电的风能、太阳能，具有取之不尽，用之不竭，就地取材，环保，资源丰富等优点，它们已经成为此领域中开发利用水平最高，技术最成熟，应用最广泛，具有商业化发展条件的新型能源。但单独的风力发电、太阳能光伏发电都在资源利用上存在缺陷: 在季节性方面，夏季日照辐射强风力较弱，冬季风力强日照辐射较弱; 在时间性方面，白天有光照辐射，风力较小，晚上无光照辐射，风力较强。因此综合考虑太阳能和风能在季节性、时间性等多方面资源的互补而建立起来的风光互补发电系统是一种经济合理的供电方式。

风光互补发电系统是一种多能互补、经济高效、环保、无污染的能源供电系统，再加以科学的管理和运行控制，可以获得最佳的利用效益，推动我国电力产业的发展，满足人们的日常生活用电需求。从20 世纪80 年代至今，由太阳能光伏发电系统、风力发电系统到将两者结合形成的风光互补发电系统，与之相关方面的研究与应用一直处在不断完善与探索的过程中，理论与实践的结合，使得风光互补发电技术越来越规模化，慢慢地渗透于人们的生活中，同时在电力系统中发挥着不可替代的地位 [1]。

风光互补发电系统，一种集风力发电与太阳能发电于一体的绿色能源解决方案，通过太阳能电池方阵和风力发电机(将交流电转化为直流电)的协同作用，将产生的电能高效存储于蓄电池组中。当用户需要电力时，逆变器会将这些直流电转化为交流电，并通过输电线路稳定地输送到用户负载处。这一系统充分利用了风力和太阳能的双重资源，为未来绿色能源的发展提供了新的选择。

风光互补发电系统涵盖了风力发电机组、太阳能光伏电池组、控制器、蓄电池、逆变器以及交流直流负载等多个关键组件。该系统巧妙融合了风能、太阳能及蓄电池等多种能源发电技术，同时配备了智能控制系统，从而实现高效、稳定的电力输出。

在风光互补发电系统中，风力发电部分通过风力机将风能转化为机械能，再经由风力发电机将机械能高效转换为电能。这一过程由控制器精准调控，确保蓄电池得到恰当充电，并通过逆变器为负载提供稳定的电力。同样，光伏发电部分则利用太阳能电池板的光伏效应将光能高效转化为电能，同样经过控制器对蓄电池进行充电，并通过逆变器将直流电稳定转换为交流电供负载使用。

此外，系统中的逆变器负责将蓄电池中的直流电转化为标准的220v交流电，以满足交流电负载设备的需求。它还具备自动稳压功能，有效提升了风光互补发电系统的供电质量。而控制部分则根据日照强度、风力大小及负载的变化情况，智能切换和调节蓄电池组的工作状态，确保电力供应的连续性和稳定性。

值得一提的是，风光互补发电系统在运行模式上具有显著优势。它可以根据风力和太阳辐射的变化情况，灵活地在三种模式下切换：风力发电机组单独供电、光伏发电系统单独供电以及风力发电机组与光伏发电系统联合供电。这种灵活性使得风光互补发电系统在稳定性、可靠性以及经济效益方面均表现出色。

风光互补离网发电系统的工作原理如下：

风力发电：风力发电机捕获风能并将其转换为机械能，然后通过发电机将机械能转换为电能。这部分电能经过整流器转换为直流电后，通过智能控制器对蓄电池进行充电，或直接对直流负载供电，也可经过逆变器对交流负载供电。

光伏发电：太阳能电池板在太阳光的照射下将光能转换为电能，产生直流电。这部分电能同样通过智能控制器对蓄电池进行充电，或直接对直流负载供电，也通过逆变器将直流电转换为交流电对交流负载供电。

智能控制：智能控制器根据日照强度、风力大小及负载的变化，协调风力发电机组、光伏阵列的最大功率跟踪，以及实现对蓄电池的充放电控制、过充过放保护等功能。

储能与供电：蓄电池组在风光互补系统中同时起到能量调节和平衡负载两大作用。它将光伏发电系统和风力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。当发电量不能满足负载需要时，控制器将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。

风光互补离网发电系统具有以下优势：

环保节能：该系统完全利用风能和太阳能进行发电，不消耗化石能源，不产生污染物排放，符合绿色能源的发展理念。

独立供电：系统不依赖电网独立供电，不受地域限制，适用于偏远地区、无电地区或电力不稳定地区的供电需求。

稳定性高：风能和太阳能具有天然的互补性，可以在不同时间和季节上相互补充，提高系统供电的稳定性和可靠性。

经济实用：通过合理配置系统容量和采用先进的控制技术，可以降低发电系统的造价和运行成本，提高经济效益。