王茂映 張 湘

（西昌學院，四川 西昌 615000）

1 背景

當今時代，能源和環(huán)境友好發(fā)展逐漸引起人們的關注，其中風能和光能的應用成為重要的研究方向；但是傳統(tǒng)太陽能和風能發(fā)電受天氣影響較大，單獨入網(wǎng)使用較為困難，太陽能和風能在時間上的互補性使得風光互補發(fā)電系統(tǒng)在資源利用上具有很好的匹配性[1]。因此風光互補發(fā)電在眾多的發(fā)電方式脫穎而出，風力發(fā)電和光伏發(fā)電廣泛的分布于我國各個地區(qū)，且開發(fā)潛力大，兩者的有機結合并不斷發(fā)展是今后研究的重要課題。

2 風光互補發(fā)電系統(tǒng)的結構

系統(tǒng)的發(fā)展，使風光互補系統(tǒng)的結構大致有以下幾部分組成：風力發(fā)電機組、太陽能電池方陣、集中控制系統(tǒng)、蓄電池組和負載等[2]。根據(jù)采用的母線結構不同，可以分成直流母線結構和交流母線結構，這兩種母線結構的分析可以得出直流母線結構只適用于單個用戶供電使用，交流母線結構由于其擴展性高，是未來風光互補系統(tǒng)引用到千家萬戶的主流選擇[3]。風力發(fā)電機組有很多的種類，就我國而言，主流供應商能提供的機組有：變槳變速機、定槳變速機兩種，但風機的選擇，還是要根據(jù)投入的地區(qū)來進行選擇。太陽能電池板是利用類似“硅”的材料制成，但單個太陽能電池板產(chǎn)生的電能有限，更何況其產(chǎn)能更是受到各種因素影響，所以采用太陽能電池方陣才能有效的產(chǎn)電[4]。集中控制系統(tǒng)囊括了對產(chǎn)生的電能進行轉(zhuǎn)換利用、對蓄電池組的充、放電策略選擇、對不同負載輸入交、直流的選擇等功能的實現(xiàn)。控制風電機和太陽能電池方陣隨不同環(huán)境變化而變化運行方式，來提高發(fā)電的效率。

3 風光互補發(fā)電技術的難題及解決方法

3.1 能量供需不平衡

蓄電池在風光互補發(fā)電系統(tǒng)中擔任儲電的角色，負載主要是直流負載、交流負載以及其他能耗，若兩者在系統(tǒng)中無法維持同步，將會對蓄電池的使用壽命產(chǎn)生不利的影響[5]。風光互補發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電受風速和光強的影響，天氣的好壞決定著整個系統(tǒng)的使用，天氣好時系統(tǒng)產(chǎn)生的盈余電量會儲存在蓄電池中；而天氣糟糕的情況下，系統(tǒng)對負載的供電量不足，則需要蓄電池穩(wěn)定持續(xù)地供電，若使蓄電池長期處于虧電的狀態(tài)，將會使蓄電池的使用壽命減少[6]。蓄電池在風光互補系統(tǒng)中起微調(diào)和平衡負載的作用，但是電池的衰減會導致風光互補系統(tǒng)電能成本的增加。因此目前提出了解決方法：

1.大電流充電—限流充電—浮控制方法[7]。主充階段用大電流使電池電壓快速達到閾值，之后限流充電，直至利用浮充電壓時，將電池電量充滿。此方式的第三階段彌補了蓄電的自放電。

2.恒流充電—恒壓充電—浮充控制方法[8]。顧名思義，先采用恒流充電方式，在一定容量的基礎上再利用恒壓充電，當兩者的充電容量達到蓄電池的額定容量的80%左右，開始用比恒定電壓低的浮充進行充電。

3.二段式充電控制。開始用恒定電流充電至一定電壓，再用恒定的電壓充電。采用穩(wěn)定的方式避免析氣對蓄電池的影響[9]。

4.新型控制系統(tǒng)。選擇對蓄電池合適的控制策略，除了充放電的控制，還要對蓄電池運行過程中進行保護的控制。

3.2 控制的精確性

目前太陽能電池板和風力發(fā)電機的控制還存在問題，太陽能和風能的間歇性和不穩(wěn)定性增加了控制的難度，使得整個系統(tǒng)的精確性降低。太陽能電池板主要的控制方法有：擾動觀察法、恒壓控制法、電導增量法。風力發(fā)電機的控制方法有：擾動觀察法、最大功率給定法、電導增量法。整個系統(tǒng)需要搭配合適的控制方法對各個環(huán)節(jié)、負載、蓄電池以及太陽能電池板和風力發(fā)電機等進行更準確、穩(wěn)定的控制，使風光互補發(fā)電系統(tǒng)更可靠。

3.3 其他的問題

圖1 風光互補系統(tǒng)結構圖

1.有學者對風機的風速進行限定，防止風速過大對風力發(fā)電機產(chǎn)生過載、振動和破壞等不利影響，并且風速過大還會加速機械磨損，降低各個環(huán)節(jié)的配合、系統(tǒng)可靠性和安全性。

2.縱觀以往風光互補發(fā)電技術的研究，風光互補發(fā)電系統(tǒng)的追蹤控制策略和合理的發(fā)電與儲能容量的配置為當前主要研究的方向，應該從其他角度對整個系統(tǒng)進行研究，像有加拿大的學者對太陽能、風能和氫氣混合發(fā)電系統(tǒng)進行了開發(fā)和評估，因此可以從這方面入手[10]。

4 風光互補系統(tǒng)的應用現(xiàn)狀及方向

4.1 在輸水工程上的應用

輸水工程中有一個使用頻率少，但在整個系統(tǒng)中又起到很重要的作用——閥門，針對閥門的控制，如果控制不當，會對整個系統(tǒng)產(chǎn)生不可估量的影響，所以在控制方面采用手電兩用的方式，用電部分就采用風光互補系統(tǒng)，在控制方面，通過改進能適應在水下工作，控制箱上沒有設置實體開關，而是采用磁力筆、紅外藍牙遙控，不僅能防止錯誤操作，還能實現(xiàn)實時編程[11]。

4.2 在大型起重機上的應用

以輪胎式起重機（RTG）為例，傳統(tǒng)的RTG 采用的動力源是大功率柴油發(fā)電機，但其輔助設備和控制系統(tǒng)都屬于小功率運行設備，采用柴油發(fā)電機供電會導致其使用效率低，所以采用風光互補系統(tǒng)，能提高能量的利用效率[12]。

4.3 產(chǎn)生其他清潔能源

能讓我想到的能源——氫，通過系統(tǒng)產(chǎn)生的電來電解水產(chǎn)生氫，能夠大大降低風光電場由于位置偏僻而產(chǎn)生的運輸成本，間接性產(chǎn)生清潔能源[13]。

5 結語

風光互補系統(tǒng)經(jīng)過幾年的發(fā)展，系統(tǒng)框架逐漸成熟，針對各個部件的最優(yōu)采用方案也在不斷進步，[14-15]所剩下的就是因地區(qū)的投入對部分組件的選擇與優(yōu)化研究方面是一個困擾投入使用的重大問題?，F(xiàn)如今，石油類的能源逐漸枯竭，可持續(xù)能源的不斷開發(fā)，促使其應用方向漸漸擴大，所以更應該加強系統(tǒng)與環(huán)境的最優(yōu)匹配研究。[16-18]