风光储互补发电系统课件.ppt
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- 风光 互补 发电 系统 课件
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1、9:24:489:24:489:24:499:24:491.发电部分:由1台或者几台风力发电机和太阳能电池板矩阵组成,完成风电;光电的转换,并且通过充电控制器与直流中心完成给蓄电池组自动充电的工作。2.蓄电部分:由多节蓄电池组成,完成系统的全部电能储备任务。3.充电控制器及直流中心部分:由风能和太阳能充电控制器、直流中心、控制柜、避雷器等组成。完成系统各部分的连接、组合以及对于蓄电池组充电的自动控制。4.供电部分:由一台或者几台逆变电源组成,可把蓄电池中的直流电能变换成标准的220V交流电能,供给各种用电器。风力发电机光伏电池板阵AC/DC变换器DC/DC变换器交流负载蓄电池DC/AC逆变器直
2、流负载DC母线卸荷电路9:24:499:24:499:24:509:24:50逆变器9:24:50WPVS经济型控制器具有PWM充控制模式充电具有电池反接、光伏电池反接保护功能,两路负载过流、短路告警保护功能,两路负载多重控制模式:光控、时控、全开放功能,电池过充和过放告警保护功能,两路负载不同电压下保护功能,光伏输入端防雷保护功能,蓄电池温度补偿功能,有效延长蓄电池的使用寿命系统异常告警保护功能,RS485通信功能,工作状态和发电数据可以实时上传,后台(可扩展GPRS无线,TCP/IP有线通信)光控开灯:天黑自动开灯,天亮自动关灯。9:24:509:24:50蓄电池(组)的作用是将太阳能风能
3、发出的直流电直接储存起来,供负载使用。在风光互补发电系统中,蓄电池处于浮充放电状态,当日照量风量大时,除了供给负裁用电外,还对蓄电池充电;当日照量风量小时,这部分储存的能量将逐步放出。蓄电池组作用1 比较好的深循环能力,有着很好的过充和过放能力。2 长寿命,特殊的工艺设计和胶体电解质保证的长寿命电池。3 适用不同的环境要求,如高海拔,高温,低温等不同的条件下都能正常使用的电池。特性9:24:51最初的风光互补发电系统,就是将风力机和光伏组件进行简单的组合,因为缺乏详细的数学计算模型,同时系统只用于保证率低的用户,导致使用寿命不长。近几年随着风光互补发电系统应用范围的不断扩大,保证率和经济性要求
4、的提高,国外相继开发出一些模拟风力、光伏及其互补发电系统性能的大型工具软件包。通过模拟不同系统配置的性能和供电成本可以得出最佳的系统配置。在国外对于风光互补发电系统的设计主要有两种方法进行功率的确定:一是功率匹配的方法,即在不同辐射和风速下对应的光伏阵列的功率和风机的功率和大于负载功率,只要用于系统的优化控制;另一是能量匹配的方法,即在不同辐射和风速下对应的光伏阵列的发电量和风机的发电量的和大于等于负载的耗电量,主要用于系统功率设计。据国内有关资料报道,目前运行的风光互补发电系统有:西藏纳曲乡离格村风光互补发电站、用于气象站的风能太阳能混合发电站、太阳能风能无线电话离转台电源系统、内蒙微型风光
5、互补发电系统等。9:24:519:24:512014年9月19日,中国第一风光互补绿色新能源基地(内陆)宿州埇桥解集乡首期20MW光伏电站项目正式开工建设。该风光互补绿色新能源基地总装机规模为600MW,其中光伏装机容量为400MW,风力发电装机容量为200MW电站首期20MW投运后,第一年发电量为2559.74万千瓦时,可供约110万人使用绿色电力,与燃煤电厂相比可节约标煤192290吨,减少二氧化硫排放17220吨,减少二氧化碳排放344400吨,相当于每年种植树木20万棵,从而有效改善大气环境质量降低PM2.5值。9:24:529:24:521.昼夜互补:昼夜互补:白天太阳能发电,夜间风
6、能发电;2.季节互补:季节互补:夏季日照强烈,冬季风能强盛;3.稳定性提高:稳定性提高:利用风光的天然;4.互补性强:互补性强:大大提高系统供电稳定性;5.零电费、零排放、零污染、节能减排、绿零电费、零排放、零污染、节能减排、绿色环保色环保。9:24:529:24:521.风光互补发电系统与单一风力发电或光伏发电相比,系统设计复杂,对系统的控制和管理要求较高。2.由于风光互补发电系统存在着两种类型的发电单元.与单一发电方式相比增加了维护工作的难度和工作量。3.成本较高,在极端恶劣天气下有可能无法正常供电。9:24:52偏远农村的生活生产用电高速公路等地的监控设施路灯照明系统无人值守的自动气象站
7、通信基站中的应用并网发电9:24:52成本障碍9:24:529:24:52火力火力水力水力核能核能风力风力太阳能太阳能风光互补风光互补成本0.4元/度0.3元/度0.45元/度0.52元/度0.7元/度上网电价1.25元/度成本是否稳定不是是是是是成本稳定或不稳定的原因受到化石燃料的影响水力发电前期投资大,后期只需运营维护前期费用高,核燃料性价比高于煤炭维护费用较低,前期投资大。随着科技进步前期投入逐渐降低维护费用较低,前期投资大。随着科技进步前期投入逐渐降低维护费用较低,前期投资大。随着科技进步前期投入逐渐降低9:24:521.风机与光伏分别发出交流电和直流电,并网前需进行整流、逆变2.蓄电
8、池性能下降后,会影响电能质量3.资源不确定性导致发电与用电负荷的不平衡9:24:53可靠性是对发电系统最基本的要求。风速以及太阳辐射的间歇性、多变性等特性,对于发电系统的可靠性是对发电系统最基本的要求。风速以及太阳辐射的间歇性、多变性等特性,对于发电系统的发电量有着直接的影响,导致可靠性问题在风光储互补发电系统中尤为重要。可靠性是指发电系统长时发电量有着直接的影响,导致可靠性问题在风光储互补发电系统中尤为重要。可靠性是指发电系统长时间向用电负荷提供持续、充足电量的能力。常见的可靠性评价指标为全年负荷损失率(间向用电负荷提供持续、充足电量的能力。常见的可靠性评价指标为全年负荷损失率(Loss o
9、f Power Supply Probability,LPSP)。式中:式中:Pf(ti)、Ppv(ti)、Pbat(ti)分别为风力发电机、光伏电池板以及蓄电池在分别为风力发电机、光伏电池板以及蓄电池在ti时刻的输出功率;时刻的输出功率;PL(ti)为第为第ti时刻用电负荷所需消耗的功率;时刻用电负荷所需消耗的功率;N为全部计算区间的个数。为全部计算区间的个数。LPSP越小,代表发电系统的可靠性越小,代表发电系统的可靠性越高。越高。第第i天供电不平衡量天供电不平衡量E(i)的计算公式为:的计算公式为:全年负荷正常工作率全年负荷正常工作率Ebat(i)为第为第i天开始时蓄电池所存电量;天开始时
10、蓄电池所存电量;Wf(i)为第为第i天风力发电机所发电量;天风力发电机所发电量;Wpv(i)为第为第i天光伏电天光伏电池板所发电量;池板所发电量;Ql(i)为第为第i天负荷消耗电量。天负荷消耗电量。E(i)0说明当天电量有盈余,反之则说明当天负荷缺电说明当天电量有盈余,反之则说明当天负荷缺电。假设该地区重要负荷(第一、二级负荷)所占比重为假设该地区重要负荷(第一、二级负荷)所占比重为a,那么若第,那么若第i天总缺电量超过非重要负天总缺电量超过非重要负荷的耗电量荷的耗电量 式中:式中:E(i)为第为第i天供电不平衡量;天供电不平衡量;Ql(i)为第为第i天负荷耗电量。天负荷耗电量。3651()N
11、OPLP365LPSPiMiNOPL0 ()-1-()()1 lPE iaQ iMi()其它9:24:53能量浪费率能量浪费率风光储互补发电系统利用两种清洁可再生能源进行联合发电。为提高可再生能源的利用率,风光储互补发电系统利用两种清洁可再生能源进行联合发电。为提高可再生能源的利用率,此类系统一般会安装蓄电池来实现电量储存,从而起到提高能源利用的作用。但由于风能与此类系统一般会安装蓄电池来实现电量储存,从而起到提高能源利用的作用。但由于风能与太阳能的天然特性等因素,发电情况并不能保证绝对合理。为了减少因为发电过量而导致多太阳能的天然特性等因素,发电情况并不能保证绝对合理。为了减少因为发电过量而
12、导致多余电能通过卸荷电路进行消耗,全面提高发电系统的能源利用率,需要对系统利用可再生能余电能通过卸荷电路进行消耗,全面提高发电系统的能源利用率,需要对系统利用可再生能源的能力进行评估。因此,本文提出能量浪费率(源的能力进行评估。因此,本文提出能量浪费率(Loss of Energy Probability,LEP)的评价)的评价指标,评价系统的能源利用能力。其定义为系统在全年运行过程中未被使用或储存的电能除指标,评价系统的能源利用能力。其定义为系统在全年运行过程中未被使用或储存的电能除以系统发出的全部电能,其值越小,说明该系统对可再生能源的利用率越高,浪费的能源也以系统发出的全部电能,其值越小
13、,说明该系统对可再生能源的利用率越高,浪费的能源也越少。其基本计算过程如下:越少。其基本计算过程如下:第第i个时间段电量盈余的计算公式为:个时间段电量盈余的计算公式为:若若E1(i)Ebat_r,那么表明此时的蓄电池已经充满,反之则蓄电池未充满电,仍可继续充电。记,那么表明此时的蓄电池已经充满,反之则蓄电池未充满电,仍可继续充电。记MLEP(i)为能量浪费标志,用来标识每天的能量浪费状态,可以表示为:为能量浪费标志,用来标识每天的能量浪费状态,可以表示为:由此可得能量浪费率的计算公式:由此可得能量浪费率的计算公式:9:24:53系统能量波动率系统能量波动率为了使风光储互补发电系统能够充分利用两
14、种可再生清洁能源的天然互补性,在对为了使风光储互补发电系统能够充分利用两种可再生清洁能源的天然互补性,在对容量进行优化配置的时候必须考虑这两种清洁能源的自然特性所带来的影响。并且容量进行优化配置的时候必须考虑这两种清洁能源的自然特性所带来的影响。并且,在利用两种可再生能源的互补特性的同时,又配有蓄电池进行缓冲,因此希望经,在利用两种可再生能源的互补特性的同时,又配有蓄电池进行缓冲,因此希望经过优化配置后的混合发电系统,其输出的电量曲线应尽可能的与用电负荷的耗电量过优化配置后的混合发电系统,其输出的电量曲线应尽可能的与用电负荷的耗电量曲线相接近,减少发电系统与用电负荷之间产生较大的电量差值的可能
15、性,减少整曲线相接近,减少发电系统与用电负荷之间产生较大的电量差值的可能性,减少整个系统的能量波动,提高系统的供电质量。个系统的能量波动,提高系统的供电质量。基于以上因素考虑,本文采用波动的概念,提出了两种可再生能源输出总电量与蓄基于以上因素考虑,本文采用波动的概念,提出了两种可再生能源输出总电量与蓄电池电量变化之和相对于负荷耗电量的波动率电池电量变化之和相对于负荷耗电量的波动率Kl,以此来表征系统能量的波动率,以此来表征系统能量的波动率,其计算公式如下:其计算公式如下:式中:式中:QL.ave为负载的平均耗电量,单位为负载的平均耗电量,单位kWh;Bat(i)为蓄电池储能变化量。当为蓄电池储
16、能变化量。当Bat(i)0时,说明蓄电池作为电源发出电能给负载;当时,说明蓄电池作为电源发出电能给负载;当Bat(i)0时,说明蓄电池时,说明蓄电池作为负载吸收电能。作为负载吸收电能。Kl越小,说明系统能量波动越小,即表明系统与负载的匹配度越小,说明系统能量波动越小,即表明系统与负载的匹配度越高,且利用风光互补特性的能力也越强。越高,且利用风光互补特性的能力也越强。9:24:53系统综合成本系统综合成本系统成本是风光储互补发电系统必须考虑的关键问题之一,也是最基本的问题。任何系统的建系统成本是风光储互补发电系统必须考虑的关键问题之一,也是最基本的问题。任何系统的建设都必须考虑成本的投入。对于风
17、光储互补发电系统,其成本主要有三部分组成:一次投入成设都必须考虑成本的投入。对于风光储互补发电系统,其成本主要有三部分组成:一次投入成本、运行维护成本与元件置换成本。一次投资成本是指系统中所有元件的首次购入总支出,其本、运行维护成本与元件置换成本。一次投资成本是指系统中所有元件的首次购入总支出,其主要由发电系统中三种主要的发电单元的购买成本等组成;运行维护成本主要包括系统中各发主要由发电系统中三种主要的发电单元的购买成本等组成;运行维护成本主要包括系统中各发电元件的日常维护成本,通常按年计算费用;元件置换成本主要是由于系统中的部分元件可能电元件的日常维护成本,通常按年计算费用;元件置换成本主要
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