風光互補系統(tǒng)

　　1簡介

　　新能源（或稱可再生能源更貼切）主要有：太陽能、風能、地熱能、生物質能等。生物質能在經(jīng)過了幾十年的探索后，國內外許多專家都表示這種能源方式不能大力發(fā)展，它不但會搶奪人類賴以生存的土地資源，更將會導致社會不健康發(fā)展；地熱能的開發(fā)和空調的使用具有同樣特性，如大規(guī)模開發(fā)必將導致區(qū)域地面表層土壤環(huán)境遭到破壞，必將引起再一次生態(tài)環(huán)境變化；而風能和太陽能對于地球來講是取之不盡、用之不竭的健康能源，他們必將成為今后替代能源主流。

　　太陽能發(fā)電具有布置簡便以及維護方便等特點，應用面較廣，全球裝機總容量已經(jīng)開始追趕傳統(tǒng)風力發(fā)電，在德國甚至接近全國發(fā)電總量的5%-8%，隨之而來的問題令我們意想不到，太陽能發(fā)電的時間局限性導致了對電網(wǎng)的沖擊，如何解決這一問題成為能源界的一大困惑。

　　風力發(fā)電在19世紀末就開始登上歷史的舞臺，在一百多年的發(fā)展中，一直是新能源領域的獨孤求敗，由于它造價相對低廉，成了各個國家爭相發(fā)展的新能源首選，然而，隨著大型風電場的不斷增多，占用的土地也日益擴大，產(chǎn)生的社會矛盾日益突出，如何解決這一難題，成了我們又一困惑。

　　2發(fā)展

　　早在2001年，MUCE就為了開拓穩(wěn)定的海島通信電源而開展一項研究，經(jīng)過六年多研究和實踐，終于將一種成熟的新型應用方式MUCE風光互補系統(tǒng)向社會推廣，這種系統(tǒng)采用了我國自主研制的新型垂直軸風力發(fā)電機（H型）和太陽能發(fā)電進行10：3地結合，形成了相對穩(wěn)定的電力輸出。在建筑上、野外、通信基站、路燈、海島均進行了實際應用，獲得了大量可靠的使用數(shù)據(jù)。這一系統(tǒng)的研究成果將為我國乃至世界的新能源發(fā)展帶來了新的動力。

　　新型垂直軸風力發(fā)電機（H型）突破了傳統(tǒng)的水平軸風力發(fā)電機啟動風速高、噪音大、抗風能力差、受風向影響等缺點，采取了完全不同的設計理論，采用了新型結構和材料，達到微風啟動、無噪音、抗12級以上臺風、不受風向影響等性能，可大量用于別墅、多層及高層建筑、路燈等中小型應用場合。以它為主建立的風光互補發(fā)電系統(tǒng)，具有電力輸出穩(wěn)定、經(jīng)濟性高、對環(huán)境影響小等優(yōu)點，也解決了太陽能發(fā)展中對電網(wǎng)沖擊等影響。

　　3系統(tǒng)構成

　　我國具有豐富的太陽能、風能資源，并已經(jīng)應用于許多領域。但不能避免的是，無論風力資源還是太陽能資源都是不確定的，由于資源的不確定性，風力發(fā)電和太陽發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出的電具有不平衡性，不能直接用來給負載供電。為了給負載提供穩(wěn)定的電源，必須借助蓄電池這個“中樞”才能給負載提供穩(wěn)定的電源，由蓄電池、太陽能電池板、風力發(fā)電機以及控制器等構成的分布式風光互補發(fā)電系統(tǒng)能將風能和太陽能在時間上和地域上的互補性很好的銜接起來，形成分布式發(fā)電。

　　1、風力發(fā)電機

　　[1]風力發(fā)電機是將風力機的機械能轉化為電能的設備。風力發(fā)電機分為直流發(fā)電機和交流發(fā)電機。

　　1)直流發(fā)電機。電勵磁直流發(fā)電機。該類發(fā)電機分自勵、它勵和復勵三種形式，小型直流發(fā)電系統(tǒng)一般和蓄電池匹配使用，裝置容量一般為1000w以下。永磁直流發(fā)電機。這種發(fā)電機與電勵磁式直流發(fā)電機相比結構簡單，其輸出電壓隨風速變化，需在發(fā)電機和負載間增加蓄電池和控制系統(tǒng)，通過調節(jié)控制系統(tǒng)占空比來調節(jié)輸出電壓。由于直流發(fā)電機構造復雜、價格昂貴，而且直流發(fā)電機帶有換向器和整流子，一旦出現(xiàn)故障，維護十分麻煩，因此在實際應用中此類風力發(fā)電機較少采用。

　　2)交流發(fā)電機。交流發(fā)電機分：同步發(fā)電機和異步發(fā)電機。同步發(fā)電機在同步轉速時工作，同步轉速是由同步發(fā)電機的極數(shù)和頻率共同決定，而異步發(fā)電機則是以略高于同步發(fā)電機的轉速工作。主要有無刷爪極自勵發(fā)電機、整流自勵交流發(fā)電機、感應發(fā)電機和永磁發(fā)電機等。在小型風力發(fā)電系統(tǒng)中主要使用三相永磁同步發(fā)電機。三相永磁同步發(fā)電機一般體積較小、效率較高、而且價格便宜。永磁同步發(fā)電機的定子結構與一般同步電機相同，轉子采用永磁結構，由于沒有勵磁繞組，不消耗勵磁功率，因而有較高的效率。另外，由于永磁同步發(fā)電機省去了換向裝置和電刷，可靠性高，定子鐵耗和機械損耗相對較小，使用壽命長。

　　2、太陽能光伏電池原理

　　光伏電池是直接將太陽能轉換為電能的器件，其工作原理是：當太陽光輻射到光伏電池的表面時，光子會沖擊光伏電池內部的價電子，當價電子獲得大于禁帶寬度eg的能量，價電子就會沖出共價鍵的約束從價帶激發(fā)到導帶，產(chǎn)生大量非平衡狀態(tài)的電子-空穴對。被激發(fā)的電子和空穴經(jīng)自由碰撞后，在光伏電池半導體中復合達到平衡。

　　3、蓄電池

　　蓄電池作為風光互補發(fā)電系統(tǒng)的儲能設備，在整個發(fā)電系統(tǒng)中起著非常重要的作用。首先，由于自然風和光照是不穩(wěn)定的，在風力、光照過剩的情況下，存儲負載供電多余的電能，在風力、光照欠佳時，儲能設備蓄電池可以作為負載的供電電源;其次，蓄電池具有濾波作用，能使發(fā)電系統(tǒng)更加平穩(wěn)的輸出電能給負載;另外，風力發(fā)電和光伏發(fā)電很容易受到氣候、環(huán)境的影響，發(fā)出的電量在不同時刻是不同的，也有很大差別。作為它們之間的“中樞”，蓄電池可以將它們很好的連接起來，可以將太陽能和風能綜合起來，實現(xiàn)二者之間的互補作用。常用蓄電池主要有鉛酸蓄電池、堿性鎳蓄電池和鎘鎳蓄電池。隨著電儲能技術的不斷發(fā)展，產(chǎn)生了越來越多新的儲能方式，如超導儲能、超級電容儲能、燃料電池等。由于造價便宜、使用簡單、維修方便、原材料豐富，而且在技術上不斷取得進步和完善，因此在小型風力發(fā)電及光伏發(fā)電中鉛酸蓄電池已得到廣泛的應用。本文設計的智能型風光互補發(fā)電系統(tǒng)采用鉛酸蓄電池作為儲能設備。

　　4系統(tǒng)應用擴展

　　應用場景

　　分布式風光互補發(fā)電系統(tǒng)應用范圍：可在農村、牧區(qū)、山區(qū)及發(fā)展中的大、中、小城市或商業(yè)區(qū)附近建造，解決當?shù)赜脩粲秒娦枨蟆?/p>

　　解決方案

　　分布式風光互補發(fā)電系統(tǒng)，又稱分散式發(fā)電或分布式供能，是指在用戶現(xiàn)場或靠近用電現(xiàn)場配置較小的風光互補發(fā)電系統(tǒng)，以滿足特定用戶的需求，支持現(xiàn)存配電網(wǎng)的經(jīng)濟運行，或者同時滿足這兩個方面的要求。

　　分布式風光互補供電系統(tǒng)由風力發(fā)電系統(tǒng)和光伏發(fā)電系統(tǒng)組成；其基本設備包括風力發(fā)電機、太陽能電池組件、太陽能方陣支架、直流匯流箱、直流配電柜、并網(wǎng)逆變器、交流配電柜等設備，另外還有供電系統(tǒng)監(jiān)控裝置和環(huán)境監(jiān)測裝置；其運行模式是在夜間和陰雨天無陽光時由風力發(fā)電系統(tǒng)將風能轉換輸出電能，或在有太陽輻射時由光伏發(fā)電系統(tǒng)將太陽能轉換輸出電能，或在既有風又有太陽的情況下兩者同時發(fā)揮作用轉換輸出電能，經(jīng)過直流匯流箱集中送入直流配電柜，由并網(wǎng)逆變器逆變成交流電供給建筑自身負載，多余或不足的電力通過聯(lián)接電網(wǎng)來調節(jié)實現(xiàn)了全天候的發(fā)電功能，比單用風機和太陽能更經(jīng)濟、科學、實用。

　　方案特點

　　系統(tǒng)相互獨立，可自行控制，避免發(fā)生大規(guī)模停電事故，安全性高；

　　彌補大電網(wǎng)穩(wěn)定性的不足，在意外發(fā)生時繼續(xù)供電，成為集中供電不可或缺的重要補充；

　　可對區(qū)域電力的質量和性能進行實時監(jiān)控，非常適合向農村、牧區(qū)、山區(qū)，發(fā)展中的大、中、小城市或商業(yè)區(qū)的居民供電，大大減小環(huán)保壓力；

　　輸配電損耗低，甚至沒有，無需建配電站，降低或避免附加的輸配電成本，土建和安裝成本低；

　　調峰性能好，操作簡單；

　　由于參與運行的系統(tǒng)少，啟?？焖?，便于實現(xiàn)全自動。

　　5國家相關政策

　　國家能源局于2013年11月18日發(fā)布《分布式發(fā)電項目管理暫行辦法》[2]

　　第一章總則

　　第一條為規(guī)范分布式光伏發(fā)電項目建設管理，推進分布式光伏發(fā)電應用，根據(jù)《中華人民共和國可再生能源法》、《中華人民共和國電力法》、《中華人民共和國行政許可法》，以及《國務院關于促進光伏產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的若干意見》，制定本辦法。

　　第二條分布式光伏發(fā)電是指在用戶所在場地或附近建設運行，以用戶側自發(fā)自用為主、多余電量上網(wǎng)且在配電網(wǎng)系統(tǒng)平衡調節(jié)為特征的光伏發(fā)電設施。

　　第三條鼓勵各類電力用戶、投資企業(yè)、專業(yè)化合同能源服務公司、個人等作為項目單位，投資建設和經(jīng)營分布式光伏發(fā)電項目。

　　第四條國務院能源主管部門負責全國分布式光伏發(fā)電規(guī)劃指導和監(jiān)督管理；地方能源主管部門在國務院能源主管部門指導下，負責本地區(qū)分布式光伏發(fā)電規(guī)劃、建設的監(jiān)督管理；國家能源局派出機構負責對本地區(qū)分布式光伏發(fā)電規(guī)劃和政策執(zhí)行、并網(wǎng)運行、市場公平及運行安全進行監(jiān)管。

　　第五條分布式光伏發(fā)電實行“自發(fā)自用、余電上網(wǎng)、就近消納、電網(wǎng)調節(jié)”的運營模式。電網(wǎng)企業(yè)采用先進技術優(yōu)化電網(wǎng)運行管理，為分布式光伏發(fā)電運行提供系統(tǒng)支撐，保障電力用戶安全用電。鼓勵項目投資經(jīng)營主體與同一供電區(qū)內的電力用戶在電網(wǎng)企業(yè)配合下以多種方式實現(xiàn)分布式光伏發(fā)電就近消納。

　　第二章規(guī)模管理

　　第六條國務院能源主管部門依據(jù)全國太陽能發(fā)電相關規(guī)劃、各地區(qū)分布式光伏發(fā)電發(fā)展需求和建設條件，對需要國家資金補貼的項目實行總量平衡和年度指導規(guī)模管理。不需要國家資金補貼的項目不納入年度指導規(guī)模管理范圍。

　　第七條省級能源主管部門根據(jù)本地區(qū)分布式光伏發(fā)電發(fā)展情況，提出下一年度需要國家資金補貼的項目規(guī)模申請。國務院能源主管部門結合各地項目資源、實際應用以及可再生能源電價附加征收情況，統(tǒng)籌協(xié)調平衡后，下達各地區(qū)年度指導規(guī)模，在年度中期可視各地區(qū)實施情況進行微調。

　　第八條國務院能源主管部門下達的分布式光伏發(fā)電年度指導規(guī)模，在該年度內未使用的規(guī)模指標自動失效。當年規(guī)模指標與實際需求差距較大的，地方能源主管部門可適時提出調整申請。

　　第九條鼓勵各級地方政府通過市場競爭方式降低分布式光伏發(fā)電的補貼標準。優(yōu)先支持申請低于國家補貼標準的分布式光伏發(fā)電項目建設。

　　第三章項目備案

　　第十條省級及以下能源主管部門依據(jù)國務院投資項目管理規(guī)定和國務院能源主管部門下達的本地區(qū)分布式光伏發(fā)電的年度指導規(guī)模指標，對分布式光伏發(fā)電項目實行備案管理。具體備案辦法由省級人民政府制定。

　　第十一條項目備案工作應根據(jù)分布式光伏發(fā)電項目特點盡可能簡化程序，免除發(fā)電業(yè)務許可、規(guī)劃選址、土地預審、水土保持、環(huán)境影響評價、節(jié)能評估及社會風險評估等支持性文件。

　　第十二條對個人利用自有住宅及在住宅區(qū)域內建設的分布式光伏發(fā)電項目，由當?shù)仉娋W(wǎng)企業(yè)直接登記并集中向當?shù)啬茉粗鞴懿块T備案。不需要國家資金補貼的項目由省級能源主管部門自行管理。

　　第十三條各級管理部門和項目單位不得自行變更項目備案文件的主要事項，包括投資主體、建設地點、項目規(guī)模、運營模式等。確需變更時，由備案部門按程序辦理。

　　第十四條在年度指導規(guī)模指標范圍內的分布式光伏發(fā)電項目，自備案之日起兩年內未建成投產(chǎn)的，在年度指導規(guī)模中取消，并同時取消享受國家資金補貼的資格。

　　第十五條鼓勵地市級或縣級政府結合當?shù)貙嶋H，建立與電網(wǎng)接入申請、并網(wǎng)調試和驗收、電費結算和補貼發(fā)放等相結合的分布式光伏發(fā)電項目備案、竣工驗收等一站式服務體系，簡化辦理流程，提高管理效率。

　　第四章建設條件

　　第十六條分布式光伏發(fā)電項目所依托的建筑物及設施應具有合法性，項目單位與項目所依托的建筑物、場地及設施所有人非同一主體時，項目單位應與所有人簽訂建筑物、場地及設施的使用或租用協(xié)議，視經(jīng)營方式與電力用戶簽訂合同能源服務協(xié)議。

　　第十七條分布式光伏發(fā)電項目的設計和安裝應符合有關管理規(guī)定、設備標準、建筑工程規(guī)范和安全規(guī)范等要求。承擔項目設計、咨詢、安裝和監(jiān)理的單位，應具有國家規(guī)定的相應資質。

　　第十八條分布式光伏發(fā)電項目采用的光伏電池組件、逆變器等設備應通過符合國家規(guī)定的認證認可機構的檢測認證，符合相關接入電網(wǎng)的技術要求。

　　第五章電網(wǎng)接入和運行

　　第十九條電網(wǎng)企業(yè)收到項目單位并網(wǎng)接入申請后，應在20個工作日內出具并網(wǎng)接入意見，對于集中多點接入的分布式光伏發(fā)電項目可延長到30個工作日。

　　第二十條以35千伏及以下電壓等級接入電網(wǎng)的分布式光伏發(fā)電項目，由地市級或縣級電網(wǎng)企業(yè)按照簡化程序辦理相關并網(wǎng)手續(xù)，并提供并網(wǎng)咨詢、電能表安裝、并網(wǎng)調試及驗收等服務。

　　第二十一條以35千伏以上電壓等級接入電網(wǎng)且所發(fā)電力在并網(wǎng)點范圍內使用的分布式光伏發(fā)電項目，電網(wǎng)企業(yè)應根據(jù)其接入方式、電量使用范圍，本著簡便和及時高效的原則做好并網(wǎng)管理，提供相關服務。

　　第二十二條接入公共電網(wǎng)的分布式光伏發(fā)電項目，接入系統(tǒng)工程以及因接入引起的公共電網(wǎng)改造部分由電網(wǎng)企業(yè)投資建設。接入用戶側的分布式光伏發(fā)電項目，用戶側的配套工程由項目單位投資建設。因項目接入電網(wǎng)引起的公共電網(wǎng)改造部分由電網(wǎng)企業(yè)投資建設。

　　第二十三條電網(wǎng)企業(yè)應采用先進運行控制技術，提高配電網(wǎng)智能化水平，為接納分布式光伏發(fā)電創(chuàng)造條件。在分布式光伏發(fā)電安裝規(guī)模較大、占電網(wǎng)負荷比重較高的供電區(qū)，電網(wǎng)企業(yè)應根據(jù)發(fā)展需要建設分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)運行監(jiān)測、功率預測和優(yōu)化運行相結合的綜合技術體系，實現(xiàn)分布式光伏發(fā)電高效利用和系統(tǒng)安全運行。

　　第六章計量與結算

　　第二十四條分布式光伏發(fā)電項目本體工程建成后，向電網(wǎng)企業(yè)提出并網(wǎng)調試和驗收申請。電網(wǎng)企業(yè)指導和配合項目單位開展并網(wǎng)運行調試和驗收。電網(wǎng)企業(yè)應根據(jù)國家有關標準制定分布式光伏發(fā)電電網(wǎng)接入和并網(wǎng)運行驗收辦法。

　　第二十五條電網(wǎng)企業(yè)負責對分布式光伏發(fā)電項目的全部發(fā)電量、上網(wǎng)電量分別計量，免費提供并安裝電能計量表，不向項目單位收取系統(tǒng)備用容量費。電網(wǎng)企業(yè)在有關并網(wǎng)接入和運行等所有環(huán)節(jié)提供的服務均不向項目單位收取費用。

　　第二十六條享受電量補貼政策的分布式光伏發(fā)電項目，由電網(wǎng)企業(yè)負責向項目單位按月轉付國家補貼資金，按月結算余電上網(wǎng)電量電費。

　　第二十七條在經(jīng)濟開發(fā)區(qū)等相對獨立的供電區(qū)統(tǒng)一組織建設的分布式光伏發(fā)電項目，余電上網(wǎng)部分可向該供電區(qū)內其他電力用戶直接售電。

　　第七章產(chǎn)業(yè)信息監(jiān)測

　　第二十八條組織地市級或縣級能源主管部門按月匯總項目備案信息。省級能源主管部門按季分類匯總備案信息后報送國務院能源主管部門。

　　第二十九條各省級能源主管部門負責本地區(qū)分布式光伏發(fā)電項目建設和運行信息統(tǒng)計，并分別于每年7月、次年1月向國務院能源主管部門報送上半年和上一年度的統(tǒng)計信息，同時抄送國家能源局及其派出監(jiān)管機構、國家可再生能源信息中心。

　　第三十條電網(wǎng)企業(yè)負責建設本級電網(wǎng)覆蓋范圍內分布式光伏發(fā)電的運行監(jiān)測體系，配合本級能源主管部門向所在地的能源管理部門按季報送項目建設運行信息，包括項目建設、發(fā)電量、上網(wǎng)電量、電費和補貼發(fā)放與結算等信息。

　　第三十一條國務院能源主管部門委托國家可再生能源信息中心開展分布式光伏發(fā)電行業(yè)信息管理，組織研究制定工程設計、安裝、驗收等環(huán)節(jié)的標準規(guī)范，統(tǒng)計全國分布式光伏發(fā)電項目建設運行信息，分析評價行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢，及時提出相關政策建議。經(jīng)國務院能源主管部門批準，適時發(fā)布相關產(chǎn)業(yè)信息。

　　第八章違規(guī)責任

　　第三十二條電網(wǎng)企業(yè)未按照規(guī)定收購分布式光伏發(fā)電項目余電上網(wǎng)電量，造成項目單位損失的，應當按照《中華人民共和國可再生能源法》的規(guī)定承擔經(jīng)濟賠償責任。

　　第九章附則

　　第三十三條本辦法由國家能源局負責解釋，自發(fā)布之日起施行。

　　附表1：分布式光伏發(fā)電項目備案匯總表（略）

　　附表2：1兆瓦以上分布式光伏發(fā)電項目信息表（略）