可再生能源微网发电系统的可行性研究

主要介绍与电力有关的经济与形式

文章编号： 1009- 1831 ( 2008 ) 05- 0010- 04

可再生能源微网发电系统的可行性研究卞海红，万秋兰，徐青山(东南大学电气工程学院，南京

210096)

Feasibility study of renewable energy micro-network generation systemBIAN Hai-hong, WAN Qiu-lan, XU Qing-shan( Southeast University, Nanjing 210096, China )摘要：利用美国新能源实验室( NREL)开发的 HOMER软件，依据南京郊区风、光自然资源水平，提出新能源混合发电系统的可选方案，并进行了模拟计算和设计，比较了几种不同的混合系统的技术和经济可行性，给出了在满足给定负荷水平下以成本最优所确定混合系统的最优配置为风/蓄混合。对风速、阳能辐射、油价格及其系统内某些组件的参数太柴进行了敏感分析，适用于鉴定风能、阳能资源水平相近地太区的混合发电系统的技术选择。关键词：可再生能源；风/光发电系统； HOMER软件；模拟仿真

Abstr act: The article puts fordward the options of new mixed energy power generation hybrid system through the use of the HOMER software developed by NREL and in light of the nat- ural wind, light resources level of Nanjing outskirts, and then makes the simulation and design. Through comparing the technical and economic feasibility of a number of different hybrid systems, it is given that the optimal configuration is wind/storage hybrid based on optimal cost to meet the given load level. It sensitively analyzed the wind speed, solar radiation, diesel prices of certai

n compo- nents within the system and its parameters. It is applicable to i- dentify technology options of the mixed system power generation with similar wind power and solar energy resource. Key wor ds: renewable energy resources; wind/photovoltaic hybrid system; HOMER software; simulation中图分类号： TM614; F407.61文献标志码： A

对于自治型区域或偏远地区，利用大电网延伸解决供电问题成本较高，而设计小型单一离网型发电站还没有发展到经济可行的阶段，因此有效利用可再生的自然能源构建小型或微型电网是个值得期待的方案。风能和太阳能都是清洁型新能源，相对传统能源有很大优势。其优点是资源丰富，取材方便，并且可以减少环境污染，同时也不会破坏生态环境；缺点是能量密度低，能量稳定性差等。风光互补发电系统则是利用风能和太阳能资源的互补性，辅以传统储能或热备用装置建立起的发电系统，对于环境保护及可再生资源的有效利用有着广阔的前景。

能。风机的输出功率 P和机械转矩 T是随风速 v的变化而不断变化的，其关系式为[ 1]: ( 1) P= 0.5ρ pv3 AC 2 ( 2) T= P/ω=ρ pRv/2λ AC m式中： Cp= f(λα,为风能利用系数； A=π 2,为风轮， ) R扫掠面积；ρ空气密度；ω为风轮机械角速度； R为 m为风轮半径；λ mR/v,为风机叶尖速比；α为风机桨=ω矩角。由式( 1 )、 2)可知，假设ρA和 v不变，则风机 (、所获得的机械能只为 Cp的函数，且 Cp仅为λ和α的函数。对于一台确定的风机，浆叶不变时α不变。变化的 v需要有变化的ω相对应，才能保证λ总 m为最佳值λ,并使得 Cp为最大值 Cpmax, P为最大值 opt由空气动力学贝兹 ( Betz)极限， T为最佳值 Topt。 Pmax理论得知， Cpmax为 59.3%。

1

风光互补发电系统风光互补发电系统主要由风力发电机组、太阳

能光伏电池组、控制器、蓄电池组、逆变器及负载组成。风力发电机通过整流和太阳能电池一起给蓄电池充电，通过逆变器向用户供电。在风、光不

能满足负载用电，且蓄电池已接近过放时，启动备用柴油发电机给蓄电池充电，且可同时向负载供电。

1.2

光伏发电光伏发电部分利用太阳能电池板的光伏效应将

光能转化为电能，然后对蓄电池充电，通过逆变器将直流电转化为交流电对负载进行供电。理想的太阳能电池 I-V方程[ 2]为：

1.1

风力发电风电系统的基本原理是：风力发电机 (简称风

机)利用叶轮旋转，从风中吸收能量，将风能转化为机械能，叶轮通过一增速齿轮箱带动发电机旋转(直驱式电系统无此环节),发电机再将机械能转化为电收稿日期： 2008- 05- 30;修回日期： 2008- 06- 25作者简介：卞海红 ( 1979—),女，江苏盐城人，博士研究生，研究方向为新能源发电。

I= Isc - I0( exp

R q( V+ I× s) - 1) n×× k T

( 3)

式中： I、为光伏电池的输出电流和输出电压； Isc、0 V I为光伏电池的短路电流和等效二极管反向饱和电流； RS为串联等效电阻； n为二极管的理想因数 ( Ideality Factor ), 1≤n≤2,电流大时靠近 1,电流小

10|电力需求侧管理

第 10卷第 5期

2008年 9月

主要介绍与电力有关的经济与形式

时靠近 2,通常取为 1.3左右； k为波尔兹曼常数，一般取值 1.38e- 23 J/K; T为温度； q为电子的电荷量，取值一般为 1.6e- 19 C。

能电池组 ( PV),自 5 kW至 100 kW不等；型号为 Trojan L16P的蓄电池( Battery),输出电压为 6V,电池数量也可选；由于文中考虑的最高负荷为 22 kW,所以选取两种( 15 kW, 30 kW)容量的逆变器( Converter)。这些部件的性能、价格、维修费、使用寿命等相关数据均来源于 http://。

1.3

蓄电池模型蓄电池模型是通过充电过程和电解过程之间的

动态平衡建立的，描述如下[ 3]:

Qe( t)=

!- I ( !) d!0 m

t

( 4)

2.2

仿真场景假设研究区域一共 100家用户，每户安装一台

( 5) C" d"="-"e+ Ps dt R"式中： Qe为输出电压；"为蓄电池的温度； C"为温度为"的蓄电池热电容； R"为温度为"的蓄电池热变电阻； Ps为发热量。 1.4逆变器太阳能电池在太阳光照射下产生直流电；独立风力发电机虽然有的发交流电，

但是不稳定，一般都需要整流。由于绝大多数负载是交流负载，为此风光混合供电系统需配备逆变器。逆变器把直流电能变换成为标准的 220 V交流电，以保证交流电负载设备的正常使用，同时还具有自动稳压功能，可改善风光互补发电系统的供电质量。风力发电和太阳能电池发电通过直流母线对外供电，能量充裕时可同时对蓄电池充电，在能量匮乏时蓄电池可向负荷提供稳定的电能。

功率为 80 W的彩电， 4盏 20 W的节能灯，以及一台 60 W的电扇。这样该地区的总用电峰值功率为节能灯) 6 h,在炎 22 kW。假定每天平均用电(彩电、热天气( 5月￣9月)每天使用电风扇 6 h左右，用电时间 67%集中在 18: 00￣22: 00,其余的 33%分布在 7: 00￣8: 00和 12: 00￣13: 00。表 1为该地区的用户日用电量，图 2为该地区典型负荷曲线。表1电器名称彩电节能灯电扇 (夏季 5￣9月)典型用户日用电量额定功率/W日均使用时间/h日用电量/kWh

80 20× 4 60

6 6 6

0.48 0.48 0.36

2

系统仿真根据 http://网站 1990年

至 2007年 18年的记录可知，南京地区年平均风速为 3.5 m/s,年平均气温在 15.6℃左右，最热的月份为 5￣9月，平均气温在 20℃以上。通过数据可知在该地区太阳能资源较于风能更为丰富。图2典型用户负荷曲线

2.1

系统框架

2.3

可再生 …… 此处隐藏：6435字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……