风光互补独立供电系统在路灯上应用的可行性分析

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摘要：本文根据烟台市的风能太阳能资源条件，考虑到风能太阳能发电的互补特性，将风力发电装置和光伏发电装置组合成风光复合发电系统，为路灯用电提供能量，既节约了能源，又为城市增添了亮丽的风景。 

　　关键词：风力发电 光伏发电路灯可行性分析  　　风能、太阳能作为可利用的自然可再生能源，二者在转换过程中都是受季节、地理和天气气候等多种因素制约，但是，两者的变化趋势基本相反，扬其两能各自之长，补其两能各自之短，相互配合利用，因地制宜，能发挥出最大的作用。特别是在远离电网的地区，独立供电系统成为人们最需要的动力源。结合风能、太阳能  　　的特点，综合利用风力发电和太阳能光伏发电技术而建立的风光互补发电系统无疑是解决这一重要问题的最佳方案。  　　风光互补路灯即是有效的利用风能及太阳能之间在能量及时间上的互补特性，通过两者各自的发电装置，共同向蓄电池进行充电，为路灯提供独立供电电源的独立供电系统。路灯在我们日常生活中很常见且实用，它给我们夜晚的生活和交通带来光明和便利，然而人们往往忽视了路灯的耗电能力，其实常规的路灯尤其是高速公路上的路灯也是一个“耗电大户”，由于路灯的低压输电线路长，不仅路灯耗电，输电线路上的耗电也很大，而且常规路灯必须用埋地电缆供电，在离电源点超过三公里的公路就要建一个供电线路，随着公里的延伸，还需要设升压系统。因此大部分远离电源点的市郊公路和高速公路都没有安装路灯，这实际上给道路交通带来了许多安全问题,也给人们的夜晚出行带来不便。然而，风光互补路灯的出现正规避了这些弊端。美观独特的风光互补路灯既能把城市的夜晚装点得多姿多彩，又为城市增添了一道靓丽的风景。  　　风光混合供电系统结构如图1所示，它是由风力发电机、太阳电池阵列、蓄电池组、充电控制器、逆变器、系统监控系统等组成。风力发电机及太阳能电池发出的电通过控制器贮存在蓄电池中，当负载为直流时，通过控制器直接输送给负载；当负载为交流时则需经逆变器将直流转化为交流再输送给负载。整个系统由能量产生环节、能量存储环节、能量消耗环节三部分组成。能量的产生环节又分为风力发电和光伏发电部分，分别将风力、日照资源转化为高品位的电力能源；能量的存储环节由蓄电池来承担，引入蓄电池的主要作用就是为了尽量消除由于天气等原因引起能量供应和需求的不平衡，在整个系统中起到能量调节和平衡负载的作用；能量消耗环节在本文中主要是指路灯的能量消耗。  　　  　　本文以山东省烟台市的风能太阳能资源条件为例，来分析风能太阳能混合发电的实用价值。以典型气象年数据为参考，下图是各月的风能太阳能能量分布情况  　　  　　尽管风光互补路灯初投资较高，但是该系统不需要输电线路，也不需要开挖路面做埋管工程，不消耗电能，从长远来看该系统有着明显的经济效益。而且风光互补路灯利用天然能源发电来工作，不消耗化石燃料，无二氧化碳、二氧化硫等有害气体的排放，清洁干净，环境效益良好。目前，在欧洲、日本、美国等发达国家正在普及风光互补路灯，用在沿海公路、偏远山路，特别是对已建成的道路增设路灯非常方便。目前我国已经有部分城市试验性将风光路灯系统用作城市道路景观照明, 并取得了一定成效。随着风电和光伏发电的成本越来越低，风光复合发电方式必将在解决远离城市的高速公路，海洋上的孤岛，偏远的山区用电问题上发挥越来越重要的作用。