风光互补解决孤岛灯塔电力供应

风光互补解决孤岛灯塔电力供应

王枫 ,孙波

北海航海保障中心烟台航标处  山东烟台 264000

摘要：烟台航标处管辖灯塔二十座，孤岛灯塔有四座，有人值守2座。由于孤岛无市电，以前孤岛灯塔都采用太阳能供电，夏季太阳光充足可以满足设备工作和驻岛职工简单的生活用电。而冬季电力不足，需开启备用发电机发电供设备和职工生活用电，浪费了能源增加了环境污染。本文介绍风光互补解决孤岛灯塔电力供应。

关键词:  太阳能；风能；电力供应。

一、风光互补解决孤岛灯塔电力供应的必要性

1、碳中和，碳达峰是目前我国综合治理的重要举措。

能源是国民经济发展和人民生活必须的重要物质基础。煤炭、石油、天然气等化石燃料基础上的能源体系极大的推动了人类社会的发展。但是人类在使用化石燃料的同时，也带来了严重的环境污染和生态系统破坏。近年来，世界各国逐渐认识到能源对人类的重要性，更认识到常规能源利用过程中对环境和生态系统的破坏。风光互补发电系统是利用风能和太阳能资源的互补性，具有较高性价比的一种新型能源发电系统，具有很好的应用前景。

2、系统的建设是充分利用可再生资源的最佳选择

    随着我国社会、经济的快速发展，我国电力实际提供量与社会发展实际需求的矛盾越来越大。电力的不足严重影响着经济的高速发展。我国是太阳能和风能资源丰富的国家之一。因此，大力推广使用太阳能和风能发电，困扰我国经济发展的能源紧缺问题将会大大减缓。

3、系统的建设有利于保护生态环境

    进入2 1世纪，在环保意识及信息科技时代，减少发电系统能源耗损以及环境污染技术为国际间共同的使命，发电技术朝向省能、低污染、智能化为发展目标。我国是最大的煤炭消费国，煤烟型污染已相当严重。目前，火力发电每年需要燃烧大量的原煤和石油，同时产生大量的粉尘和二氧化碳、二氧化硫等气体，造成严重的空气污染和环境污染。

太阳能、风能发电由于不消耗煤，对环境保护起着重要的积极因素。近年来，世界各国逐渐认识到能源对人类的重要性，更认识到常规能源利用过程中对环境和生态系统的破坏，各国纷纷开始根据国情，治理和缓解已经恶化的环境，并把可再生、无污染的新能源的开发利用作为可持续发展的重要内容。风光互补发电系统是利用风能和太阳能资源的互补性，具有较高性价比的一种新型能源发电系统。

二、风光互补解决孤岛灯塔电力供应的可行性

我国北方太阳能和风能的资源十分丰富，并且是绿色环保能源，可以说是取之不尽、用之不竭的。中国属于季风气候区，一般冬季风大，太阳辐射小；夏季风小太阳辐射大，正好可以相互补充利用。山东烟台位于渤海湾的西部，有明显的季风气候特征，冬季多为西北风，风力大，风时持续时间长，风向比较稳定，夏季多为东南风，风力较约。根据气象部门的统计，烟台海区年平均风速在4米/秒以上，10月份至四月份，平均风速5米/秒，而岛屿风速达到5.6米/秒以上，是理想的风力发电场所。岛屿夏季的平均气温23.1度，每年日照时数2739小时，具有极其丰富的太阳能资源。太阳能资源和风能资源为风光互补提供了保障。因此孤岛灯塔实现电力供应是可行的。

三、光互补工作原理及设备组成

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、逆变器、交流直流负载等部分组成，该系统是集风能、太阳能及蓄电池等多种能源发电技术及系统智能控制技术为一体的复合可再生能源发电系统。

1、风力发电部分是利用风力机将风能转换为机械能，通过风力发电机将机械能转换为电能，再通过控制器对蓄电池充电，经过逆变器对负载供电。

2、光伏发电部分利用太阳能电池板的光伏效应将光能转换为电能，然后对蓄电池充电，通过逆变器将直流电转换为交流电对负载进行供电。

3、逆变系统由逆变器组成，把蓄电池中的直流电变成标准的220v交流电，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。

4、控制部分根据日照强度、风力大小及负载的变化，不断对蓄电池组的工作状态进行切换和调节:一方面把调整后的电能直接送往直流或交流负载。另一方面把多余的电能送往蓄电池组存储。发电量不能满足负载需要时，控制器把蓄电池的电能送往负载，保证了整个系统工作的连续性和稳定性。

5、蓄电池部分由多块蓄电池组成，在系统中同时起到能量调节和平衡负载两大作用。它将风力发电系统和光伏发电系统输出的电能转化为化学能储存起来，以备供电不足时使用。

逆变器把存储在蓄电池组中的直流电转化换成负载需求的交流电供负载使用。

控制器对所发的电能进行调节和控制，一方面把调整后的能量送往直流负载或交流负载，另一方面把多余的能量送往蓄电池组储存，当所发的电不能满足负载需要时，控制器又把蓄电池的电能送往负载或者控制柴油发电机组自动启动为蓄电池充电。蓄电池充满电后，控制器要控制蓄电池不被过充。当蓄电池所储存的电能放完时，控制器要控制蓄电池不被过放电，保护蓄电池。

四、型风力发电机、太阳能发电与蓄电池的合理配套

风力发电机和太阳能发电发出的电能首先经过蓄电池储存起来，然后再由蓄电池向用设备供电，所以要综合考虑风力发电机和太阳能发电的功率匹配。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，主要用于系统的优化控制;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，蓄电池容量过大，风力发电机和太阳能发电发出的能量不能保证及时充电，致使蓄电池处于亏电状态。缩短蓄电池的使用寿命。另外，蓄电池容量过大，价格和费用增大，造成不必要的浪费。蓄电池容量过小，会使蓄电池经常处于过充状态。缩短蓄电池的使用寿命，也浪费资源。根据目前海岛设备IMA-800灯器的技术要求，选70W灯泡供电，而职工生活用电不超过1000W,电瓶应选2000安时，光伏峰值功率2000W,风机功率2000W既保证了灯器的工作，也降低了费用。

五、结束语

风能和太阳能都是清洁能源，随着光伏发电技术、风力发电技术的日趋成熟及实用化进程中产品的不断完善，为风光互补发电系统的推广应用奠定了基础。风光互补发电系统推动了我国节能环保事业的发展，促进资源节约型和环境友好型社会的建设。我们要充分利用它，综合利用各种能源为航标所用，确保航标的发光发讯。