风光储发电的现状及展望_吴克河
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水利与电力
风光储发电的现状及展望
吴克河 龚 瑞
（华北电力大学，北京 中国 102206）
【摘 要】风能和太阳能是资源丰富的可再生能源，发展风 / 光发 电是国家能源重要战略。该文阐述了国内风、光发电的发展现状及 趋势，在此基础上，引进了储能装置，提出利用风能、太阳能和储 能联合发电的意义，并介绍了风光储联合发电的特点以及国内相关 研究现状。 【关键词】风能 太阳能 风能 / 太阳能 风光储
507.1 6118.31 4264.35 6478.95 709.5 2372.05 1691.28 249.25 7978.8
1964 193.9 3997.36 75324.19
3146 1646.5 1308.95 1289.55 884.7
683 639.7 623 617 583 543.6 527.6 522 521.1 520 453.6 382.5 16088.7
序号
省（自治区、 直辖市）
2013 年累 计 /MW
2014 年新增 2014 年累计 /
/MW
MW
1
新疆
2
内蒙古
3
山西
4
山东
5
宁夏
6
贵州
7
辽宁
8
黑龙江
9
甘肃
10
陕西
11
江苏
12
广东
13
湖南
14
河北
15
云南
16
湖北
17
吉林
合计
3306.06 18623.81 2907.1 5690.95 3565.7
作者简介：李艳华（1990-）女，硕士研究生，河南鹿邑人。
（上接第 69 页）
储能装置在风光发电出力大、系统负荷需求较小的情况下 进行充电；相反，其在风光发电出力小、系统负荷需求大的情 况下进行放电，最终，储能装置以此实现平滑输出功率通过跟 踪计划而出力。
联合发电系统有功和无功功率输出的变化，对系统的稳定 性造成了威胁。因此，通过把储能系统配置在联合发电系统输 出端，以此平滑其输出功率，不仅能够降低对电网的冲击，而 且提高了系统并网的稳定性。
在风光储联合发电控制方面，华北电力大学廖毅提出了一 种方案，即把储能单元统一配置在联合发电系统的输出端，并 且采用混合的储能方式：为了平滑快速波动造成的功率分量， 第一层采用了超级电容器进行储能；为了平滑波动较慢造成的 功率分量，第二层采用了铅酸蓄电池进行储能。实践证明，与 单一方式储能相比，混合储能确实更好地实现了平滑功率的输 出。此后，华北电力大学的辛光明、刘平等人通过对风光储联 合发电技术进行分析，提出了如下的方案：通过储能单元容量 以及风光预测出力曲线选择合适的波动范围和充放电区间，这 个方案尽可能地减少了蓄电池的充放电次数和输出功率的波动， 以此保证了输出功率平滑稳定，而且可以延长蓄电池的使用寿 命。仿真结果表明，风光储联合发电可以达到更充分的资源利 用率，取得更可观的经济效益。
4 结语 本文运用熵权法确定权重并应用于可变模糊方法中，确定 了熵权可变模糊模型，将该模型应用于清水江流域丰水期各断 面水质评价中，其评价结果准确合理。结果表明，可变模糊评 价法在地表水水质评价中的评价结论是合理的，评价结果可信。
参考文献： [1] 陈守煜 , 徐冬梅 , 邱林 . 地下水水质评价可变模糊评价法 [J]. 中国农村水利水电 ,2011(3):1-5. [2 伍名群 . 基于熵权法的清水江流域水质模糊综合评价 [J]. 三峡 环境与生态，2013,35(2):31-35. [3] 张先起 , 梁川 . 基于熵权的模糊物元模型在水质综合评价中的 应用 [J]. 水利学报 ,2005,36(9):1057-1061.
3 光能发电的现状及发展趋势 近年来，由于“十五”对太阳能发电的扶持，特别是针对 光能电池的资金投入，我国广大科研机构及院校对光伏技术的 研究不断提高，其在实际运用中工艺水平也不断提高。 在加大科研投入的同时，我国还不断从国外引进先进的生 产设备，扩大生产规模，降低生产成本。除此之外，随着光伏 领域技术研究成为国家高技术发展计划列项，大专院校对太阳 能电池的研究也取得了突破性进展，特别是碲化镉薄膜（四川 大学主持研发）和铜铟硒（南开大学主持研发）太阳能薄膜电 池均取得了较好的成果，达到或接近世界先进水平。 目前为止，我国科研院校实验室内的光伏电池转化效率部 分已达 20% 以上，市场上可商业化的光伏电池转化效率则在 14%~15% 左右，一般的已商业化电池则为 10%~13%。 我国太阳设备及其制造业有所发展，但总体上其性能仍然 偏低下。对太阳能电池的生产在一定程度上促进了其原材料的 生产工艺改进，但是生产太阳能电池的一些特殊原材料，如浆、 低铁钢化玻璃等仍然依赖于国外厂商。除此之外，已商业化的 铅酸蓄电池远远无法满足光电系统的特殊需求，而光电专用蓄 电池尚在研发当中。 4 风 / 光互补发电的研究现状 风 / 光互补发电可以利用风能以及太阳能的间歇性，较之 单一风力或者太阳能发电更加有效，但是该应用尚处于起步阶 段。 中科院电工研究所的许洪华、赵斌等人，采用遗传算法进 行优化控制，以期解决风 / 光互补发电系统非线性优化的问题。 西安交通大学的李福利等人提出并应用验证了一种“局部 - 整体 法”，可以解决风光发电系统中存在设备配置随意及投资大的 问题。华南理工大学的吴捷、杨苹教授等人提出一种互补发电 的能量管理系统，用来实现在风 / 光互补发电系统的能量管理控 制。该系统基于分级模糊算法，采用集中式控制。并且在基于 系统多输入特点的基础上，设计并使用一个四级的分级模糊控 制器实现系统的管理和控制。仿真实验证明该系统能够对互补 发电系统进行有效的控制。 5 风光储联合发电的研究现状 国家于 2010 年开展了以张家口风光储输示范工程为主的一 系列风光储联合发电的实验性工程。 风光储联合发电系统包括五个部分，分别是：光伏系统、 风电系统、储能系统、交流负载和控制系统。储能系统包括功 率转换系统和储能单元，储能单元用来控制能量的储存、释放， 功率转换系统的功能是进行功率调节控制和充放电控制。
6452.06 20270.31 4216.05 6980.5 4450.4 1190.1 6758.01 4887.35 7095.95 1292.5 2915.65 2218.88 771.25 8499.9
2484 647.5 4379.86 91412.89
注：表中数据来自中国可再生能源学会风能专业委员会（风 能协会），合计中不包含中国台湾地区，合计中包含全国其他 地方。
当前，风电成本高、上网风电质量差等问题严重制约了我 国风电事业进一步向前发展。针对这些问题，国家层面提出了 一系列政策如“乘风计划”等对我国的风电事业进行扶持。除 此之外，，《中华人民共和国可再生能源法》于 2006 年 1 月起 开始实施，该法的实施不但从政策上保障风电产业的发展，亦 从法律角度为风电的发展保驾护航。
6 结语 风能、太阳能等可再生能源储量大、分布广且清洁，可用 作我国当前大气污染的治理措施。一方面利用风力发电和光伏 发电进行互补发电，另一方面，通过储能装置对风光发电进行 小额补偿，实现新能源电力的平衡输出，为祖国的能源结构优 化做出贡献。
参考文献： [1] 程永卓 . 浅谈中国风力发电的现状与发展前景 [J]. 能源与节 能 ,2013(05). [2] 仲昭阳 , 王述洋 , 徐凯宏 . 风力发电的现状及对策 [J]. 林业劳 动安全 ,2008(09). [3] 梁松 . 浅谈风力发电的现状及发展前景 [J]. 科技创新与应用， 2014(24). [4] 罗 承 先 . 世 界 风 力 发 电 现 状 与 前 景 预 测 [J]. 中 外 能 源， 2012,3(3):17. [5] 陈璟华 , 杨宜民 . 风力 / 太阳能发电的发展和展望 [J]. 广东工 业大学学报 ,2007,3(9):24.
— 71 —
1 前言 20 世纪中后期，世界性能源危机爆发，世界各国对新型能 源及可再能源的研究开始加重。我国相继开展了“乘风计划” 和“光明工程”促进新能源发展。2013 年，针对中国大陆出现 的极端雾霾天气，国务院印发《大气污染防治行动计划》“加 快调整能源结构，增加清洁能源供应”；当年 12 月，国家发改 委召开的大气污染治理会议提出可再生能源优先上网。2014 年 3 月 5 日，政府工作报告提出“出重拳强化污染防治”，“鼓励 发展风能、太阳能”等要求。 2 风力发电的发展现状及趋势 空气具有流动性，在自然条件下，空气会从压力高的地方 自然转移到压力低的地方，地表空气在流动过程中产生的动能 就是风能。在世界范围内，风能储量的估值不低于 9.6GW。随 着各国风电技术的不断成熟，对风电的大力发展已然成为世界 诸国的重要战略性选择。 20 世纪 50 年代后期，我国开始进行风力发电相关的技术 研究，70 年代中后期，国内的科研院校重新启动了风力发电的 科研工作。 我国于 20 世纪 80 年代中期开始建设风力发电场。在建设 了 30 余年后的今天，我国在风电产业化进程中取得了巨大的成 果。到去年年底，全国部分风电大省 ( 自治区 ) 风力发电场发电 量情况见表 1。 事实上，截止到去年底，我国在三十余个省市的风电机组 总装机容量已达 91412.89 万 kW，分布在祖国的上百个风力发 电场中，排名于世界第一位。 表 1 2014 年底部分省（自治区）新增及累计风电装机容量
（下转第 71 页）
— 69 —
水利与电力
基于熵权的可变模糊评价模型对清水江流域的四种模型评 价结果的均值与模糊综合评判法的评判结果进行对比，成果对 比表详见表 2。
表 2 评价成果对比表
监测断面 兴仁桥断面 重安江断面 旁海断面 白市断面
模糊综合评价
Ⅰ
Ⅱ
Ⅱ
ⅠΒιβλιοθήκη Baidu
可变模糊模型
Ⅰ
Ⅱ
Ⅱ
Ⅰ
由表 2 可以看出，结合实际观测数据分析可知，两种方法 所得评价成果是合理，其中本文采用的可变模糊方法能够通过 变化的模型及指标权重，分析确定其稳定值的范围，通过其平 均值最终确定评价等级的方法将使评价结果稳定可信，模糊综 合评价法是依据最大隶属度原则确定的分级不可避免会丢失信 息，则可变模糊方法更优。
经过多年的发展，我国对大型风电机组的设计、制造技艺 得到了长足发展，特别是 600kW 的风力发电机组的国产化率已 经占有绝对优势，达到了 90%，我国的风电机组主力机型也达 到了 600~750kW。特别是 2005 年完成吊装由金风科技公司主持 研制的 1.2MW 直驱式永磁风电机组，标志着中国风机列入到了 世界先进水平。
风光储发电的现状及展望
吴克河 龚 瑞
（华北电力大学，北京 中国 102206）
【摘 要】风能和太阳能是资源丰富的可再生能源，发展风 / 光发 电是国家能源重要战略。该文阐述了国内风、光发电的发展现状及 趋势，在此基础上，引进了储能装置，提出利用风能、太阳能和储 能联合发电的意义，并介绍了风光储联合发电的特点以及国内相关 研究现状。 【关键词】风能 太阳能 风能 / 太阳能 风光储
507.1 6118.31 4264.35 6478.95 709.5 2372.05 1691.28 249.25 7978.8
1964 193.9 3997.36 75324.19
3146 1646.5 1308.95 1289.55 884.7
683 639.7 623 617 583 543.6 527.6 522 521.1 520 453.6 382.5 16088.7
序号
省（自治区、 直辖市）
2013 年累 计 /MW
2014 年新增 2014 年累计 /
/MW
MW
1
新疆
2
内蒙古
3
山西
4
山东
5
宁夏
6
贵州
7
辽宁
8
黑龙江
9
甘肃
10
陕西
11
江苏
12
广东
13
湖南
14
河北
15
云南
16
湖北
17
吉林
合计
3306.06 18623.81 2907.1 5690.95 3565.7
作者简介：李艳华（1990-）女，硕士研究生，河南鹿邑人。
（上接第 69 页）
储能装置在风光发电出力大、系统负荷需求较小的情况下 进行充电；相反，其在风光发电出力小、系统负荷需求大的情 况下进行放电，最终，储能装置以此实现平滑输出功率通过跟 踪计划而出力。
联合发电系统有功和无功功率输出的变化，对系统的稳定 性造成了威胁。因此，通过把储能系统配置在联合发电系统输 出端，以此平滑其输出功率，不仅能够降低对电网的冲击，而 且提高了系统并网的稳定性。
在风光储联合发电控制方面，华北电力大学廖毅提出了一 种方案，即把储能单元统一配置在联合发电系统的输出端，并 且采用混合的储能方式：为了平滑快速波动造成的功率分量， 第一层采用了超级电容器进行储能；为了平滑波动较慢造成的 功率分量，第二层采用了铅酸蓄电池进行储能。实践证明，与 单一方式储能相比，混合储能确实更好地实现了平滑功率的输 出。此后，华北电力大学的辛光明、刘平等人通过对风光储联 合发电技术进行分析，提出了如下的方案：通过储能单元容量 以及风光预测出力曲线选择合适的波动范围和充放电区间，这 个方案尽可能地减少了蓄电池的充放电次数和输出功率的波动， 以此保证了输出功率平滑稳定，而且可以延长蓄电池的使用寿 命。仿真结果表明，风光储联合发电可以达到更充分的资源利 用率，取得更可观的经济效益。
4 结语 本文运用熵权法确定权重并应用于可变模糊方法中，确定 了熵权可变模糊模型，将该模型应用于清水江流域丰水期各断 面水质评价中，其评价结果准确合理。结果表明，可变模糊评 价法在地表水水质评价中的评价结论是合理的，评价结果可信。
参考文献： [1] 陈守煜 , 徐冬梅 , 邱林 . 地下水水质评价可变模糊评价法 [J]. 中国农村水利水电 ,2011(3):1-5. [2 伍名群 . 基于熵权法的清水江流域水质模糊综合评价 [J]. 三峡 环境与生态，2013,35(2):31-35. [3] 张先起 , 梁川 . 基于熵权的模糊物元模型在水质综合评价中的 应用 [J]. 水利学报 ,2005,36(9):1057-1061.
3 光能发电的现状及发展趋势 近年来，由于“十五”对太阳能发电的扶持，特别是针对 光能电池的资金投入，我国广大科研机构及院校对光伏技术的 研究不断提高，其在实际运用中工艺水平也不断提高。 在加大科研投入的同时，我国还不断从国外引进先进的生 产设备，扩大生产规模，降低生产成本。除此之外，随着光伏 领域技术研究成为国家高技术发展计划列项，大专院校对太阳 能电池的研究也取得了突破性进展，特别是碲化镉薄膜（四川 大学主持研发）和铜铟硒（南开大学主持研发）太阳能薄膜电 池均取得了较好的成果，达到或接近世界先进水平。 目前为止，我国科研院校实验室内的光伏电池转化效率部 分已达 20% 以上，市场上可商业化的光伏电池转化效率则在 14%~15% 左右，一般的已商业化电池则为 10%~13%。 我国太阳设备及其制造业有所发展，但总体上其性能仍然 偏低下。对太阳能电池的生产在一定程度上促进了其原材料的 生产工艺改进，但是生产太阳能电池的一些特殊原材料，如浆、 低铁钢化玻璃等仍然依赖于国外厂商。除此之外，已商业化的 铅酸蓄电池远远无法满足光电系统的特殊需求，而光电专用蓄 电池尚在研发当中。 4 风 / 光互补发电的研究现状 风 / 光互补发电可以利用风能以及太阳能的间歇性，较之 单一风力或者太阳能发电更加有效，但是该应用尚处于起步阶 段。 中科院电工研究所的许洪华、赵斌等人，采用遗传算法进 行优化控制，以期解决风 / 光互补发电系统非线性优化的问题。 西安交通大学的李福利等人提出并应用验证了一种“局部 - 整体 法”，可以解决风光发电系统中存在设备配置随意及投资大的 问题。华南理工大学的吴捷、杨苹教授等人提出一种互补发电 的能量管理系统，用来实现在风 / 光互补发电系统的能量管理控 制。该系统基于分级模糊算法，采用集中式控制。并且在基于 系统多输入特点的基础上，设计并使用一个四级的分级模糊控 制器实现系统的管理和控制。仿真实验证明该系统能够对互补 发电系统进行有效的控制。 5 风光储联合发电的研究现状 国家于 2010 年开展了以张家口风光储输示范工程为主的一 系列风光储联合发电的实验性工程。 风光储联合发电系统包括五个部分，分别是：光伏系统、 风电系统、储能系统、交流负载和控制系统。储能系统包括功 率转换系统和储能单元，储能单元用来控制能量的储存、释放， 功率转换系统的功能是进行功率调节控制和充放电控制。
6452.06 20270.31 4216.05 6980.5 4450.4 1190.1 6758.01 4887.35 7095.95 1292.5 2915.65 2218.88 771.25 8499.9
2484 647.5 4379.86 91412.89
注：表中数据来自中国可再生能源学会风能专业委员会（风 能协会），合计中不包含中国台湾地区，合计中包含全国其他 地方。
当前，风电成本高、上网风电质量差等问题严重制约了我 国风电事业进一步向前发展。针对这些问题，国家层面提出了 一系列政策如“乘风计划”等对我国的风电事业进行扶持。除 此之外，，《中华人民共和国可再生能源法》于 2006 年 1 月起 开始实施，该法的实施不但从政策上保障风电产业的发展，亦 从法律角度为风电的发展保驾护航。
6 结语 风能、太阳能等可再生能源储量大、分布广且清洁，可用 作我国当前大气污染的治理措施。一方面利用风力发电和光伏 发电进行互补发电，另一方面，通过储能装置对风光发电进行 小额补偿，实现新能源电力的平衡输出，为祖国的能源结构优 化做出贡献。
参考文献： [1] 程永卓 . 浅谈中国风力发电的现状与发展前景 [J]. 能源与节 能 ,2013(05). [2] 仲昭阳 , 王述洋 , 徐凯宏 . 风力发电的现状及对策 [J]. 林业劳 动安全 ,2008(09). [3] 梁松 . 浅谈风力发电的现状及发展前景 [J]. 科技创新与应用， 2014(24). [4] 罗 承 先 . 世 界 风 力 发 电 现 状 与 前 景 预 测 [J]. 中 外 能 源， 2012,3(3):17. [5] 陈璟华 , 杨宜民 . 风力 / 太阳能发电的发展和展望 [J]. 广东工 业大学学报 ,2007,3(9):24.
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1 前言 20 世纪中后期，世界性能源危机爆发，世界各国对新型能 源及可再能源的研究开始加重。我国相继开展了“乘风计划” 和“光明工程”促进新能源发展。2013 年，针对中国大陆出现 的极端雾霾天气，国务院印发《大气污染防治行动计划》“加 快调整能源结构，增加清洁能源供应”；当年 12 月，国家发改 委召开的大气污染治理会议提出可再生能源优先上网。2014 年 3 月 5 日，政府工作报告提出“出重拳强化污染防治”，“鼓励 发展风能、太阳能”等要求。 2 风力发电的发展现状及趋势 空气具有流动性，在自然条件下，空气会从压力高的地方 自然转移到压力低的地方，地表空气在流动过程中产生的动能 就是风能。在世界范围内，风能储量的估值不低于 9.6GW。随 着各国风电技术的不断成熟，对风电的大力发展已然成为世界 诸国的重要战略性选择。 20 世纪 50 年代后期，我国开始进行风力发电相关的技术 研究，70 年代中后期，国内的科研院校重新启动了风力发电的 科研工作。 我国于 20 世纪 80 年代中期开始建设风力发电场。在建设 了 30 余年后的今天，我国在风电产业化进程中取得了巨大的成 果。到去年年底，全国部分风电大省 ( 自治区 ) 风力发电场发电 量情况见表 1。 事实上，截止到去年底，我国在三十余个省市的风电机组 总装机容量已达 91412.89 万 kW，分布在祖国的上百个风力发 电场中，排名于世界第一位。 表 1 2014 年底部分省（自治区）新增及累计风电装机容量
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水利与电力
基于熵权的可变模糊评价模型对清水江流域的四种模型评 价结果的均值与模糊综合评判法的评判结果进行对比，成果对 比表详见表 2。
表 2 评价成果对比表
监测断面 兴仁桥断面 重安江断面 旁海断面 白市断面
模糊综合评价
Ⅰ
Ⅱ
Ⅱ
ⅠΒιβλιοθήκη Baidu
可变模糊模型
Ⅰ
Ⅱ
Ⅱ
Ⅰ
由表 2 可以看出，结合实际观测数据分析可知，两种方法 所得评价成果是合理，其中本文采用的可变模糊方法能够通过 变化的模型及指标权重，分析确定其稳定值的范围，通过其平 均值最终确定评价等级的方法将使评价结果稳定可信，模糊综 合评价法是依据最大隶属度原则确定的分级不可避免会丢失信 息，则可变模糊方法更优。
经过多年的发展，我国对大型风电机组的设计、制造技艺 得到了长足发展，特别是 600kW 的风力发电机组的国产化率已 经占有绝对优势，达到了 90%，我国的风电机组主力机型也达 到了 600~750kW。特别是 2005 年完成吊装由金风科技公司主持 研制的 1.2MW 直驱式永磁风电机组，标志着中国风机列入到了 世界先进水平。