2023年户用风光互补发电系统可行性报告.docx

户用风光互补发电系统可行性报告 户用风力与太阳能光伏互补发电系统 设计可行性研究报告 一、风力与太阳能光伏发电行业开展前景分析 风力发电是一种将风能转换为机械能，由机械能冉转换为电能的机电装置。利用风力带动风车叶片旋转，再通过增速机将旋转的速度提升，来带动发电机发电。依据目前的风能技术，大约1米/秒的微风速度，便可以开始发电。 光伏发电是利用单晶硅、多晶硅或非晶硅半导体电子器件光伏效应原理有效地吸收太阳辐射能，并直接转变成电能的发电方式。 风力发电、太阳能光伏发电是近年来国内外应用比较广泛、最有开展前景的可再生能源利用技术。在当今化石能源日益减少、生态环境遭受破坏的情况下，利用以风能、太阳能为代表的清洁、可再生能源，对于改善现有能源结构，缓解能源危机，实现人与自然的可持续开展具有重要的意义。 世界各国尤其是兴旺国家高度重视以太阳能和风能为代表的新能源开展，通过增加财政投资、减免税收、电力回购补偿等一系列措施，鼓励刺激风力发电、太阳能光伏发电行业的开展。以太阳能光伏行业为例，202223年，全球光伏市场累计安装量提高了45%，到达了22.9gw。新增光伏装机容量接近5.8gw，增速为46.6%。其中，德国新增光伏装机容量从1.8gw提高到3.8gw，几乎翻了一番，从202223年41.1%的占比上升为51.7%，居全球第一位。其它国家也开展迅速，意大利安装了711mw，成为第二大市场，捷克和比利时2023年分别安装了411mw和292mw。欧洲以外的国家也同样开展迅速，日本安装了484mw，美国那么安装了470mw，其中包括40mw的离网系统。而风电行业，202223年全球风电装机总量到达157900mw.较上年增加了37500mw。欧洲的风能发电开展最快，其中德国十分重视风电开展，目前是世界上风电技术最先进的国家。截至2023年底，德国风电总装机容量到达了20622mw，占世界风电总装机容量的1／3以上.德国风力发电量约占全年总发电量的6％，居世界第1位.到202223年，德国风电装机容量到达23000mw，可提供德国8％～2023％的电力需求，l5个欧盟成员国可再生能源生产的电力满足全部电力需求的22％. 在当前阶段，风力发电、太阳能光伏发电市场的开展很大程度依赖于相关国家制定的支持机制和法案，支持机制和法案的公布、更改、增强或削弱都会对风力发电、光伏市场和产业造成深远的影响。德国、日本、美国等兴旺国家风力发电、太阳能光伏发电行业能有如此迅速的开展，均得益于相关国家有一套成熟的鼓励措施和支持法案，值得指出的是：日本、德国、西班牙、意大利、韩国等许多国家制定的风能、太阳能发电回购补偿政策，对促进、鼓励民间开展太阳能光伏、风能发电起到至关重要的作用。 我国光伏发电和风能产业起步于20世纪70年代，90年代中期进入稳步开展时期，经过30多年的努力，已迎来了快速开展的新阶段。2023年至202223年，中国的新能源市场投资年均增长率为67％， 23.5亿美元的投资中大约有60％投向了太阳能领域，其余主要投资到风能领域。特别是在“光明工程〞先导工程和“送电到乡〞工程等国家工程及世界光伏市场的有力拉动下，太阳能电池及组件产量逐年稳步增加，我国光伏产业经历爆发式增长，已根本形成了涵盖多晶硅材料、铸锭、拉单晶、电池片、封装、平衡部件、系统集成、光伏应用产品和专用设备制造的较完整产业链。产业链各个环节的专用设备和专用材料的国产化加快，许多设备完全实现了国产化并有局部出口。到202223年底，全国光伏系统的累计装机容量到达2023万千瓦（20230mw），从事太阳能电池生产的企业到达50余家，从业人员到达8万人以上。而我国风电行业近年来开展也非常迅速，到202223年底，我国风电总装机容量累计为2580万千瓦，其中并网风电1613万千瓦，占全国总装机容量的占1.85％，另还有967万千瓦未并网风电。其中仅202223年新增装机容量就到达1300万千瓦。总的风电装机容量位于美国、德国之后，名列全球第三。202223年，我国风电发电量为275亿千瓦时，占总的发电量比例为0.75％。 近年来，国家财政对太阳能和风能产业的补贴力度逐年增强。202223年，我国开始启动屋顶和大型地面并网光伏发电示范工程的建设；202223年初完成了甘肃敦煌2023mw级大型荒漠并网光伏电站的招标工作；同时太阳能屋顶方案与金太阳示范工程、风能发电的财政补贴工程也相继推出，这一系列的政策措施给我国未来的太阳能光伏和风能产业提供了一个广阔的开展空间。 我国现行的补贴政策主要针对光伏设备生产企业、大型工程承建商和一些示范性工程，缺乏对于小型发电系统或是消费者、投资者的鼓励政策。这也是我国光伏产业商业化推广缓慢的重要原因。经验说明，我国政府的政策 导向将在未来一段时间内决定着国家风能与光伏产业的开展水准和市场需求。直到现在，我国还没有太阳能上网电价和新能源电力回购补偿政策，每年几百兆瓦的太阳能电站建设与每年几个吉瓦太阳能光伏电池生产能力相形见绌，远不成比例。因此，太阳能上网电价和新能源电力回购补偿政策尽快出台是中国太阳能与风能发电产业的当务之急。相信在节能减排、低碳经济的大背景下，针对目前风能与光伏发电本钱高、国内产业对进出口依存度过高的特点，我国将加大政策指导和扶持力度，一旦国家新能源电力回购补偿政策出台，风能、太阳能发电行业必将迎来迅猛开展的时机。 二、工程市场定位分析 我国2023年公布的可再生能源法规定：电网企业应当全额收购其电网覆盖范围内的可再生能源并网发电工程的上网电量。但实际上由于光伏上网电价本钱是常规能源上网电价的1o倍而无法实施。最近我国完成的8mw并网光伏系统的前期研究说明，目前完全商业化运作的并网光伏发电上网电价本钱大约为3.4元／千瓦时，这样高的本钱无论是国家补贴还是全民分摊，大面积开展都会遇到很大的困难和阻力。如果是一般家庭用的光伏发电系统，那么发电本钱更高，通过在淘宝网检索进行价格比照，国内多晶硅太阳电池价格大约为2023~15元／瓦，一套户用3000瓦太阳能光伏发电系统单是太阳能板就需30000~45000元左右，假设配套蓄电池、逆变器、整流器、控制器及附属部件及安装费，至少需40000~50000元左右。网上检索到华威能源生产的整套3000瓦太阳能光伏发电系统市场销售价格最低为36916元。按照一般家庭每月电费200元计算，理论上需要至少15年~20年才能收回本钱，而且还不包括使用过程的维护费用。通常，家庭预期投资回收期超过5年就很难被消费者所接受。在光伏发电本钱还不具有市场竞争力，且缺乏实质性政策支持的情况下，户用太阳能光伏发电系统很难直接走向市场。另外，风力发电的上网价格在0.42~0.72元／千瓦时，本钱正逐渐接近火电本钱，但分散式风力发电机系统的可靠性较差，随机性和间歇性强，电能质量较差，需进行比较复杂的处理才能使用。因此，风能发电和太阳能光伏发电系统只有在远离电网且必须用电的地方才能找到其商业的价值。根据初步分析，目前，风能与太阳能光伏发电系统具有市场价值的地方和行业如下： 1、偏远农村、山区、草原、边防哨所，海岛等地方。 这些地方远离电网，迫切需要用电改善工作和生活条件，使用柴汽油发 电本钱过高，而风能或太阳能发电系统恰好能够填补这一空缺。 2、远离城市和供电线路的移动通信基站。 移动通信基站用电负荷都不会太大，假设采用市电供电，架杆铺线代价很大，假设采用柴油发电机供电，存在柴油储运本钱高，系统维护困难、可靠性不高的问题。要解决长期稳定可靠的供电问题，只能依赖当地的自然能源，而太阳能和风能可作为取之不尽的可再生能源。将大大降低电源配置本钱。 3、高速公路沿线的交通标志和录像监控装置。 高速公路的外场监控设备一般采用直接敷设电缆的供电方式，诸如互通立交、弯道、坡道、特大桥等需重点监控的路段往往离电源点的距离很远，采用传统电缆供电方式，就必须使用比较粗大的铜芯线缆来降低电压衰减，从而导致建设费用过高，同时运营期间也因电缆经常被盗而给业主造成重大的经济损失和运营管理的不便。而采用风光互补的方式对外场监控设备供电，与传统电缆供电相比省去了中间电缆及其敷设的过程，大大降低了供电本钱，具有很好的性价比。而且高速公路上由于车辆行驶速度很快，不断卷起的气流会使公路两旁常年处于有风状态，保证风光互补系统常年处于运行供电状态。 4、渔船作业和生活用电。 渔船出海作业需要保证卫星导航、通信设施、平安指示灯、标志灯、灯光作业灯等的供电，泊港后需要有人留守，留守人员需要照明、电视、冰箱等生活用电。因此，渔船常年需要用电，过去一直靠柴油发电机发电解决。购置柴油发电机和发电用油的本钱并不低。如果设计202300瓦以下价格在2023000元以下的船用小型风力与太阳能光伏互补发电系统，那么可以很好地解决渔船用电问题，完全可以做到本钱低于使用柴油发电机。目前，在浙江、XX省沿海一带，在政府的倡导下，渔船开始普及安装300瓦~202300瓦的微小型风力与太阳能光伏互补发电系统，节省了大量燃油，应用效果比较好。北海作为沿XX县区，海上风力和太阳能资源充分，北部湾和南海大批的作业渔船，可以作为市场的潜在用户，完全有可能在渔船找到市场的切入点。 三、工程技术定位分析 风能和太阳能由于受地理分布、季节变化、昼夜交替等影响，其能量密度变化较大。然而，太阳能与风能在时间和地域上都有一定的互补性，白天太阳光最强时，风较小，晚上太阳落山后，光照很弱。但由于地表温差变化 大而风能加强。在夏季，太阳光强度大而风小，冬季，太阳光强度弱而风大。太阳能发电稳定可靠，但本钱较高，而风力发电本钱较低，但随机性大，供电可靠性差。因此相对于单一的风能、太阳能发电，风光互补发电系统是更经济合理、稳定、持续的发电模式。将两者结合起来，可实现昼夜发电，提高系统供电的连续性、稳定性和可靠性。另外，以家庭用户为单位的风能与太阳光伏发电系统是今后最普遍的一种新能源应用方式。因此，应该将工程考虑定位为：独立的离网型小型风力与太阳能光伏互补发电系统。利用成熟先进的以单片机为核心的嵌入式技术、电力电子技术、小型微风发电技术和多晶硅太阳能电池，研发出一种功率在300瓦以上，3~5千瓦以下，具有微风发电和太阳能光伏发电互补功能，智能化控制程度较高的家庭用小型发电系统。为将来太阳能光伏发电大规模商业化应用做好技术储藏。 四、系统的根本构成 风光互补发电系统主要由风力发电机、风电整流器、太阳能光伏电池阵、控制器、蓄电池、逆变器等局部组成。如下列图： 其工作原理是。风力发电机将风能转换成交流电能，先经整流器整流成为直流电，由控制器对蓄电池充电，然后再通过逆变器转换成交流电才能供给交流负载。太阳能光伏电池阵将太阳能直接转换成直流电，并通过逆变器可将直流电转换为交流电对负载进行供电，同时在光伏电能充裕时由控制器对蓄电池充电。在日照缺乏时，储存在蓄电池中的直流电能经过逆变器，变换成交流电供给交流负载使用。正常工作情况下，风力发电局部和光伏发电局部可以独立工作，也可以同时工作。 1、风力发电机 按主轴旋转方向分为两类。水平轴式风力发电机，转动轴与地面平行，需随风向变换调整叶轮的朝向。多采用水平轴、上风向、三叶片式，该类型风力发电机具备较高的风能利用率，价格低廉，但叶片旋转直径较大。垂直轴式风力发电机转动轴与地面垂直，叶轮不需改变方向。依形状可分为桶形转子和打蛋形转子等。新型垂直轴风力发电机（h型）采用了新型结构和材料，具有启动风速低、噪音低、抗风能力强等优点，1米/秒微风就可起步发电。叶轮旋转直径较小，安装使用方便，但价格相对较高，目前处于推广应