風電和光伏發電比較分析

李峰

[摘要]本文針對光伏發電和風電的外在和內在特征，分別從10個方面對比分析了風電和光伏發電的區別，有助于全面、深刻認識風/光發電的優缺點和應用價值。

[關鍵詞]風電；光伏發電；比較；特性

[中圖分類號]TU271.1 [文獻標識碼]A [文章編號]1672-5158（2013）06-0323-02

引言

目前，國內外正在大力發展風/光發電。其中我國的風/光發電規模及技術發展最為迅速。以新疆為例，根據新疆自治區“十二五”規劃，至“十二五”期末，我區風電裝機容量將達到900萬kW，光伏發電裝機容量將達到150萬千萬。風電/光發電正在從輔助電源向主力電源過渡，對電網造成的影響將不可忽視。

深入理解風/光發電的不同點，找出各自的優缺點并加以研究、取長補短，對健康發展清潔能源，合理、科學利用可再生資源具有重要意義。

1 比較分析

1.1 能源轉換方式

風力發電利用風力發電機將風能轉換為電能，基于電磁感應的原理實現了動能到電能的轉換。而光伏發電則利用光伏電池板，利用“光生伏打效應”將太陽能直接轉化為電能。

1.2 發電成本

目前，風力發電和光伏發電相比，光伏發電的成本要遠高于風力發電。根據最新市場行情，當下光伏發電的發電成本約為12元/W，上網電價為1元/kwh，而風電的發電成本約為3.6元/W，上網電價約為0.6元/kwh。但隨著生產技術的發展，兩者發電成本差距將進一步縮小。

1.3 占地面積

光伏電站建設占地面積要遠遠多于風力發電020MW的固定安裝式光伏電站占地面積約為667畝，而20MW的風電場占地面積僅僅約為50畝。

1.4 易維護性

由于風力發電葉輪轉動部分為機械轉動結構，故容易產生機械故障，且故障不易診斷，由此對專業維護人員的技術水平要求較高，維護工作量大。而光伏發電所有設備均為靜止元件。不存在機械磨損的問題，只需對少量的運行人員進行簡單的培訓，即可完成對電站運行情況的監視和維護工作。

但其也有缺點，太陽能電池板容易聚集灰塵，需要經常清潔，否則影響發電功率，且太陽能電池板清潔較為困難，給清潔人員帶來一定的難度。

1.5 功率波動性

由于風電機械轉動部件在轉動時具有一定的慣性作用，故當風止時，風電機組在很小的一段時間內發電功率不會突然跌落為0，存在一個簡短的緩沖過程。但光伏發電功率完全依賴于光照強度，當突然有云遮陰時，光伏發電功率會瞬間跌落。因此，在較小的時間尺度內，風電功率和光伏發電功率相比，出力曲線相對較為平滑。如圖1、圖2所示。

1.6 發電功率規律性

由于太陽具有朝出夕落的特點，故光伏發電功率曲線呈現出以中午時刻軸為對稱軸的拋物線形。如圖1所示。而風速和風向一般沒有固定的變化規律，因此風電日功率曲線規律性不強。

1.7 對環境的影響

風電轉動部件會造成明顯的噪聲污染，風電場附近不宜有居民居住。國內也曾發生過因風電場噪聲太大，導致附近居民向政府部門投訴，以致風電場最終停運。光伏電站運行時基本沒有噪聲，但太陽光照射到光伏組件時未被吸收的部分會經光伏組件玻璃層發生反射，對周圍環境造成較強的光污染。同時大規模光伏電站的建設還將改變局域地表溫度。

1.8 對電網穩定性的影響

當電網側發生故障時，風電機組會產生一定的阻尼轉矩，對電網功角穩定性的影響較小。眾多文獻表明，風電機組對電網的功角穩定性有一定的有利作用。然光伏發電設備中不包含轉動元件，不存在功角問題，也不產生阻尼轉矩，因此對電網功角穩定性不具有任何貢獻。不利于電網恢復穩定運行。

1.9 對低電壓穿越能力的要求

1.9.1 風電機組的低電壓穿越能力要求

風力發電機組低電壓穿越能力要求示意圖如圖3所示。

具體要求為：

（1）風力發電機組輸出端電壓跌落至20%額定電壓時，風力發電機組能夠保證不脫網連續運行625ms。

（2）風力發電機組輸出端電壓在發生跌落后2s內能夠恢復到額定電壓的90%時，風力發電機組應能保證不脫網連續運行。

1.9.2 光伏發電的低電壓穿越能力要求

光伏發電的低電壓穿越能力要求示意圖如圖4所示。

具體要求為：（1）光伏發電站并網點電壓跌至0時，光伏發電站應不脫網連續運行0.15s。

（2）光伏發電站并網點電壓跌至曲線1以下時，光伏發電站可以從電網切出。

對比圖3、圖4可知，由于風電和光伏發電特性的不同，對各自低電壓穿越能力的要求也不同。但很明顯對光伏發電的低電壓穿越能力要求更高，要求光伏發電具有“零電壓穿越能力”。

1.10 短路電流特性

并網點發生故障時，光伏電站可以提供120%～150%的短路電流，而且持續不衰減。但雙饋風電機組可以提供最高約300%的短路電流并逐漸衰減至正常額定電流以下；直驅型發電機組可以提供約250%的短路電流并基本不衰減。因此，當并網點發生故障時，光伏電站相對于風電機組，不利于保護裝置的正確動作。

2 總結

（1）本文從能源轉換方式、發電成本、占地面積、易維護性等10個方面比較分析了風電和光伏發電的不同點。從內在和外在特性兩個角度對風電和光伏發電客觀的陳述了自己的簡介。

（2）由于光伏發電和風電在資源時軸分布上的互補特性，目前各地已建設有諸多風光互補發電項目，資源利用效率、發電量、供電可靠性得以大大提高。因此，新疆正在吐魯番地區建設疆內第一個大型風光互補發電基地。

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