山西各地区风光资源互补性研究

刘振宇，冯 华，杨仁刚

(1.山西农业大学工学院，山西 太谷030801;2.中国农业大学信息与电气工程学院，北京100083)

风能和太阳能是可再生能源，具有能量密度低、稳定性差的弱点，并且受地理分布、季节变化和昼夜变化等因素的影响。独立的风能或者太阳能发电系统不能提供稳定可靠的电能，但是风能和太阳能在时间分布上有很强的互补性，可以减弱或消除各自稳定性差的弱点。夏季太阳光强度大风小，冬季太阳光强度弱而风大;白天太阳光最强时风很小，晚上光照很弱但风力加强。因此风光互补系统本身所特有的性质使该系统在资源上具有最佳的匹配性，是一种较好的发电系统[1-3]。目前我国农村人口众多，在偏远农村若靠电网供电很不现实，若采用风光互补供电系统这样低成本、可靠性高的供电系统可以基本满足他们的生活及照明用电，可有效解决用电问题。风光互补系统虽然有诸多优势，但受气象影响比较大，因此研究风光资源在时间分布上的互补性和互补系统的优化匹配设计具有重要的工程应用价值。

1 风能和太阳辐射量计算

1.1 风能资源计算

空气密度的大小亦关系到风能的多少，根据指定地点的温度和压强可对ρ进行校正[4]。

衡量一个地区风能资源的大小，可用风能密度(风电场功率密度)来评价。风能密度是气流在单位时间内垂直通过单位截面积的风能[4]。计算公式为:

式中风能密度p单位为W/m2，ρ为空气密度(kg/m3)，V为风速(m/s)。

1.2 倾斜面上太阳辐射量计算

1.2.1 水平面太阳辐射量计算