风电和光伏发电比较分析

李峰

[摘要]本文针对光伏发电和风电的外在和内在特征，分别从10个方面对比分析了风电和光伏发电的区别，有助于全面、深刻认识风/光发电的优缺点和应用价值。

[关键词]风电；光伏发电；比较；特性

[中图分类号]TU271.1 [文献标识码]A [文章编号]1672-5158（2013）06-0323-02

引言

目前，国内外正在大力发展风/光发电。其中我国的风/光发电规模及技术发展最为迅速。以新疆为例，根据新疆自治区“十二五”规划，至“十二五”期末，我区风电装机容量将达到900万kW，光伏发电装机容量将达到150万千万。风电/光发电正在从辅助电源向主力电源过渡，对电网造成的影响将不可忽视。

深入理解风/光发电的不同点，找出各自的优缺点并加以研究、取长补短，对健康发展清洁能源，合理、科学利用可再生资源具有重要意义。

1 比较分析

1.1 能源转换方式

风力发电利用风力发电机将风能转换为电能，基于电磁感应的原理实现了动能到电能的转换。而光伏发电则利用光伏电池板，利用“光生伏打效应”将太阳能直接转化为电能。

1.2 发电成本

目前，风力发电和光伏发电相比，光伏发电的成本要远高于风力发电。根据最新市场行情，当下光伏发电的发电成本约为12元/W，上网电价为1元/kwh，而风电的发电成本约为3.6元/W，上网电价约为0.6元/kwh。但随着生产技术的发展，两者发电成本差距将进一步缩小。

1.3 占地面积

光伏电站建设占地面积要远远多于风力发电020MW的固定安装式光伏电站占地面积约为667亩，而20MW的风电场占地面积仅仅约为50亩。

1.4 易维护性

由于风力发电叶轮转动部分为机械转动结构，故容易产生机械故障，且故障不易诊断，由此对专业维护人员的技术水平要求较高，维护工作量大。而光伏发电所有设备均为静止元件。不存在机械磨损的问题，只需对少量的运行人员进行简单的培训，即可完成对电站运行情况的监视和维护工作。

但其也有缺点，太阳能电池板容易聚集灰尘，需要经常清洁，否则影响发电功率，且太阳能电池板清洁较为困难，给清洁人员带来一定的难度。

1.5 功率波动性

由于风电机械转动部件在转动时具有一定的惯性作用，故当风止时，风电机组在很小的一段时间内发电功率不会突然跌落为0，存在一个简短的缓冲过程。但光伏发电功率完全依赖于光照强度，当突然有云遮阴时，光伏发电功率会瞬间跌落。因此，在较小的时间尺度内，风电功率和光伏发电功率相比，出力曲线相对较为平滑。如图1、图2所示。

1.6 发电功率规律性

由于太阳具有朝出夕落的特点，故光伏发电功率曲线呈现出以中午时刻轴为对称轴的抛物线形。如图1所示。而风速和风向一般没有固定的变化规律，因此风电日功率曲线规律性不强。

1.7 对环境的影响

风电转动部件会造成明显的噪声污染，风电场附近不宜有居民居住。国内也曾发生过因风电场噪声太大，导致附近居民向政府部门投诉，以致风电场最终停运。光伏电站运行时基本没有噪声，但太阳光照射到光伏组件时未被吸收的部分会经光伏组件玻璃层发生反射，对周围环境造成较强的光污染。同时大规模光伏电站的建设还将改变局域地表温度。

1.8 对电网稳定性的影响

当电网侧发生故障时，风电机组会产生一定的阻尼转矩，对电网功角稳定性的影响较小。众多文献表明，风电机组对电网的功角稳定性有一定的有利作用。然光伏发电设备中不包含转动元件，不存在功角问题，也不产生阻尼转矩，因此对电网功角稳定性不具有任何贡献。不利于电网恢复稳定运行。

1.9 对低电压穿越能力的要求

1.9.1 风电机组的低电压穿越能力要求

风力发电机组低电压穿越能力要求示意图如图3所示。

具体要求为：

（1）风力发电机组输出端电压跌落至20%额定电压时，风力发电机组能够保证不脱网连续运行625ms。

（2）风力发电机组输出端电压在发生跌落后2s内能够恢复到额定电压的90%时，风力发电机组应能保证不脱网连续运行。

1.9.2 光伏发电的低电压穿越能力要求

光伏发电的低电压穿越能力要求示意图如图4所示。

具体要求为：（1）光伏发电站并网点电压跌至0时，光伏发电站应不脱网连续运行0.15s。

（2）光伏发电站并网点电压跌至曲线1以下时，光伏发电站可以从电网切出。

对比图3、图4可知，由于风电和光伏发电特性的不同，对各自低电压穿越能力的要求也不同。但很明显对光伏发电的低电压穿越能力要求更高，要求光伏发电具有“零电压穿越能力”。

1.10 短路电流特性

并网点发生故障时，光伏电站可以提供120%～150%的短路电流，而且持续不衰减。但双馈风电机组可以提供最高约300%的短路电流并逐渐衰减至正常额定电流以下；直驱型发电机组可以提供约250%的短路电流并基本不衰减。因此，当并网点发生故障时，光伏电站相对于风电机组，不利于保护装置的正确动作。

2 总结

（1）本文从能源转换方式、发电成本、占地面积、易维护性等10个方面比较分析了风电和光伏发电的不同点。从内在和外在特性两个角度对风电和光伏发电客观的陈述了自己的简介。

（2）由于光伏发电和风电在资源时轴分布上的互补特性，目前各地已建设有诸多风光互补发电项目，资源利用效率、发电量、供电可靠性得以大大提高。因此，新疆正在吐鲁番地区建设疆内第一个大型风光互补发电基地。

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