風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)發(fā)展前景的探討

裴文杰

摘要：我國(guó)土地面積遼闊，自然資源優(yōu)勢(shì)明顯。在新世紀(jì)出現(xiàn)了能源緊缺等問題之后更加凸顯了可再生能源利用的必要性。其中，風(fēng)能、太陽能這兩大方面的能源最具開發(fā)潛力，風(fēng)與光又有著互補(bǔ)優(yōu)勢(shì)。近十年來，世界風(fēng)光發(fā)電總功率成指數(shù)規(guī)律上升，各國(guó)都已將風(fēng)光互補(bǔ)技術(shù)的發(fā)展列為能源利用重點(diǎn)研究課題。然而在此技術(shù)層面上領(lǐng)跑世界的是歐洲，歐洲受地域限制，此類應(yīng)用大打折扣。而我國(guó)資源與國(guó)情正好與這一領(lǐng)域的應(yīng)用相適應(yīng)，風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)將對(duì)中國(guó)的發(fā)展起到長(zhǎng)遠(yuǎn)影響。

關(guān)鍵詞：新能源 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電 光伏發(fā)電

我國(guó)電力事業(yè)發(fā)展起步較晚，又因人口眾多，人均能源占有量遠(yuǎn)低于世界平均水平。在能源探索多元化、持續(xù)化的今天，我們必須要尋求一條既提升人民物質(zhì)文化水平，又可持續(xù)發(fā)展的道路。在古代人們便想到了太陽光能與風(fēng)能的利用，近代的科學(xué)家又分別發(fā)明制造了太陽能電池板、大型風(fēng)機(jī)以便將其最大化地利用。然而風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的研究卻是今年才被人廣泛提及。事實(shí)上，這兩者的結(jié)合利用有著得天獨(dú)厚的優(yōu)越性。風(fēng)能與太陽能的本質(zhì)是一樣的，二者都源自于太陽。地表對(duì)光照有著不同的吸收能力，又通過溫度差異導(dǎo)致空氣的對(duì)流。在白天光照強(qiáng)，溫差小，風(fēng)能少；晚上溫差大，風(fēng)能大。所以我們可以得到很直觀的體驗(yàn)：白天光強(qiáng)、晚上風(fēng)大；夏季光強(qiáng)、冬季風(fēng)大。為了維持電網(wǎng)負(fù)荷不變，風(fēng)電系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定、低電壓穿越能力、光伏電池的壽命都能得到保障，脫網(wǎng)事故也能在一定程度上避免。太陽能與風(fēng)能的這種匹配性使得風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電得到各國(guó)的青睞。

1.風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)發(fā)展歷史

最初的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)僅僅只是把風(fēng)電與光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)單的組合，這樣組合而成的發(fā)電系統(tǒng)不僅利用率低，發(fā)電系統(tǒng)故障與事故發(fā)生也接踵而至。隨著丹麥科學(xué)家N.E.Bush、美國(guó)科學(xué)家C.I.Aspliden、前蘇聯(lián)科學(xué)家N.Aksarni等人對(duì)大氣科學(xué)、概率統(tǒng)計(jì)、模糊控制等知識(shí)研究的深入，科學(xué)家不斷統(tǒng)計(jì)出近似的光能-風(fēng)能潛力的估計(jì)值，在理論上為風(fēng)光互補(bǔ)的應(yīng)用提供了有力保障。其發(fā)電系統(tǒng)也逐步從科學(xué)實(shí)驗(yàn)室投入到實(shí)際應(yīng)用。

2.風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

目前在國(guó)外，隨著風(fēng)光互補(bǔ)的深入研究，成果顯著，包括基于風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)地系統(tǒng)優(yōu)化軟件的開發(fā)、仿真運(yùn)行軟件的開發(fā)等等。能實(shí)現(xiàn)包括實(shí)時(shí)高精確度仿真運(yùn)行、負(fù)載特性描述以及太陽輻射數(shù)據(jù)顯示等實(shí)用重要功能。

我國(guó)風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)還處于起步階段，但發(fā)展迅猛。其主要制約因素還是資金缺乏，主要應(yīng)用在邊遠(yuǎn)通信的中繼站、地址勘探考察基地、農(nóng)牧民、邊防等領(lǐng)域。規(guī)模較小?？蒲性核难芯恳矁H限于電壓穩(wěn)定的控制優(yōu)化、設(shè)備仿真等方面。

我國(guó)的風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)主要仍采用最基本的發(fā)電系統(tǒng)。主要包括光伏電池、風(fēng)機(jī)、控制器、逆變器、蓄電池、支撐設(shè)備等。主要發(fā)電原理是：在光照充足的時(shí)候，光伏電板組件產(chǎn)生直流電，風(fēng)機(jī)產(chǎn)生少許交流電，二者通過整流，用控制器加以控制一部分對(duì)負(fù)載供電，一部分對(duì)蓄電池充電備用。在夜間或冬季時(shí)，則通過風(fēng)機(jī)與蓄電池的電能逆變供交流負(fù)載使用。目前其主要仍應(yīng)用在孤島式電力系統(tǒng)中，很少應(yīng)用于并網(wǎng)。城市里主要將風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用在城市路燈或燈景中。

2000年，我國(guó)長(zhǎng)江源自然保護(hù)站安裝了一套1000W/400Wp的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)，為一次重要的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電應(yīng)用實(shí)例。2004年華能集團(tuán)54MW/100kWp的大型風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電廠并入10kV的當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)，這標(biāo)志著我國(guó)開創(chuàng)了大型風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)投產(chǎn)的先河，也是第一個(gè)正式商業(yè)化運(yùn)營(yíng)的風(fēng)光互補(bǔ)的發(fā)電系統(tǒng)。風(fēng)光系統(tǒng)的投入運(yùn)營(yíng)帶來了較好的經(jīng)濟(jì)效益與巨大的社會(huì)推動(dòng)力。隨著國(guó)務(wù)院公布的21世紀(jì)發(fā)展計(jì)劃中明確了發(fā)展太陽能、風(fēng)能聯(lián)合發(fā)展的戰(zhàn)略之后，中國(guó)的風(fēng)光互補(bǔ)事業(yè)有了決策上的方向。

3.風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

風(fēng)光互補(bǔ)優(yōu)點(diǎn)眾多，除了上文所述的穩(wěn)定輸出、降低低電壓穿越能力設(shè)備負(fù)擔(dān)，提高供電可靠性的優(yōu)點(diǎn)之外，相對(duì)于單一的光伏發(fā)電，它還可以大大降低蓄電池的儲(chǔ)電容量。電能具有不能大量?jī)?chǔ)存的基本特點(diǎn)，風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電也從真正意義上將蓄電池電能的存儲(chǔ)變成了電能的中繼，從側(cè)面降低了成本。并且對(duì)風(fēng)力發(fā)電與光伏發(fā)電進(jìn)行實(shí)地與理論上的匹配之后，供電充足，基本上可以保證一個(gè)完整系統(tǒng)的電力供應(yīng)，而無需其他設(shè)備。因而，設(shè)計(jì)電網(wǎng)時(shí)，有時(shí)可以不必考慮如分布式發(fā)電一樣的并網(wǎng)難題，無需配備其他電源。

4.風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)的展望與建議

我們可以將風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電看成是一次資源的高效利用與優(yōu)化配置?？紤]到優(yōu)化與節(jié)能，并且是牽涉到新能源方面，因而這絕不是電力系統(tǒng)一個(gè)方面的知識(shí)可以解決的問題。如果要想讓我國(guó)的風(fēng)光發(fā)電事業(yè)得到發(fā)展，我們要在氣象、勘測(cè)、數(shù)學(xué)等多方面取得突破，方能為此廣泛應(yīng)用取得有力保障。此外，除了降低能源成本，我們還可以通過對(duì)發(fā)電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)運(yùn)行特性進(jìn)行研究，以提高效率，降低運(yùn)行成本，提高發(fā)電質(zhì)量。以進(jìn)一步拓寬運(yùn)營(yíng)領(lǐng)域，聯(lián)合微電網(wǎng)與智能電網(wǎng)。為早日實(shí)現(xiàn)可再生能源的大規(guī)模應(yīng)用做好準(zhǔn)備。

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