分析風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電的現(xiàn)狀和未來發(fā)展

賈磊

（國(guó)家電投集團(tuán)內(nèi)蒙古新能源有限公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000）

現(xiàn)如今時(shí)代人們的生活已經(jīng)與用電不可分離，而能源是發(fā)電的主要工具，對(duì)傳統(tǒng)能源的過度開發(fā)和利用已經(jīng)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生了極大的損害，可再生能源的開發(fā)和利用是迫切和必要的，現(xiàn)在正處在轉(zhuǎn)型的過渡時(shí)期也是關(guān)鍵時(shí)期，快速建立以可再生綠色能源為主的能源結(jié)構(gòu)是后幾十年的發(fā)展方向。在目前開發(fā)的可再生能源中，風(fēng)能和太陽能已經(jīng)成為新能源領(lǐng)域的領(lǐng)跑者，結(jié)合現(xiàn)有兩種技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的兩種能源，進(jìn)行風(fēng)光配合互補(bǔ)發(fā)電是現(xiàn)如今最好的解決方法。

一、風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)及工作原理

（一）風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)

風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)是一種將風(fēng)能和太陽能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，是由風(fēng)力發(fā)電機(jī)與太陽能電池組成的聯(lián)合供電系統(tǒng)。風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)主要由風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、太陽能光伏板、控制器、蓄電池、逆變器、卸荷器、交流（直流）負(fù)載等部分組成。該系統(tǒng)是集風(fēng)能、太陽能及蓄電池等多種能源發(fā)電技術(shù)及系統(tǒng)智能控制技術(shù)為一體的復(fù)合可再生能源發(fā)電系統(tǒng)。

（二）工作原理及過程

風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)的工作原理是風(fēng)力發(fā)電原理和太陽能光伏發(fā)電原理的結(jié)合。風(fēng)力發(fā)電原理是利用自然風(fēng)作為動(dòng)力，風(fēng)輪吸收風(fēng)的能量帶動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能，經(jīng)控制器的整流，穩(wěn)壓作用，把交流電轉(zhuǎn)換為直流電，向蓄電池組充電并儲(chǔ)存電能;太陽能光伏發(fā)電原理是利用光伏效應(yīng)將太陽能直接轉(zhuǎn)化為直流電，供負(fù)載使用或貯存于蓄電池內(nèi)備用。根據(jù)風(fēng)力和太陽輻射的變化情況，風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)可分為以下三種運(yùn)行模式:風(fēng)力發(fā)電機(jī)組獨(dú)自向負(fù)載供電；太陽能光伏系統(tǒng)獨(dú)自向負(fù)載供電；風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和太陽能光伏系統(tǒng)聯(lián)合向負(fù)載供電。

在不同的氣候條件下，風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)有以下四種工作狀態(tài)；晴天時(shí)太陽能光伏板工作，產(chǎn)生電能；風(fēng)力夠強(qiáng)時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作，產(chǎn)生電能；有風(fēng)的晴天，風(fēng)力發(fā)電機(jī)和太陽能光伏板同時(shí)工作，產(chǎn)生電能；當(dāng)碰上即無風(fēng)又無陽光的天氣，該系統(tǒng)則使用蓄電池內(nèi)原來已經(jīng)儲(chǔ)存下來的電能。

二、風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行結(jié)構(gòu)

（一）風(fēng)力發(fā)電機(jī)組

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)中風(fēng)能的吸收和轉(zhuǎn)化設(shè)備。

1.風(fēng)力機(jī)類型。作為風(fēng)能接收裝置的風(fēng)力機(jī)，自古以來就有多種形式，特別是在近代得到了很大的發(fā)展。其分類方法有兩種：第一，以接受風(fēng)能的形式可以分為升為式和阻力式；第二，以風(fēng)輪回轉(zhuǎn)軸的方向，可以分為豎直軸式和水平軸式。

2.風(fēng)力機(jī)工作特性。風(fēng)力機(jī)起動(dòng)時(shí)，需要一定的力距來克服其內(nèi)部的摩擦力，這一力距稱作風(fēng)力機(jī)的起動(dòng)力矩。起動(dòng)力距與風(fēng)力機(jī)本身傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的摩擦阻力有關(guān)，因此風(fēng)力機(jī)有一個(gè)最低的工作風(fēng)速，只有風(fēng)速大于最低的工作風(fēng)速時(shí)風(fēng)力機(jī)才能工作。

3.風(fēng)電機(jī)組的工作方式?？捎糜陲L(fēng)力發(fā)電的變速恒頻發(fā)電方式有多種。如交流/直流/交流系統(tǒng)、磁場(chǎng)調(diào)制發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、交流勵(lì)磁雙饋發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、無刷雙饋發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、爪極式發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、開關(guān)磁階發(fā)電機(jī)系統(tǒng)等。

（二）光伏陣列

1.光伏陣列。是多片光伏模組的連接，也是更多光伏電池的連接，光伏陣列是最大規(guī)模的光伏發(fā)電系統(tǒng)。

2.光伏陣列工作原理。太陽能電池透過光生伏特效應(yīng)可以將太陽光能轉(zhuǎn)化成直流電能，但一塊光伏模組（光伏板）能夠產(chǎn)生的電流不夠一般住宅使用，所以將數(shù)塊光伏模組連接在一起而形成了陣列。

三、風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用前景及存在的問題

我國(guó)的光能、風(fēng)能資源相對(duì)較為豐富且沒有地域限制，這些典型特點(diǎn)促使了風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)與遠(yuǎn)離電網(wǎng)覆蓋范圍且用電量相對(duì)較小的偏遠(yuǎn)地區(qū)天然適配。同時(shí)，風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)在提高居民生活質(zhì)量和促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展等方面能起到較為明顯的積極作用。風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電技術(shù)應(yīng)優(yōu)先投入到滿足偏遠(yuǎn)地區(qū)居民生活和工業(yè)生產(chǎn)用電需求上。我國(guó)中西部偏遠(yuǎn)地區(qū)的人口基數(shù)較高，經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對(duì)滯后，不能用電的人數(shù)占比較大?？紤]到現(xiàn)實(shí)經(jīng)濟(jì)投入因素，全部靠電網(wǎng)供電是不現(xiàn)實(shí)的。但是，中西部偏遠(yuǎn)地區(qū)擁有豐富的太陽能、風(fēng)能等可再生能源。充分開發(fā)利用這些可再生能源，能夠有效解決當(dāng)?shù)氐挠秒婋y題。其次，風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電技術(shù)也可應(yīng)用到路燈照明系統(tǒng)。應(yīng)用了風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電技術(shù)的路燈照明系統(tǒng)依靠太陽能、風(fēng)能等再生能源供電，無需增設(shè)傳統(tǒng)電力線路，不接入當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)，有著廣闊的應(yīng)用前景。最后，風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電技術(shù)能夠用來為高速公路設(shè)備提供電力供應(yīng)。以高速公路的道路監(jiān)控?cái)z像機(jī)為例，道路監(jiān)控?cái)z像機(jī)一般用來監(jiān)控交通狀況，必須全天24小時(shí)保持工作狀態(tài)，需要消耗的電能較大，線纜費(fèi)用高且易被偷盜。風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電技術(shù)利用太陽能、風(fēng)能等再生能源，能夠全天對(duì)高速公路設(shè)備進(jìn)行供電且無需鋪設(shè)傳統(tǒng)線纜，既滿足了高速公路設(shè)備的電力需求，還解決了線纜被盜等的問題。

盡管風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)由于清潔環(huán)保、能源豐富等優(yōu)勢(shì)而具有較大的應(yīng)用前景，但是限于技術(shù)發(fā)展和自然條件等情況，風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)也存在一些問題，主要有：

第一，風(fēng)能和太陽能是從自然界獲取的一次能源，在采集方面受氣象條件影響較大，而且能源加工轉(zhuǎn)換效率并不理想；

第二，風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)工作狀態(tài)較差時(shí)，會(huì)嚴(yán)重?fù)p耗蓄電池的使用壽命，導(dǎo)致系統(tǒng)故障，增加成本；

第三，需要對(duì)獨(dú)立電源功率進(jìn)行調(diào)整時(shí)，該系統(tǒng)容量的調(diào)節(jié)過程較為復(fù)雜，不便操作。

結(jié)束語：

總之，隨著風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電技術(shù)的不斷成熟以及產(chǎn)品的不斷升級(jí)換代，產(chǎn)品質(zhì)量和售后服務(wù)的不斷提高，同時(shí)在政府部門的關(guān)注重視和政策扶持下，風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電技術(shù)將在我國(guó)新農(nóng)村建設(shè)中發(fā)揮重要作用。