探討風光柴互補供電方案的應用

鄭顥軒，江毅

（中交第二航務工程勘察設計院有限公司，武漢430070）

1 風力發(fā)電模塊

由于許多偏遠地區(qū)電網(wǎng)還沒有被普及，所以大多數(shù)會選擇柴油發(fā)電，但是這種發(fā)電模式會導致發(fā)電的成本和燃料會逐年升高。因此，有些貧困地區(qū)會限制電量的供應，難以24h持續(xù)供電，這對地區(qū)的發(fā)展產(chǎn)生了不利影響。我國地域廣闊，每個地區(qū)的自然環(huán)境和氣候不盡相同，對于日照時間長或者風力能源強的地區(qū)，采用自然發(fā)電模式不僅可以有效地緩解能源發(fā)電的問題，同時也減少了傳統(tǒng)能源轉化時的浪費和消耗。

1.1 風力電池儲存的更新

通過風能進行發(fā)電并且使用電池進行電能儲存是比較常見、簡便的電力存儲方法。其主要工作流程是依靠中型或者小型的風力發(fā)電設備進行獨立的運作，通過連接的電池儲存能量，從而達到電力補償和運用的目的。當下對于風力電池的材質通常會選擇含有鉛材質的酸性電池、釩品質電池、鎘鎳類型的電池以及常見的鋰電池等，這些種類的電池具有穩(wěn)定、安全、造價低等優(yōu)點，可以有效地儲存風力電能保障人們的正常用電[1]。

1.2 飛輪儲能技術

對于需要大面積供電的地區(qū)單純地利用電池儲存電能已經(jīng)不能滿足供給，所以改良風力發(fā)電設備是技術突破的重點。隨著社會技術的革新，飛輪儲能技術不斷被完善并且逐漸應用在發(fā)電設備中。在風力發(fā)電中飛輪設備的總體容量較小、自身儲存能量的時間較短，適合搭配大型的發(fā)電設備共同運作。在日常的發(fā)電工作中，通過在發(fā)電設備和風力設備之間加裝飛輪技術，設備開啟時飛輪設備快速旋轉并且開始儲存慣性的動能，如果遇到風力降低并且不足以帶動風力設備時，飛輪所儲存的動能會由于慣性的轉動產(chǎn)生能量帶動發(fā)電設備從而使得風力設備進行轉動產(chǎn)生能量并且轉化為電力能量，保證電力能量的日常使用，比如，中交二航院在測試風能發(fā)電時，利用飛輪設備中高速飛輪和低速飛輪為基礎對于飛輪技術進行全面的剖析，總結出飛輪在日常工作中的3種常見的工作狀態(tài)：工作中的充電狀態(tài)、低能源時開啟釋放電能狀態(tài)以及待機狀態(tài)。通過與發(fā)電設備和風力設備的相配合達到日常工作中3種狀態(tài)的有效切換，保證正常供電。

2 太陽能發(fā)電模塊

2.1 太陽能光伏發(fā)電

光伏發(fā)電技術是利用陽光的照射將光源輻射通過設備轉化為電力能源的技術，當太陽光照射到導體設備上時，少量的光源被導體反射，其他光源被導體內部吸收使得陽光內的光子元素與導體的電子元件產(chǎn)生反應，發(fā)生劇烈碰撞，產(chǎn)生電能。

2.2 太陽能光熱發(fā)電

太陽能的光熱發(fā)電是根據(jù)集中光能的形式進行區(qū)分，分為傳統(tǒng)的平板模式、集中光源的寶塔模式等。在日常電能運作中，通過專業(yè)設備將陽光進行聚集，以電光源或者線性光源的形式產(chǎn)生熱能，通過熱能設備對產(chǎn)生的熱能進行有效收集并且通過傳送設備進行快速傳送從而生成水蒸氣，以達到帶動蒸汽車輪設備進行發(fā)電的目的，最終產(chǎn)生電能以供正常用電。

3 柴油發(fā)電模塊

3.1 柴油發(fā)電設備的選用

柴油發(fā)電設備因其操作簡潔、成本便宜、電能運轉速度快等優(yōu)點被廣泛應用于我國偏遠地區(qū)。柴油發(fā)電設備適用行業(yè)十分廣泛，除了政府相關的發(fā)電需求，對于農業(yè)、礦產(chǎn)業(yè)、制造業(yè)等相關行業(yè)柴油發(fā)電設備的影響也極其深遠。同時，柴油發(fā)電還可以輔助城市內部的突發(fā)電能情況，比如，城市電路突然被損壞出現(xiàn)市區(qū)局部停電，對于重要的生產(chǎn)行業(yè)或者運輸行業(yè)政府可以臨時啟用柴油發(fā)電設備進行小范圍的集中供電，使相關企業(yè)的損失降到最低。

3.2 自動控制技術的特點

自動控制技術的特點包括：

1）技術可靠性高。自動控制技術有效地保障了柴油發(fā)電設備在日常工作中的供電運作，一定程度上降低了人為操作帶來的失誤率。在設備運作時，自動控制系統(tǒng)不僅可以對發(fā)電結構進行監(jiān)督和調節(jié)，在突發(fā)情況或者設備故障時，自動控制系統(tǒng)可以及時地進行故障檢查，防止設備的進一步損壞。

2）人力投入降低。所有企業(yè)和機構在運作時依靠的是人力的支持，但是人力過多地介入會導致失誤可能性的增加。針對這一現(xiàn)象，企業(yè)加大自動控制技術的運用可以在突發(fā)事件出現(xiàn)后，立刻自動切換線路，保障電力系統(tǒng)的正常運作。由于柴油發(fā)電設備工作環(huán)境的特殊性，對員工的身體健康有很大的影響，引入自動控制系統(tǒng)可以有效地保障員工的身體健康，提升企業(yè)整體員工的身體素質水平。

4 風光柴互補供電集成系統(tǒng)

4.1 存儲電能系統(tǒng)

相較于柴油發(fā)電，風力發(fā)電和太陽能發(fā)電還存在著發(fā)電穩(wěn)定性不足的現(xiàn)實情況。因此，日常發(fā)電中存在發(fā)電電能值波動的情況。為了保障電能的穩(wěn)定供應，儲存電能系統(tǒng)的建立至關重要。通過對風能和太陽能所產(chǎn)生的電力資源進行收集和存儲，在電力資源供應不足的緊急情況下，能夠及時通過存儲電能系統(tǒng)進行發(fā)電補給，以滿足電力資源供應的現(xiàn)實需求。目前，存儲系統(tǒng)大多是以鉛質酸性電池作為電能存儲設備，鉛制酸性蓄電池能夠最大限度地將風力設備和太陽能設備所產(chǎn)生的電力能量轉化為化學能量進行儲存，并在需要電能補足時，能夠快速將轉化儲存的化學能量進行釋放并再次轉化為電力能量，進而實現(xiàn)電力資源的補給。

4.2 發(fā)電系統(tǒng)

風光柴互補發(fā)電系統(tǒng)是由風力發(fā)電和太陽能發(fā)電為主，結合柴油發(fā)電系統(tǒng)共同構成的。在日常運作中，風力發(fā)電系統(tǒng)和太陽能發(fā)電系統(tǒng)既可以各自獨立發(fā)電，也能夠根據(jù)供電需求，以混合模式進行共同發(fā)電，其實際發(fā)電模式是以區(qū)域內的用電需求和城市地區(qū)的自然環(huán)境共同決定的。從發(fā)電成本角度來說，太陽能發(fā)電系統(tǒng)所需要的成本要遠遠大于風力發(fā)電所需要的成本。因此，根據(jù)城市電能建設經(jīng)濟預算的現(xiàn)實需求，建設風力和太陽能相結合的混合發(fā)電系統(tǒng)不僅是保證電能供應的重要基礎，更是降低發(fā)電系統(tǒng)建設成本的重要途徑，能夠全面提升電力資源供應的安全性和穩(wěn)定性。

4.3 電力控制系統(tǒng)

對于電力系統(tǒng)而言，發(fā)電系統(tǒng)和儲存系統(tǒng)都是其重要組成部分，但在電力系統(tǒng)的運行中，控制系統(tǒng)也同樣具有重要意義，是保證其運行穩(wěn)定性的基礎所在?？刂葡到y(tǒng)的主要功能是對儲存系統(tǒng)中的電池進行實時監(jiān)測，并且結合區(qū)域內的用電情況和自然環(huán)境的風力變化進行自動化調整與控制。在風光柴互補供電系統(tǒng)建設中，控制系統(tǒng)是其核心因素，通過控制系統(tǒng)對儲存電池的平衡管理管理模式，保證了電池存儲電能以及釋放電能的穩(wěn)定性，延長電池的使用壽命，為整體電力系統(tǒng)提供科學化、穩(wěn)定化的安全控制保障。

5 結語

綜上所述，在現(xiàn)代電力系統(tǒng)建設中，風光柴互補發(fā)電系統(tǒng)的建立具有重要意義，不僅能夠充分提升發(fā)電系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，還能夠降低發(fā)電系統(tǒng)的運行成本，并通過科學化的電能儲備與釋放，充分滿足區(qū)域內的供電需求，為新時期的社會經(jīng)濟發(fā)展提供重要保障。