裴文杰

摘要：我國土地面積遼闊，自然資源優(yōu)勢明顯。在新世紀出現(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，風能、太陽能這兩大方面的能源最具開發(fā)潛力，風與光又有著互補優(yōu)勢。近十年來，世界風光發(fā)電總功率成指數(shù)規(guī)律上升，各國都已將風光互補技術(shù)的發(fā)展列為能源利用重點研究課題。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，此類應用大打折扣。而我國資源與國情正好與這一領(lǐng)域的應用相適應，風光互補系統(tǒng)將對中國的發(fā)展起到長遠影響。

關(guān)鍵詞：新能源 風光互補發(fā)電 光伏發(fā)電

我國電力事業(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能的利用，近代的科學家又分別發(fā)明制造了太陽能電池板、大型風機以便將其最大化地利用。然而風光互補發(fā)電系統(tǒng)的研究卻是今年才被人廣泛提及。事實上，這兩者的結(jié)合利用有著得天獨厚的優(yōu)越性。風能與太陽能的本質(zhì)是一樣的，二者都源自于太陽。地表對光照有著不同的吸收能力，又通過溫度差異導致空氣的對流。在白天光照強，溫差小，風能少；晚上溫差大，風能大。所以我們可以得到很直觀的體驗：白天光強、晚上風大；夏季光強、冬季風大。為了維持電網(wǎng)負荷不變，風電系統(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。太陽能與風能的這種匹配性使得風光互補發(fā)電得到各國的青睞。

1.風光互補系統(tǒng)發(fā)展歷史

最初的風光互補發(fā)電系統(tǒng)僅僅只是把風電與光伏發(fā)電系統(tǒng)進行簡單的組合，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。隨著丹麥科學家N.E.Bush、美國科學家C.I.Aspliden、前蘇聯(lián)科學家N.Aksarni等人對大氣科學、概率統(tǒng)計、模糊控制等知識研究的深入，科學家不斷統(tǒng)計出近似的光能-風能潛力的估計值，在理論上為風光互補的應用提供了有力保障。其發(fā)電系統(tǒng)也逐步從科學實驗室投入到實際應用。

2.風光互補系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

目前在國外，隨著風光互補的深入研究，成果顯著，包括基于風光互補發(fā)地系統(tǒng)優(yōu)化軟件的開發(fā)、仿真運行軟件的開發(fā)等等。能實現(xiàn)包括實時高精確度仿真運行、負載特性描述以及太陽輻射數(shù)據(jù)顯示等實用重要功能。

我國風光互補發(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，主要應用在邊遠通信的中繼站、地址勘探考察基地、農(nóng)牧民、邊防等領(lǐng)域。規(guī)模較小。科研院所的研究也僅限于電壓穩(wěn)定的控制優(yōu)化、設(shè)備仿真等方面。

我國的風光互補系統(tǒng)主要仍采用最基本的發(fā)電系統(tǒng)。主要包括光伏電池、風機、控制器、逆變器、蓄電池、支撐設(shè)備等。主要發(fā)電原理是：在光照充足的時候，光伏電板組件產(chǎn)生直流電，風機產(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負載供電，一部分對蓄電池充電備用。在夜間或冬季時，則通過風機與蓄電池的電能逆變供交流負載使用。目前其主要仍應用在孤島式電力系統(tǒng)中，很少應用于并網(wǎng)。城市里主要將風光互補發(fā)電系統(tǒng)應用在城市路燈或燈景中。

2000年，我國長江源自然保護站安裝了一套1000W/400Wp的風光互補發(fā)電系統(tǒng)，為一次重要的風光互補發(fā)電應用實例。2004年華能集團54MW/100kWp的大型風光互補發(fā)電廠并入10kV的當?shù)仉娋W(wǎng)，這標志著我國開創(chuàng)了大型風光互補發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)投產(chǎn)的先河，也是第一個正式商業(yè)化運營的風光互補的發(fā)電系統(tǒng)。風光系統(tǒng)的投入運營帶來了較好的經(jīng)濟效益與巨大的社會推動力。隨著國務院公布的21世紀發(fā)展計劃中明確了發(fā)展太陽能、風能聯(lián)合發(fā)展的戰(zhàn)略之后，中國的風光互補事業(yè)有了決策上的方向。

3.風光互補系統(tǒng)的優(yōu)點

風光互補優(yōu)點眾多，除了上文所述的穩(wěn)定輸出、降低低電壓穿越能力設(shè)備負擔，提高供電可靠性的優(yōu)點之外，相對于單一的光伏發(fā)電，它還可以大大降低蓄電池的儲電容量。電能具有不能大量儲存的基本特點，風光互補發(fā)電也從真正意義上將蓄電池電能的存儲變成了電能的中繼，從側(cè)面降低了成本。并且對風力發(fā)電與光伏發(fā)電進行實地與理論上的匹配之后，供電充足，基本上可以保證一個完整系統(tǒng)的電力供應，而無需其他設(shè)備。因而，設(shè)計電網(wǎng)時，有時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.風光互補系統(tǒng)的展望與建議

我們可以將風光互補發(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)一個方面的知識可以解決的問題。如果要想讓我國的風光發(fā)電事業(yè)得到發(fā)展，我們要在氣象、勘測、數(shù)學等多方面取得突破，方能為此廣泛應用取得有力保障。此外，除了降低能源成本，我們還可以通過對發(fā)電系統(tǒng)的動態(tài)運行特性進行研究，以提高效率，降低運行成本，提高發(fā)電質(zhì)量。以進一步拓寬運營領(lǐng)域，聯(lián)合微電網(wǎng)與智能電網(wǎng)。為早日實現(xiàn)可再生能源的大規(guī)模應用做好準備。

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