張海巖（大慶油田礦區(qū)服務(wù)事業(yè)部）

隨著人類社會(huì)的不停發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，人們生活水平的不斷提高，對(duì)物業(yè)管理及居民小區(qū)建設(shè)也有了更高要求，智能、環(huán)保、節(jié)能產(chǎn)品也越來(lái)越多的受到了人們的關(guān)注和青睞。隨著用電設(shè)備的大量增加，許多城市出現(xiàn)了供電緊張的局面，針對(duì)城市道路照明用電逐年上升，利用太陽(yáng)能和風(fēng)能新能源，可充分利用清潔能源，并能很好地解決偏遠(yuǎn)地區(qū)道路照明問(wèn)題。

大慶油田礦區(qū)服務(wù)事業(yè)部所屬168個(gè)小區(qū)和路燈4.09萬(wàn)盞（小區(qū)路燈2.55萬(wàn)盞，道路路燈1.54萬(wàn)盞，不含公園廣場(chǎng)燈4.73萬(wàn)盞）。目前，大慶市用電基本是火力發(fā)電，年發(fā)電火力6×108kW h，要消耗23.4×104t標(biāo)準(zhǔn)煤，耗水180×104t，同時(shí)，向空氣中排放45×104t二氧化碳、0.36×104t二氧化硫、0.27×104t二氧化氮、0.312×104t煙塵，嚴(yán)重浪費(fèi)資源，污染環(huán)境。

風(fēng)能和太陽(yáng)能是最常見的自然能源，晴天陽(yáng)光充足，而陰雨天則風(fēng)大，夏季陽(yáng)光照射強(qiáng)度高，而冬天刮風(fēng)天氣多。大慶市位于松嫩平原西部，市區(qū)年日照為2632.9h即109d，全市年均風(fēng)速3.8m/s，年風(fēng)速≥6級(jí)風(fēng)（10.8~13.8m/s）日數(shù)為30d。風(fēng)時(shí)數(shù)1800～2200h（即75~91 d），以上數(shù)據(jù)表明，大慶地區(qū)風(fēng)能與太陽(yáng)能互補(bǔ)可以為路燈、庭院燈提供充足的能量。

發(fā)展風(fēng)能、太陽(yáng)能供電，不僅可以節(jié)約常規(guī)能源，而且有利于環(huán)保，是國(guó)家政策鼓勵(lì)發(fā)展的方向，是改善能源結(jié)構(gòu)，減少環(huán)境污染的有效途徑之一；可以有效減少集團(tuán)電量消耗，降低運(yùn)行成本，為集團(tuán)創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

1 技術(shù)原理分析

1.1 風(fēng)光能互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)原理

風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)是由風(fēng)力發(fā)電機(jī)組配合太陽(yáng)能電池組件組成，通過(guò)專用的控制逆變器，將風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的低壓交流電整流成直流電，并與光伏電池組件輸出的直流電匯集在一起，充入蓄電池組，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓、蓄能和逆變?nèi)^(guò)程[1]，為用戶提供穩(wěn)定的電源（如圖1所示）。風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電具備了太陽(yáng)能產(chǎn)品和風(fēng)能產(chǎn)品的雙重優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)了風(fēng)能供電或太陽(yáng)能供電的單一性，采用世界上最為充足的兩種自然能源作為互補(bǔ)式供電系統(tǒng)，使供電系統(tǒng)更具安全性、保障性、可靠性。

圖1 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)示意圖

1.2 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)特點(diǎn)

風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)能充分利用大自然中的風(fēng)能和太陽(yáng)能資源，通過(guò)中小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)利用風(fēng)能發(fā)電，通過(guò)太陽(yáng)能電池板利用太陽(yáng)能發(fā)電，利用蓄電池儲(chǔ)存電能，它的優(yōu)勢(shì)在于晴天時(shí)太陽(yáng)能電池板為蓄電池充電，陰雨天時(shí)風(fēng)力機(jī)啟動(dòng)為蓄電池充電，能為用電系統(tǒng)提供足夠的能源保障。

由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)和太陽(yáng)能電池的充電特性不一樣，風(fēng)機(jī)的充電特性較快，光伏電池的充電特性較慢，而風(fēng)光互補(bǔ)充電對(duì)激活離子運(yùn)動(dòng)，防止蓄電池極板硫化有很大的好處，可以大大延長(zhǎng)蓄電池組的壽命。因此風(fēng)光互補(bǔ)路燈系統(tǒng)較之目前的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)而言，是新能源發(fā)電系統(tǒng)中最可靠的一種發(fā)電設(shè)計(jì)方案，亦是最能充分利用自然資源的一種方式。在同等的系統(tǒng)要求下，風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)的造價(jià)低于太陽(yáng)能系統(tǒng)，同時(shí)其穩(wěn)定性和可靠性卻高于太陽(yáng)能系統(tǒng)。

1.3 風(fēng)光互補(bǔ)庭院燈特點(diǎn)

1）庭院燈設(shè)置先進(jìn)的光控、時(shí)控開關(guān)裝置可根據(jù)要求定時(shí)開關(guān)。

2）光源選用大功率50 W （50顆粒，每個(gè)1 W）LED 燈新光源，具有亮度高、安裝簡(jiǎn)便、工作穩(wěn)定可靠、安裝維修方便、使用壽命長(zhǎng)、長(zhǎng)期回報(bào)率高等優(yōu)點(diǎn)，安裝支架根據(jù)需要量身定制。

3）每天可以亮燈8~10h，能夠在陰雨天氣的情況下保證庭院燈系統(tǒng)正常工作2天以上。

2 技術(shù)實(shí)驗(yàn)與應(yīng)用

在大慶油田礦區(qū)服務(wù)事業(yè)部萬(wàn)方工程技術(shù)設(shè)計(jì)院原有庭院燈6盞，采用太陽(yáng)能電池單一供電方式，由于日照時(shí)間短以及陰雨天氣影響，太陽(yáng)能電池發(fā)電量不足，庭院燈照明時(shí)間短，無(wú)法滿足照明要求，我們結(jié)合實(shí)際情況對(duì)庭院燈供電系統(tǒng)、照明燈具、控制器進(jìn)行了改造。

2.1 單臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)帶動(dòng)6盞太陽(yáng)能庭院燈

選取院內(nèi)風(fēng)力資源較好的位置，安裝一臺(tái)500W 水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，通過(guò)電纜將風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的電能分配給6盞庭院燈，再將分配的電能與原有太陽(yáng)能電池產(chǎn)生的電能互補(bǔ)為庭院燈供電，此方式的優(yōu)點(diǎn)是：

1）可采用普通風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，投資較少。

2）可利用原庭院燈燈桿和基礎(chǔ)。

3）便于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安裝和維護(hù)。

缺點(diǎn)是：

1）需要開挖土方鋪設(shè)輸電線路。

2）風(fēng)力發(fā)電機(jī)組分別向6組蓄電池充電，充電可靠性差。

2.2 照明燈具更換

原有庭院燈采用低壓鈉燈為發(fā)光源，夜晚發(fā)光暗淡，無(wú)法滿足照明要求，將原有鈉燈更換為L(zhǎng)ED燈。LED 燈所產(chǎn)生的光譜中沒有紫外線、紅外線，沒有熱量和輻射，是典型的綠色照明光源，LED 燈高亮度、安全可靠、耗電低，相對(duì)于傳統(tǒng)鈉燈可節(jié)能50%以上，使用壽命長(zhǎng)，可達(dá)3×104h以上；燈罩采用高質(zhì)量鋼化玻璃LED 專用燈罩，具有良好的透光性和防塵防水性，見圖2、圖3。

圖2 改造前庭院燈圖

圖3 改造后庭院燈圖

2.3 智能控制

控制系統(tǒng)分兩部分，一部分是太陽(yáng)能控制器，一部分是風(fēng)機(jī)控制器。各自擁有獨(dú)立的控制箱。采用微電腦控制，每盞庭院燈各自獨(dú)立控制，采用光+時(shí)間控制方式，當(dāng)光照強(qiáng)度暗時(shí)控制器自動(dòng)啟動(dòng)庭院燈[2]；當(dāng)光線強(qiáng)度亮?xí)r控制器自動(dòng)關(guān)掉庭院燈，控制箱采用原有庭院燈底座控制箱；能源儲(chǔ)存利用原有150 A H/24 V 全封閉免維護(hù)鉛酸蓄電池組，儲(chǔ)存并釋放電能。

3 關(guān)鍵技術(shù)試驗(yàn)及難點(diǎn)

1）率先試驗(yàn)單臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)帶動(dòng)多盞太陽(yáng)能庭院燈方式，為以后項(xiàng)目開展提供決策參考。

2）試驗(yàn)采用大功率50 W （50顆粒，每個(gè)1 W）LED 燈，為L(zhǎng)ED 照明提高科學(xué)依據(jù)。

3）采用雙時(shí)段控制方式對(duì)照明時(shí)間進(jìn)行控制，保證了庭院燈在天黑后及天亮前設(shè)定的時(shí)間段內(nèi)開啟。

4）項(xiàng)目試驗(yàn)記錄。為了科學(xué)準(zhǔn)確的判定風(fēng)光互補(bǔ)庭院燈與普通太陽(yáng)能庭院燈的區(qū)別，將6盞庭院燈分成兩組，每組3盞，一組為太陽(yáng)能供電，另一組為風(fēng)能和太陽(yáng)能供電，經(jīng)過(guò)為期一個(gè)月的觀察檢測(cè)，得出了觀測(cè)數(shù)據(jù)見表1，為今后風(fēng)能和太陽(yáng)能的綜合利用提供了科學(xué)參考。

表1 風(fēng)光能互補(bǔ)庭院燈試驗(yàn)記錄

4 綜合效益分析

4.1 直接經(jīng)濟(jì)效益

節(jié)約電費(fèi)：通常小區(qū)道路照明采用250W 高壓鈉燈，平均每盞燈每年耗電成本為514元。

應(yīng)用風(fēng)與光能互補(bǔ)為庭院燈供電時(shí)，平均每年耗電成本為零元。

年可以節(jié)約電費(fèi)合計(jì)3084元

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，應(yīng)用250W 高壓鈉燈時(shí)，平均每盞每年維修成本為（5年內(nèi)）：600元左右。

應(yīng)用了50W LED 燈時(shí)，5年內(nèi)不發(fā)生維修成本。

年可節(jié)約維修成本3600元。

年經(jīng)濟(jì)效益合計(jì)：6684元。

4.2 社會(huì)效益

與傳統(tǒng)路燈相比，LED 風(fēng)光互補(bǔ)路燈具備以下優(yōu)勢(shì)：

節(jié)能減排，集約環(huán)保，無(wú)后期大量電費(fèi)支出。對(duì)比傳統(tǒng)路燈，風(fēng)光互補(bǔ)路燈利用自然中可再生的太陽(yáng)能和風(fēng)能，不消耗任何燃料，間接將排放空氣中的污染降低為零。對(duì)環(huán)境的保護(hù)不言而喻，同時(shí)也免除了后期大量電費(fèi)支出的成本。

免除電纜鋪線工程，無(wú)需大量供電設(shè)施建設(shè)。市電照明工程作業(yè)程序復(fù)雜，纜溝開挖、敷設(shè)暗管等基礎(chǔ)工程，需要大量人工。

同時(shí)，變壓器、配電柜、配電板等大量電氣設(shè)備，也要耗費(fèi)大量財(cái)力。風(fēng)光互補(bǔ)路燈則無(wú)需大量電氣設(shè)備，節(jié)省人力、財(cái)力。

5 結(jié)束語(yǔ)

目前，風(fēng)光互補(bǔ)燈主要適用于風(fēng)力資源豐富的廣場(chǎng)、寬敞的道路、寬大的庭院空地、道路監(jiān)控、電信基站、山區(qū)海島、林區(qū)防火、邊防哨所，鐵（公）路道班等無(wú)電、缺電地區(qū)的供電照明及倡導(dǎo)環(huán)保，為帥先使用綠色能源和新光源的單位。

隨著自然能源消耗的逐年增加，地球上常規(guī)能源的貯備越來(lái)越少，人類社會(huì)已經(jīng)面臨著能源枯竭的威脅，常規(guī)能源使用中造成的環(huán)境污染也給人類的未來(lái)生活環(huán)境罩上了一層陰影，未來(lái)我們面臨能源危機(jī)和環(huán)境危機(jī)，故而，推廣綠色能源是社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

[1]徐云,劉付平,賈平.節(jié)能照明系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)[M].北京:中國(guó)電力出版社,2010:106-108.

[2]陳凱,羅傳山.風(fēng)光互補(bǔ)路燈無(wú)線傳感器的應(yīng)用[J].能源研究與利用,2010(8):21-22.