劉剛

摘要 從我國(guó)目前的新能源發(fā)電形勢(shì)來(lái)看，將風(fēng)能與光能綜合利用來(lái)發(fā)電能取得更高的效益。因?yàn)轱L(fēng)能發(fā)電與太陽(yáng)能發(fā)電之間具有很強(qiáng)的互補(bǔ)性，所以向電網(wǎng)輸送的電能更加穩(wěn)定，并且風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電能大大降低綜合發(fā)電成本?；诖?，本文以內(nèi)蒙古為例，首先介紹了內(nèi)蒙古風(fēng)能與光能的資源優(yōu)勢(shì)，然后引出一種風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)，并對(duì)此做了基本的原理介紹，最后詳細(xì)分析了內(nèi)蒙古地區(qū)風(fēng)能、光能資源的綜合利用模式。

關(guān)鍵詞 風(fēng)能；光能；風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電；內(nèi)蒙古

中圖分類號(hào) TK8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2095—6363（2016）12—0012—01

風(fēng)，是空氣對(duì)流所形成的，其本身攜帶著極大的能量。從根本上看，風(fēng)能其實(shí)是太陽(yáng)能的另一種體現(xiàn)，因?yàn)轱L(fēng)能實(shí)際上是由于太陽(yáng)光對(duì)地球表面的不均勻照射所引起的。風(fēng)能與太陽(yáng)能最顯著的特點(diǎn)便是廉價(jià)，并且儲(chǔ)量無(wú)限，目前被業(yè)內(nèi)人士看好的2種可再生能源。風(fēng)能、光能資源的綜合利用，簡(jiǎn)單地說(shuō)就是風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電，展現(xiàn)自身的優(yōu)點(diǎn)，來(lái)彌補(bǔ)對(duì)方的缺點(diǎn)。從現(xiàn)實(shí)的發(fā)電情況來(lái)看，單純的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)受日照影響較大，并且發(fā)電成本較高；而風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本較低，但輸出電能不穩(wěn)定。因此如何將兩者合理地綜合利用，是一個(gè)非常值得研究的課題。

1內(nèi)蒙古風(fēng)能與光能資源優(yōu)勢(shì)概況

總體來(lái)說(shuō)，內(nèi)蒙古地區(qū)的風(fēng)能以及太陽(yáng)能資源都十分豐富。一年四季的氣候大多為干旱少雨的氣候，并且日照非常充足，因此太陽(yáng)能資源足夠豐富。根據(jù)過(guò)往內(nèi)蒙古自治區(qū)的氣象數(shù)據(jù)顯示，一年內(nèi)太陽(yáng)輻射的變化呈現(xiàn)出正弦函數(shù)規(guī)律，即太陽(yáng)能資源在夏半年最豐富，而在冬半年相對(duì)較少。除此之外，資料顯示內(nèi)蒙古自治區(qū)的風(fēng)能資源占全國(guó)總風(fēng)力資源的40%，居全國(guó)首位，可見風(fēng)能的利用價(jià)值十分可觀。

2風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的組成和原理

風(fēng)力發(fā)電，就是將風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為風(fēng)車葉片的旋轉(zhuǎn)機(jī)械能，并通過(guò)增速機(jī)提速來(lái)發(fā)電，根據(jù)發(fā)電機(jī)運(yùn)行方式的不同，可以將風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)分為2種：恒速恒頻發(fā)電與變速恒頻發(fā)電。太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的核心是太陽(yáng)能電池陣列，太陽(yáng)能電池中所采用的半導(dǎo)體材料能夠直接將太陽(yáng)能輻射轉(zhuǎn)換為電能，除太陽(yáng)能電池之外，逆變器、控制器以及蓄電池等也是太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)必不可少的組成部分。

風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)，即將風(fēng)力發(fā)電與太陽(yáng)能電池發(fā)電有機(jī)結(jié)合，從而形成一個(gè)聯(lián)合供電系統(tǒng)，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。由圖可知，該系統(tǒng)主要由風(fēng)力發(fā)電機(jī)、整流器（針對(duì)風(fēng)力發(fā)電不穩(wěn)定性而設(shè)）、太陽(yáng)能電池陣列以及蓄電池等部分組成。首先將2種發(fā)電形式所輸出的電能儲(chǔ)存于蓄電池中，當(dāng)接入直流負(fù)載時(shí)，電能直接通過(guò)控制器輸送于負(fù)載中；當(dāng)接入交流負(fù)載時(shí)，直流電需要通過(guò)逆變器轉(zhuǎn)換為交流電之后再輸出。

3內(nèi)蒙古風(fēng)能、光能資源的綜合利用路徑選擇

3.1并網(wǎng)發(fā)電和主電網(wǎng)配套發(fā)展模式

整個(gè)內(nèi)蒙古地區(qū)的風(fēng)能資源主要存在于西部地區(qū)和中部地區(qū)，其中又屬西部地區(qū)的風(fēng)能資源最大，從現(xiàn)有技術(shù)來(lái)看，中西部地區(qū)可供開發(fā)的風(fēng)能資源儲(chǔ)量總共為5000萬(wàn)kW左右。不管是從前期開發(fā)成本來(lái)看，還是后期的運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本來(lái)看，風(fēng)力發(fā)電都屬于較為經(jīng)濟(jì)的發(fā)電方式，但是風(fēng)力發(fā)電同太陽(yáng)能發(fā)電類似，間歇性與波動(dòng)性是其固有特性，容易形成非穩(wěn)定電源，對(duì)電網(wǎng)有一定的沖擊作用，影響電源電壓、頻率電能質(zhì)量以及繼電保護(hù)等，這些有害影響是阻礙風(fēng)力發(fā)電與太陽(yáng)能發(fā)電并網(wǎng)最主要的因素。

風(fēng)力發(fā)電站與太陽(yáng)能發(fā)電站的建設(shè)場(chǎng)地在很大程度上取決于電網(wǎng)，內(nèi)蒙古中西部地區(qū)的電網(wǎng)較為完善，但該地區(qū)距離電力負(fù)荷中心較遠(yuǎn)，因此要發(fā)展相應(yīng)的地區(qū)電網(wǎng)，以方便電力的輸送。當(dāng)要大規(guī)模發(fā)展風(fēng)能發(fā)電與太陽(yáng)能發(fā)電時(shí)，現(xiàn)有的主電網(wǎng)很可能不能完全接受規(guī)模擴(kuò)大后的風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電接入，此時(shí)便需要建設(shè)與之配套的高電壓電網(wǎng)，形成并網(wǎng)發(fā)電和主電網(wǎng)配套發(fā)展的模式，為風(fēng)力發(fā)電站、太陽(yáng)能發(fā)電站的建設(shè)與電力輸出提供保障。

3.2并網(wǎng)發(fā)電和其他電源同步發(fā)展模式

就內(nèi)蒙古中西部地區(qū)的現(xiàn)有發(fā)展情況來(lái)看，風(fēng)能發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電并網(wǎng)與其他電源同步發(fā)展的模式是目前為止的最佳選擇方案。其他非風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電的電力資源（比如火力發(fā)電和水力發(fā)電等）的建設(shè)能大大提高電網(wǎng)的調(diào)峰能力，減小不穩(wěn)定電能對(duì)電網(wǎng)的沖擊作用，保障電網(wǎng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行。

3.3風(fēng)光互補(bǔ)型發(fā)電模式

首先，就時(shí)間上而言，風(fēng)力發(fā)電與太陽(yáng)能發(fā)電之間具有非常強(qiáng)的互補(bǔ)性，白天的太陽(yáng)光輻射最強(qiáng)，此時(shí)風(fēng)力較小，夜晚由于地表的溫度差異加大了風(fēng)力。夏天風(fēng)力弱但太陽(yáng)輻射很強(qiáng)，冬天太陽(yáng)輻射雖弱但風(fēng)力較強(qiáng)，因此風(fēng)光互補(bǔ)型發(fā)電模式在時(shí)間上具有優(yōu)良的匹配性能。其次，在發(fā)電成本上，由于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)與太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)都需要蓄電池組和逆變器設(shè)備，因此二者可以通用，從而降低二者的開發(fā)成本，根據(jù)相關(guān)資料顯示，當(dāng)發(fā)電容量相等時(shí)，風(fēng)光互補(bǔ)型電站的建設(shè)成本比光伏電站的建設(shè)成本低10%?？傮w來(lái)說(shuō)，風(fēng)光互補(bǔ)型發(fā)電系統(tǒng)對(duì)資源的利用率較高，并且其產(chǎn)生的電能大大滿足了人們的生產(chǎn)以及生活需求，同時(shí)這種發(fā)電模式所輸出的電能更加穩(wěn)定，是一種環(huán)境友好型發(fā)電模式。

3.4綜合應(yīng)用模式

隨著建設(shè)社會(huì)主義新農(nóng)村步伐的推進(jìn)，可以帶動(dòng)居民小區(qū)的建立，從而在居住人群較為集中的小區(qū)或者鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)建設(shè)一種風(fēng)能、太陽(yáng)能綜合應(yīng)用分布式發(fā)展的能源利用模式。該電能供應(yīng)模式最大的優(yōu)點(diǎn)便是靠近用戶，從而可以根據(jù)用戶的負(fù)荷情況以及當(dāng)?shù)氐馁Y源條件來(lái)合理調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)電容量，并逐步實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)下能源的梯級(jí)利用。除此之外，該分布式能源發(fā)電方式適合于地廣人稀的山區(qū)以及農(nóng)村等地，因?yàn)檫@部分地區(qū)很難建設(shè)大型的風(fēng)能發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)，分布式發(fā)電模式可以有效解決偏遠(yuǎn)地區(qū)的生產(chǎn)和生活用電。分布式發(fā)電的建設(shè)周期較短，規(guī)模較小，因此成本較低、維修簡(jiǎn)單。因?yàn)榭拷?fù)荷區(qū)，所以電能的輸送損失較小，對(duì)能源的利用率較高。將來(lái)電網(wǎng)擴(kuò)容時(shí)，還可以采取單機(jī)分散并網(wǎng)的措施。

另外，被動(dòng)式太陽(yáng)房的建設(shè)也是一種能源的綜合利用方式，選用當(dāng)?shù)氐乃槭?，沙子等作為建筑材料，可大大降低建設(shè)成本；或者建設(shè)中小型風(fēng)能、太陽(yáng)能發(fā)電站，以滿足當(dāng)?shù)赜脩舻恼彰?、取暖、做飯等生活用電；在有條件的小區(qū)內(nèi)安裝太陽(yáng)能熱水器、太陽(yáng)灶等太陽(yáng)能應(yīng)用產(chǎn)品，還可以增加生物質(zhì)能的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)各種可再生資源的綜合利用。

4結(jié)論

毫無(wú)疑問(wèn)，風(fēng)光互補(bǔ)的發(fā)電方式能在很大程度上提高發(fā)電系統(tǒng)的綜合效益，相互之間的優(yōu)勢(shì)可以彌補(bǔ)對(duì)方的不足之處，比如風(fēng)力發(fā)電的造價(jià)低，而太陽(yáng)能發(fā)電的穩(wěn)定性較高。如此看來(lái)，二者的有機(jī)結(jié)合具有非常大的發(fā)展前景，風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的普及將是大勢(shì)所趨。endprint