張曉棟?烏云高娃

摘要：本課題主要研究如何設計改造和利用風光互補發(fā)電機組進行實體教學。由于現(xiàn)有風光互補實訓室設備多偏重于智能控制理論難度較高，實訓內(nèi)容缺少真正在牧區(qū)那種實用型簡易的風光互補設備;在實訓課中可以極大的培養(yǎng)鍛煉學生的動手能力，可以做到直接服務于客戶，對于小型家用的風光互補設備的推廣有著極大的推動效果。

關鍵詞：風光互補;培訓;實體教學

中圖分類號：G4 文獻標識碼：A

一、風光互補系統(tǒng)研究背景與意義

（一）資源利用的合理性

我國是世界上風能資源較為豐富的國家之一，主要分布在兩大風能地帶，內(nèi)蒙古、甘肅、新疆等北部和東南沿海及附近島嶼。2017年全球累計風電裝機容量排名中，中國仍位居全球第一，裝機容量188392MW，累計市場份額35%。2017年中國風電增速放緩，根據(jù)初步統(tǒng)計中國實現(xiàn)19.5GW裝機，而中國的減速被其他市場的增長彌補。全球市場2017年新增裝機52573MW，累計裝機容量達到539581MW。

特別是內(nèi)蒙古錫林郭勒盟風資源豐富，總蘊藏量高達5億KW以上，占全自治區(qū)總量約50%，占全國總量的約20%，可開發(fā)利用量超過5千KW，風能的品質(zhì)好，從而成就了錫林郭勒盟風電利用的獨特優(yōu)勢。

就內(nèi)蒙古錫林郭勒盟錫林浩特市而言，地處西風帶，受蒙古高氣壓和季風的影響，形成了風大、風多、風向穩(wěn)定的氣候特征，尤其春、秋兩季，極地干冷空氣侵襲頻繁，風速大，大風日多，近3年平均風速約為3.6m/s。風能利用的有效風速為3～20m/s，屬較豐富地區(qū)。

太陽能是地球上一切能源之來源。而我國處于北半球歐亞大陸的東部，地域遼闊，有著豐富的太陽能資源，但由于地理位置不同，太陽能的分布也有很大的區(qū)別，主要集中在青海、西藏、新疆、甘肅、寧夏和內(nèi)蒙古等地區(qū)。特別是在內(nèi)蒙古錫林郭勒盟太陽輻射年總量在515～615J/cm2，屬太陽能豐富地區(qū)。

農(nóng)牧民在其家中即可利用太陽能發(fā)電，以滿足生活所需。同樣以內(nèi)蒙古錫林郭勒盟錫林浩特地區(qū)為例，陽光充足，累年平均太陽輻射總量約為541.3kJ/cm2≥10℃有效積溫2500℃左右，太陽能資源比較豐富。錫林浩特地區(qū)近3年累年平均日照時數(shù)約2940.8h，累年平均日照百分率為66.5%，可見在該地區(qū)也比較適合建立光伏發(fā)電系統(tǒng)。風電場建設、并網(wǎng)發(fā)電、風電設備制造等領域成為熱點，對于風電人才的需求也快速增加，

隨著風電技術專業(yè)逐漸成熟，社會對專業(yè)人才的需求也在逐年遞增。本著主動適應區(qū)域、行業(yè)經(jīng)濟和社會發(fā)展的需要，為了實現(xiàn)提高教學質(zhì)量，切實改善實訓條件，培養(yǎng)“雙師型”教師隊伍，使實訓條件和實訓設施的質(zhì)量和數(shù)量以及師資水平充分滿足教學要求，逐步形成實訓內(nèi)容與實際生產(chǎn)零距離貼近的實訓模式，保證學生獲得足夠時間的、高質(zhì)量的實際動手能力訓練。

（二）緊密聯(lián)系本地氣候特點

小型家庭實用型風光互補設備的拆裝實體教學設備在內(nèi)蒙古高職院校一直是一個空缺，我們把經(jīng)過改造的牧區(qū)風光互補的設備不僅可以充實風電專業(yè)實訓教學設備，也可為相關企業(yè)員工或者農(nóng)牧區(qū)專業(yè)水平不是很高卻動手能力較強的急需學習風光互補安裝運行與調(diào)試的技能的人員，提供培訓條件。使他們經(jīng)過培訓完全可以勝任農(nóng)牧區(qū)一些小型風光設備的安裝與維護，并可以直接上崗，完成就業(yè)。

通過舊物利用和改造淘汰設備來開發(fā)新的實訓項目供高職院校學生學習與操作。我們擬將牧區(qū)收購回來的小型風光互補設備重新進行組裝，并在此基礎上進行優(yōu)化設計改進，可用于改善風電專業(yè)學生的實訓條件，提高教學質(zhì)量，還可以為農(nóng)牧民進行就業(yè)培訓，也可以為與我們內(nèi)蒙古的鄰居蒙古國人士進行培訓。

二、國內(nèi)外現(xiàn)階段研究狀況

1981年，丹麥的N.E.Busch和Kpllenbach 提出了太陽能和風能混合利用的技術問題。最初的風光互補發(fā)電系統(tǒng)只是將風力機和光伏組件進行簡單的組合。隨后美國的C.IAspliden研究了太陽能一風能混合轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的氣象問題;前蘇聯(lián)的N.Aksar ni等人根據(jù)概率原理， 統(tǒng)計出近似的太陽能一風能潛力的估計值，為風光互補發(fā)電系統(tǒng)的研究和利用提供了科學的數(shù)據(jù)支持;1982年，我國的余華揚等提出了太陽能一風能發(fā)電機的能量轉(zhuǎn)換裝置，風光互補發(fā)電系統(tǒng)的研究從此進入實際利用階段。

近年來，國內(nèi)外對風光互補發(fā)電系統(tǒng)的研究主要集中在系統(tǒng)的優(yōu)化設計和合理配置方面。在國內(nèi)，香港理工大學同中科院廣州能源所、半導體研究所合作提出了一整套利用CAD進行風光互補發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)化設計的方法，該方法采用了更精確地表征組件特性及評估實際獲得的風光資源的數(shù)學模型，找出以最小設備投資成本滿足用戶用電要求的系統(tǒng)配置。

華南理工大學設計了新型無刷雙饋發(fā)電機，并通過權值調(diào)節(jié)方式實現(xiàn)太陽能逆變器最優(yōu)功率傳輸。研究人員還對我國已有風光互補電站進行了研究分析，上海交通大學機械與動力工程學院對內(nèi)蒙古自治區(qū)錫林郭勒盟蘇尼特右旗牧區(qū)戶用型可再生能源發(fā)電系統(tǒng)（獨立風能、獨立太陽能和風光互補發(fā)電系統(tǒng)的統(tǒng)稱）的使用情況、牧民經(jīng)濟條件進行調(diào)查，分析了推廣戶用型可再生能源發(fā)電系統(tǒng)過程中所存在的問題及原因，指出系統(tǒng)仍需進一步優(yōu)化配置來提高整個系統(tǒng)的使用可靠性。

以上的研究項目大部分都趨向于提高風光互補系統(tǒng)的發(fā)電效率，而對于簡單化、模塊化的研究項目較少。

三、地域特色的研究

通過對牧區(qū)淘汰的三套小型風光互補發(fā)電系統(tǒng)進行改進與重組，用于以充實風電專業(yè)教學中實訓內(nèi)容，開發(fā)新的實訓項目?？梢詫︼L電專業(yè)的教學、培訓、科研和服務等有巨大的推動作用。

主要探討以下問題：

第一，改造后的設備如何補充現(xiàn)有實訓項目不足之處?，F(xiàn)有實訓項目不足以滿足直接對崗的工作內(nèi)容，經(jīng)過改進后可以補充安裝與維護方面直接對崗的教學內(nèi)容。

第二，改進過程如何實現(xiàn)設備間的兼容問題。目前三套設備老化程度、電壓等級、功率大小等均不同。需要經(jīng)過合理匹配和詳細計算實現(xiàn)重新組合利用。

第三，改進后的設備如何開發(fā)針對性的新的實訓項目內(nèi)容。所有設備組裝運行通過后，需要討論和研究符合設備和崗位對接的針對性的新的實訓項目。

（一）目標：

（1）完善風電專業(yè)“教、學、做一體化”的教學及實訓功能。

（2）學生實際動手能力的培養(yǎng)功能。形成實訓內(nèi)容與實際生產(chǎn)零距離貼近的實訓模式，保證學生獲得足夠時間的、高質(zhì)量的實際動手能力訓練。

（3）本著主動適應區(qū)域、行業(yè)經(jīng)濟和社會發(fā)展的需要，可為行業(yè)及區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展提供人才培養(yǎng)服務。

（二）重點、難點及創(chuàng)新之處

研究重點在于選址與風光互補設備的施工建設，運行設備需要戶外的太陽能與風能，選址對于能源利用率有著很大的關系。施工質(zhì)量關系著以后實訓和培訓過程的人身安全問題，所以施工過程尤為重要。

研究難點在于整合后的風光互補系統(tǒng)兼容問題。三套不同型號，不同功率，不同生產(chǎn)廠家機型進行兼容與匯流和輸出的設計。

創(chuàng)新之處在于淘汰舊物的重新利用，變廢為寶用于風光互補理論課程及實訓課程進行實體教學。實訓過程中可以極大的鍛煉學生的動手能力，對于小型實用的風光互補系統(tǒng)相關崗位鍛煉有實際意義。

四、風光互補發(fā)電的實際應用

在我國，風光互補發(fā)電場比較少，主要集中在青藏高原、內(nèi)蒙古自治區(qū)等偏遠地區(qū)，采用獨立式發(fā)電。

在城市中，風光互補發(fā)電系統(tǒng)的應用主要是在城市路燈的使用上。盡管風光互補路燈初投資較高，但是不需要輸電線路和開挖路面做埋管工程，不消耗電能，從長遠來看，該系統(tǒng)有明顯的經(jīng)濟效益，風光互補照明技術在城市道路和景觀照明項目上呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展勢頭，國務院公布的21世紀發(fā)展計劃中明確了發(fā)展太陽能和風能的戰(zhàn)略，從決策上也指明了方向。

風光互補發(fā)電系統(tǒng)還可以用在高速公路上的路燈、報警電話或信號和道路標志上;博覽會場和活動會場的場外照明或景觀點綴;海上的輔助電源，比如海上導航系統(tǒng)，既節(jié)省電網(wǎng)建設成本，又降低能源損耗;或是在災難時作通信用、避難緊急指示燈的輔助電源，以及需要經(jīng)常移動的野外作業(yè)的正作站等。

在用電負荷比較小、用電可靠性要求不高的遠離電網(wǎng)的農(nóng)村牧區(qū)以及海島，一般來說，采用電網(wǎng)供電不太現(xiàn)實，從整個社會經(jīng)濟看也是一種浪費。建立小型風光互補發(fā)電獨立電源系統(tǒng)就可以解決一般的照明、家電產(chǎn)品或者提水等生活和生產(chǎn)用電。

在我國，離網(wǎng)型風光互補發(fā)電系統(tǒng)被廣泛地運用于通信系統(tǒng)的中繼站。在西北廣表的土地上，通信系統(tǒng)的中繼站的電源問題在過去一直存在著維護難和可靠性低的問題。小型風光互補發(fā)電獨立電源系統(tǒng)技術的日益成熟從根本上解決了這一問題，使得通信系統(tǒng)中繼站的無人值守和免維護成為可能，不但降低了運行成本，而且提高了系統(tǒng)運行的可靠性。

在內(nèi)蒙古錫林郭勒盟由于草原面積廣闊，架線輸電的成本很高，所以風光互補設備的應用非常廣泛，也隨著風光互補發(fā)電技術的日趨完善，其應用范圍也在不斷地擴大。

五、建議

建議當前，國內(nèi)外對風光互補發(fā)電的研究大多集中于互補發(fā)電系統(tǒng)的靜態(tài)體系結構的研究、蓄能設備的配置及控制、系統(tǒng)仿真等。為了促進風光互補發(fā)電系統(tǒng)的進一步發(fā)展，使其成為一種具有競爭力平民化的清潔電源，讓大部分普通人像玩智能手機一樣快速組裝維修風光互補設備，應繼續(xù)加強風光互補設備的簡單明了化、集成化、通用化、地域化等特點的研究。

參考文獻

[1]電力行業(yè)職業(yè)技能鑒定指導中心.風力發(fā)電運行檢修員.北京：中國電力出版社，2006（04）：132-152

[2]風力發(fā)電機組控制技術.北京：中國水利水電出版社，2010（11）：59-62

[3]風力發(fā)電機組原理與應用.北京：機械工業(yè)出版社，2009（4）：9-12

[4]風力發(fā)電機組安裝、運行與維護.北京：機械工業(yè)出版社，2010（7）;99-101