風(fēng)光互補路燈的發(fā)展前景研究

劉鑫 郭銳強 魏子賀

[摘 要]近年來隨著石化能源的大量使用，并對世界環(huán)境造成巨大的污染同時石化能源的儲量也正在減少。因此，節(jié)能和環(huán)保成為世界能源所要面對的主要問題。我國是世界大國，幅員遼闊，物產(chǎn)豐富。對能源的需求和使用量大，進而環(huán)境污染問題也比較嚴重。所以在我國推廣使用風(fēng)光互補路燈是很有必要的節(jié)能手段。

[關(guān)鍵詞]風(fēng)能太陽能 風(fēng)光互補路燈

我國地大物博、幅員遼闊受日照時間長。早在三千年前就開始利用太陽能了。西周時，我們的祖先就利用帶有凹面銅鏡匯聚陽光點燃艾絨取得火種，即“陽燧取火”技術(shù)，這就是人類對太陽能應(yīng)的最早記載。而太陽能充當(dāng)可利用的清潔能源和在人類歷史上僅三百多年。至與將太陽能作為“未來能源的主要方向”則是近年來提出的能源戰(zhàn)略！

二十世紀70年代太陽能科技的應(yīng)用突飛猛進，對太陽能利用的方式日新月異。法國工程師所羅門·德·考克斯在1615年發(fā)明第一臺太陽能驅(qū)動的發(fā)動機。他是一臺利用太陽能加熱空氣使其膨脹作功來抽水的機器。1615年至20世紀初，世界上又研制出多臺太陽能動力裝置和其它一些太陽能裝置。但是這些動力機器裝置大部分都是用聚光方式利用太陽能，輸出功率不大，且價格昂貴，沒有太大實用價值。

我國自從在1958年開始研制第一片硅晶體光伏電池，直到現(xiàn)在可以說走過已經(jīng)大半個世紀。“中國的硅光太陽能電池經(jīng)歷了從無到有、由小到大、由軍到民、從空間到地面、由單品種直到多品種再到光電轉(zhuǎn)換率由低至高的艱難且輝煌的歷程。”據(jù)統(tǒng)計，自從2002年至今，中國的硅光太陽能電池生產(chǎn)量迅猛增長了七十七倍。2008年，我國硅光太陽能光伏電池總產(chǎn)量已占世界總產(chǎn)量的三分之一強，已經(jīng)連續(xù)兩年被評成為世界第一大硅光伏太陽能電池生產(chǎn)大國。

風(fēng)能是地球表面大量空氣流動所產(chǎn)生的動能。在地理位置上我國臨近太平洋，位于亞洲東部，內(nèi)陸還有眾多山系，地形復(fù)雜，季風(fēng)風(fēng)力強，并且我國西部聳立著青藏高原，進而改變了海陸影響引起的大氣環(huán)流和氣壓分布，使我國季風(fēng)分布變的很復(fù)雜。因東南季風(fēng)的影響已遍及我國東部，而西南季風(fēng)則已影響西南部各省和南部邊沿海，夏季風(fēng)是來自太平洋的東南風(fēng)、西南風(fēng)則是從印度洋和南海吹來的。但是風(fēng)速遠遠不及上東南的季風(fēng)大。而熱帶強風(fēng)暴則是全西部太平洋及熱帶大部海洋已在南海上空形成的強空氣渦漩，屬于極破壞力強大的超海洋風(fēng)暴。當(dāng)?shù)顷懳覈虾Ｖ疄I和東南沿海后，每年夏季和秋季頻頻侵襲我國，熱帶強風(fēng)暴也會在上海的北部登陸，但是次數(shù)非常少。是因為青藏高原地勢高亢開闊，冬季東南部盛行偏南風(fēng)，且東北部大多為東北風(fēng)，而其他地區(qū)則一般為偏西風(fēng)。夏季以唐古拉山為邊界，以北向東為東北風(fēng)，以后向南則盛行東南部季風(fēng)。在西伯利亞及蒙古等中及高緯度的內(nèi)大陸，那里空氣則十分嚴寒且干燥當(dāng)強冷空氣被積累到大一定程度，就會形成了向冬季風(fēng)。并在有利的高空環(huán)流風(fēng)引導(dǎo)下，就會很快變成向南下俗稱為的寒潮。并在此后強冷空氣控制及影響下，形成寒冷干燥的西北風(fēng)來侵襲我國的北方各省（直轄市、自治區(qū)）。每年冬季則總會有多次很大幅度的降溫強冷空氣南下，直到次年的春夏之交后才消失。其為主要影響我國大西北、東北及華北。我國幅員遼闊，有一萬八千多公里的海岸線，有島嶼五千多個，風(fēng)能資源十分豐富。我國風(fēng)電場現(xiàn)有的場址的每年平均風(fēng)速都能達到 6米/秒以上。風(fēng)力發(fā)電場的風(fēng)況分為三類：年平均風(fēng)速達到6米/秒以上時為較好；達到7米/秒以上為好；達到8米/秒以上為很好。估算國際標準大氣狀態(tài)下該機組的年發(fā)電量，可按風(fēng)速頻率曲線和機組功率曲線來設(shè)計。我國達到6米/秒以上平均風(fēng)速的地區(qū)，全國范圍內(nèi)僅有較少數(shù)幾個地帶。從內(nèi)陸算起，僅占全國陸地總面積的百分之一，主要分布在長江到南澳島之間的東南沿海及其島嶼，包括遼東半島、山東、黃海之濱，南澳島以西的南海沿海、海南島和南海諸島，這些地區(qū)是我國最大的風(fēng)能資源區(qū)以及風(fēng)能資源豐富區(qū)，新疆達板城，阿拉山口，河西走廊，松花江下游，內(nèi)蒙古從陰山山脈以北到大興安嶺以北，分布各地的高山山口和山頂以及張家口北部等地區(qū)。

從全國氣象臺提供的風(fēng)能資料的計算統(tǒng)計，太陽輻射出的能量到達地球表面上約有2%轉(zhuǎn)化為風(fēng)能，風(fēng)能是地球上重要的自然能源的一部分，我國潛在風(fēng)能估算如下：風(fēng)能理論可開發(fā)總量（R），全國為32.26億千瓦，實際可開發(fā)利用量（R），按總量的 l/ 10估計，并考慮到風(fēng)輪實際掃掠面積為計算氣流正方形面積的 0.785倍〔1米直徑風(fēng)輪面積為 0.52 Xπ= 0.785（平方米）〕，故實際可開發(fā)量為： R=0.785R/10=2.53（億千瓦）。

我國的太陽能資源和風(fēng)能資源雖然都很豐富。但卻具有典型的季節(jié)差異。在春季和秋季太陽能和風(fēng)能相對適中，而冬季全國大部分地區(qū)的風(fēng)比較多。在夏季則全國大部分地區(qū)太陽光照時間較冬季要長很多。因此，太陽能要比風(fēng)能強很多。如果我們用單一型的風(fēng)能或太陽能就可能出現(xiàn)某地區(qū)在每年特定時段季節(jié)性能源不足。進而給社會的生產(chǎn)和生活帶來不便。如果我們能將太陽能和風(fēng)能結(jié)合在一起組成風(fēng)光互補型能源，就能解決這種因季節(jié)而造成的能源階段性不足。

我們以經(jīng)討論了我國太陽能和風(fēng)能的地區(qū)性分布和季節(jié)性差異。這種不足可以利用風(fēng)光互補能源方式進行解決。而隨著我國城市化進程的加快，公路也越建越多。這就要在路兩邊修建大量路燈，而這些路燈的耗電量就很大啦！如果將路燈從傳統(tǒng)的固定線路供電改成風(fēng)光互補型能源供電，充分利用地域性風(fēng)能和太陽能就能節(jié)約很多電能。因此，我們有必要對風(fēng)光互補路燈進行深入研究進而在我國各地進行風(fēng)光互補路燈的普及工作。