風光互補發電系統發展前景的探討

裴文杰

摘要：我國土地面積遼闊，自然資源優勢明顯。在新世紀出現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潛力，風與光又有著互補優勢。近十年來，世界風光發電總功率成指數規律上升，各國都已將風光互補技術的發展列為能源利用重點研究課題。然而在此技術層面上領跑世界的是歐洲，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域的應用相適應，風光互補系統將對中國的發展起到長遠影響。

關鍵詞：新能源 風光互補發電 光伏發電

我國電力事業發展起步較晚，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、持續化的今天，我們必須要尋求一條既提升人民物質文化水平，又可持續發展的道路。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。然而風光互補發電系統的研究卻是今年才被人廣泛提及。事實上，這兩者的結合利用有著得天獨厚的優越性。風能與太陽能的本質是一樣的，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。為了維持電網負荷不變，風電系統的電壓穩定、低電壓穿越能力、光伏電池的壽命都能得到保障，脫網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電得到各國的青睞。

1.風光互補系統發展歷史

最初的風光互補發電系統僅僅只是把風電與光伏發電系統進行簡單的組合，這樣組合而成的發電系統不僅利用率低，發電系統故障與事故發生也接踵而至。隨著丹麥科學家N.E.Bush、美國科學家C.I.Aspliden、前蘇聯科學家N.Aksarni等人對大氣科學、概率統計、模糊控制等知識研究的深入，科學家不斷統計出近似的光能-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。其發電系統也逐步從科學實驗室投入到實際應用。

2.風光互補系統發展現狀

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地系統優化軟件的開發、仿真運行軟件的開發等等。能實現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據顯示等實用重要功能。

我國風光互補發電系統還處于起步階段，但發展迅猛。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、農牧民、邊防等領域。規模較小。科研院所的研究也僅限于電壓穩定的控制優化、設備仿真等方面。

我國的風光互補系統主要仍采用最基本的發電系統。主要包括光伏電池、風機、控制器、逆變器、蓄電池、支撐設備等。主要發電原理是：在光照充足的時候，光伏電板組件產生直流電，風機產生少許交流電，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中，很少應用于并網。城市里主要將風光互補發電系統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的風光互補發電系統，為一次重要的風光互補發電應用實例。2004年華能集團54MW/100kWp的大型風光互補發電廠并入10kV的當地電網，這標志著我國開創了大型風光互補發電系統并網投產的先河，也是第一個正式商業化運營的風光互補的發電系統。風光系統的投入運營帶來了較好的經濟效益與巨大的社會推動力。隨著國務院公布的21世紀發展計劃中明確了發展太陽能、風能聯合發展的戰略之后，中國的風光互補事業有了決策上的方向。

3.風光互補系統的優點

風光互補優點眾多，除了上文所述的穩定輸出、降低低電壓穿越能力設備負擔，提高供電可靠性的優點之外，相對于單一的光伏發電，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，從側面降低了成本。并且對風力發電與光伏發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的電力供應，而無需其他設備。因而，設計電網時，有時可以不必考慮如分布式發電一樣的并網難題，無需配備其他電源。

4.風光互補系統的展望與建議

我們可以將風光互補發電看成是一次資源的高效利用與優化配置。考慮到優化與節能，并且是牽涉到新能源方面，因而這絕不是電力系統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電事業得到發展，我們要在氣象、勘測、數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電系統的動態運行特性進行研究，以提高效率，降低運行成本，提高發電質量。以進一步拓寬運營領域，聯合微電網與智能電網。為早日實現可再生能源的大規模應用做好準備。

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