風光互補發電技術在新疆的應用及展望

巴麗合亞 陳 華

(新疆大學電氣工程學院，烏魯木齊 830047)

新型能源風能和太陽能具有使用清潔、應用廣泛且用之不竭的特點，但其也存在一些弊端，如穩定性較差及受天氣影響較大等。規模化利用風能及太陽能等二次可再生能源是解決環境問題和能源危機的有效措施之一。目前研發者們提出風能和太陽能在時間和地域上存在天然的互補性(在白天或夏季，太陽能大風能小；晚上或冬季秋季，風能大太陽能小)，若將這兩種新能源有效地結合利用，可彌補風力發電和太陽能光伏獨立發電系統各自在資源利用上的缺陷，即可實現供電的穩定性和可靠性，降低發電成本。我國西北地區是風能和太陽能資源較豐富的地區，風光互補供電系統是其未來獨立供電的主要方式。筆者介紹了風光互補發電在新疆的應用現狀，并指出其未來的發展前景。

1 新疆風能、太陽能資源分布①

我國三分之二以上國土的年日照時間大于2 200h，年輻射總量大于5 900MJ/m2。根據我國各省市接收太陽輻射的不同，可大致分為5類地區：一類地區全年日照時間為3 200～3 500h，主要有青藏高原、甘肅北部及新疆南部等地區；二類地區全年日照時間為3 000～3 200h，主要有河北北部、山西北部及內蒙古南部等地區；三類地區全年日照時間為2 000～3 000h，主要有山東、河南東部、新疆北部、吉林、遼寧及云南等地區；四類地區全年日照時間為1 400～2 200h，主要有福建、浙江及廣東等春季多雨地區；五類地區全年日照時間為1 000～1 400h，主要有四川和貴州省。

我國可開發利用的地面風能資源為10億kW，若擴展到50～60m以上的高空，可開發利用的風能資源為20～25億kW，主要代表地區有西北地區、內蒙古高原地區和東南沿海地區。風能相比常規能源具有開發成本較低、安全和無污染的優點。

1.1 新疆風能的分布及開發

阿拉山口是新疆風能資源最豐富地區，高達500W/m2；大阪城谷地風能資源達370W/m2，是全疆第二；北疆北部、西部、東部、準格爾盆地、塔里木盆地、高山和高原地區的風能資源為50～100W/m2。新疆的風能資源開發起步比較早，1989年新疆首次建立了第一個風電場——大阪城風電場，也是中國第一座風電廠。經過近二十幾年的發展，新疆到目前為止已有九大風區，其中五大風區是中國風能資源大區。根據有關報道，預計到2016年阿拉山口的風電開發將達100萬kW的規模，屆時阿拉山口將成為新疆新的風能基地。

1.2 新疆太陽能的分布及開發

新疆四面環山，屬于干旱地區，其中70%為荒漠，云雨量少，大氣透明度好，晴天多，太陽能資源豐富，全年日照時間為2 500～3 500h，日照百分率為60%～80%，年輻射總量達5 430～6 670MJ/m2，年輻射照度總量比我國同緯度地區高10%～15%，比長江中下游地區高15%～25%。新疆太陽能資源利用區劃系統和分區特征見表1，東疆和南疆東部是太陽能輻射最高的一帶。

表1 新疆太陽能資源利用區劃系統及分區特征

《可再生能源發展十二五規劃》提出到2015年太陽能將全面代替常規化石燃料，太陽能發電裝機量達到2 100萬kW，其中光伏電站占45%，太陽能熱發電占5%，并網和離網分布式發電量占45%；到2020年太陽能發電量裝機達到5 000萬kW。在“十二五”規劃期間，新疆重點發展大型荒漠光伏發電，加快其規模化。

2 風光互補發電在新疆的應用現狀

風光互補發電在新疆有近十年的發展歷史，隨著人們生活水平的提高，電器設備的使用數量急速增大，為了確保用戶正常不間斷用電，風光互補發電系統的應用越來越廣泛，主要應用領域有日用產品風光互補(路燈及充電電源等)、建筑行業風光互補(光伏一體化建筑BIPV)及沙漠治理等方面。

風光互補路燈采用了風光互補技術，無論有無風或有無光都可通過風能機或光伏單獨或同時發電，從而滿足用戶的用電需求。風光互補路燈具有節能環保的優點，如果全省10%的路燈采用風光互補發電，每年可省電7億kW，減少二氧化碳、二氧化硫和煙塵排放量分別為768 000、5 600、2 100t。2010～2012年風光互補路燈成功應用在新疆吐魯番機場，新源縣建成了首個國際先進風光互補路燈系統，提升了城市品位，提高了市民的節能環保意識。

當前移動和電信通信基站典型的供電方式有市電供電系統、獨立的風能供電、獨立的太陽能供電和風光互補供電系統。新疆伊犁觀景臺基站由于太陽能供電不穩定，致使該基站頻繁斷站，為了有效地降低斷站率，2009年8月伊犁電信采用風光互補電信通信基站，實現了穩定供電，使該基站的斷站率從25%(取2008年冬季平均指標)下降到3%(取2009年冬季平均指標)，有效地改善了觀景臺基站的斷站情況。

隨著科技的不斷進步和政府的大力提倡，一系列激勵政策的出臺都將為風光互補發電的發展和應用提供強大動力保證。特變電工新能源公司在國家“十二五”規劃期間大力推進光伏荒漠電站和分布式電站的應用，建設了我國首座國家級風光互補發電示范站——吐魯番100MW級風光互補發電示范站，并于2013年12月19日成功并網發電，電站總裝機容量為100MW，全年發電量為16 477萬kW·h。除此之外，阿克塞30MW風光互補光伏發電項目于2013年2月24日經省發改委復函開展前期工作，現已完成可研、水保及環評等工作，該項目將有效彌補該縣風電場冬季枯風期的無風發電缺陷，對于維護和保持電網穩定具有重大意義。

3 結論與展望

新疆風能和太陽能資源豐富，風光互補發電技術推動了可再生能源的多元化、規模化和產業化發展。我國風光互補發電技術相對其他發電技術的優勢是在不超過臨界點的情況下，規模大、經濟性好、成本低且發電穩定性高。按照“十二五”規劃目標，預計到2015年我國并網風電裝機容量將達到1億kW，太陽能發電將達到2 100萬kW，風及光等新能源發電在中國能源構成中所占比重將不斷增長。

目前新疆各類新能源利用率相對較低，如果合理采用太陽能及風能等構成多種能源的互補的供電系統，可實現電、熱、冷聯供。風光互補發電系統與其他常規電站聯合發電，我國目前已成功完成了多個新能源結合的發電方式，其中青海省已經成功利用水、太陽能和風能建設了新能源發電基地。除此之外，還有對生物質能、風能及太陽能等可再生能源進行多能源互補技術。

[1] 周揚，吳文祥，胡瑩，等.西北地區太陽能資源空間分布特征及資源潛力評估[J].自然資源學報，2010，25(10)：1738～1749.

[2] 程航.新疆地區氣溫氣候變化特征[C].第27屆中國氣象學會年會論文集.北京：中國氣象學會，2010：1～18.

[3] 江明穎，魯寶春，姜丕杰.風光互補發電系統研究綜述[J].機電信息，2013，(9)：60～61.

[4] 石京，陳天琦，孟潔，等.能源穩定型風光互補發電系統在道路照明中的應用[J].清華大學學報(自然科學版)，2012，52(2):139～143.

[5] 袁丹丹.風光互補監控系統的研究[D]. 曲阜：曲阜師范大學，2011.

[6] 王宇，婁承藝.風光互補電源控制系統的開發與應用[J].電源技術，2007，31(8)：644～647.

[7] 趙光竹.新疆某光伏電站太陽能資源分析和支架結構設計[J].西北水電，2012，(2)：87～90.