論內蒙古風能、光能資源的綜合利用路徑

劉剛

摘要 從我國目前的新能源發電形勢來看，將風能與光能綜合利用來發電能取得更高的效益。因為風能發電與太陽能發電之間具有很強的互補性，所以向電網輸送的電能更加穩定，并且風光互補發電能大大降低綜合發電成本。基于此，本文以內蒙古為例，首先介紹了內蒙古風能與光能的資源優勢，然后引出一種風光互補發電系統，并對此做了基本的原理介紹，最后詳細分析了內蒙古地區風能、光能資源的綜合利用模式。

關鍵詞 風能；光能；風光互補發電；內蒙古

中圖分類號 TK8 文獻標識碼 A 文章編號 2095—6363（2016）12—0012—01

風，是空氣對流所形成的，其本身攜帶著極大的能量。從根本上看，風能其實是太陽能的另一種體現，因為風能實際上是由于太陽光對地球表面的不均勻照射所引起的。風能與太陽能最顯著的特點便是廉價，并且儲量無限，目前被業內人士看好的2種可再生能源。風能、光能資源的綜合利用，簡單地說就是風光互補發電，展現自身的優點，來彌補對方的缺點。從現實的發電情況來看，單純的太陽能發電系統受日照影響較大，并且發電成本較高；而風能發電系統的運營維護成本較低，但輸出電能不穩定。因此如何將兩者合理地綜合利用，是一個非常值得研究的課題。

1內蒙古風能與光能資源優勢概況

總體來說，內蒙古地區的風能以及太陽能資源都十分豐富。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，因此太陽能資源足夠豐富。根據過往內蒙古自治區的氣象數據顯示，一年內太陽輻射的變化呈現出正弦函數規律，即太陽能資源在夏半年最豐富，而在冬半年相對較少。除此之外，資料顯示內蒙古自治區的風能資源占全國總風力資源的40%，居全國首位，可見風能的利用價值十分可觀。

2風光互補發電系統的組成和原理

風力發電，就是將風的動能轉換為風車葉片的旋轉機械能，并通過增速機提速來發電，根據發電機運行方式的不同，可以將風力發電系統分為2種：恒速恒頻發電與變速恒頻發電。太陽能發電系統的核心是太陽能電池陣列，太陽能電池中所采用的半導體材料能夠直接將太陽能輻射轉換為電能，除太陽能電池之外，逆變器、控制器以及蓄電池等也是太陽能發電系統必不可少的組成部分。

風光互補發電系統，即將風力發電與太陽能電池發電有機結合，從而形成一個聯合供電系統，具體結構如圖1所示。由圖可知，該系統主要由風力發電機、整流器（針對風力發電不穩定性而設）、太陽能電池陣列以及蓄電池等部分組成。首先將2種發電形式所輸出的電能儲存于蓄電池中，當接入直流負載時，電能直接通過控制器輸送于負載中；當接入交流負載時，直流電需要通過逆變器轉換為交流電之后再輸出。

3內蒙古風能、光能資源的綜合利用路徑選擇

3.1并網發電和主電網配套發展模式

整個內蒙古地區的風能資源主要存在于西部地區和中部地區，其中又屬西部地區的風能資源最大，從現有技術來看，中西部地區可供開發的風能資源儲量總共為5000萬kW左右。不管是從前期開發成本來看，還是后期的運營維護成本來看，風力發電都屬于較為經濟的發電方式，但是風力發電同太陽能發電類似，間歇性與波動性是其固有特性，容易形成非穩定電源，對電網有一定的沖擊作用，影響電源電壓、頻率電能質量以及繼電保護等，這些有害影響是阻礙風力發電與太陽能發電并網最主要的因素。

風力發電站與太陽能發電站的建設場地在很大程度上取決于電網，內蒙古中西部地區的電網較為完善，但該地區距離電力負荷中心較遠，因此要發展相應的地區電網，以方便電力的輸送。當要大規模發展風能發電與太陽能發電時，現有的主電網很可能不能完全接受規模擴大后的風電、太陽能發電接入，此時便需要建設與之配套的高電壓電網，形成并網發電和主電網配套發展的模式，為風力發電站、太陽能發電站的建設與電力輸出提供保障。

3.2并網發電和其他電源同步發展模式

就內蒙古中西部地區的現有發展情況來看，風能發電、太陽能發電并網與其他電源同步發展的模式是目前為止的最佳選擇方案。其他非風力發電、太陽能發電的電力資源（比如火力發電和水力發電等）的建設能大大提高電網的調峰能力，減小不穩定電能對電網的沖擊作用，保障電網的穩定可靠運行。

3.3風光互補型發電模式

首先，就時間上而言，風力發電與太陽能發電之間具有非常強的互補性，白天的太陽光輻射最強，此時風力較小，夜晚由于地表的溫度差異加大了風力。夏天風力弱但太陽輻射很強，冬天太陽輻射雖弱但風力較強，因此風光互補型發電模式在時間上具有優良的匹配性能。其次，在發電成本上，由于風力發電系統與太陽能發電系統都需要蓄電池組和逆變器設備，因此二者可以通用，從而降低二者的開發成本，根據相關資料顯示，當發電容量相等時，風光互補型電站的建設成本比光伏電站的建設成本低10%。總體來說，風光互補型發電系統對資源的利用率較高，并且其產生的電能大大滿足了人們的生產以及生活需求，同時這種發電模式所輸出的電能更加穩定，是一種環境友好型發電模式。

3.4綜合應用模式

隨著建設社會主義新農村步伐的推進，可以帶動居民小區的建立，從而在居住人群較為集中的小區或者鄉鎮地區建設一種風能、太陽能綜合應用分布式發展的能源利用模式。該電能供應模式最大的優點便是靠近用戶，從而可以根據用戶的負荷情況以及當地的資源條件來合理調節系統的發電容量，并逐步實現多系統下能源的梯級利用。除此之外，該分布式能源發電方式適合于地廣人稀的山區以及農村等地，因為這部分地區很難建設大型的風能發電、太陽能發電并網系統，分布式發電模式可以有效解決偏遠地區的生產和生活用電。分布式發電的建設周期較短，規模較小，因此成本較低、維修簡單。因為靠近負荷區，所以電能的輸送損失較小，對能源的利用率較高。將來電網擴容時，還可以采取單機分散并網的措施。

另外，被動式太陽房的建設也是一種能源的綜合利用方式，選用當地的碎石，沙子等作為建筑材料，可大大降低建設成本；或者建設中小型風能、太陽能發電站，以滿足當地用戶的照明、取暖、做飯等生活用電；在有條件的小區內安裝太陽能熱水器、太陽灶等太陽能應用產品，還可以增加生物質能的應用，實現各種可再生資源的綜合利用。

4結論

毫無疑問，風光互補的發電方式能在很大程度上提高發電系統的綜合效益，相互之間的優勢可以彌補對方的不足之處，比如風力發電的造價低，而太陽能發電的穩定性較高。如此看來，二者的有機結合具有非常大的發展前景，風光互補發電系統的普及將是大勢所趨。endprint