分析風光互補發電的現狀和未來發展

賈磊

（國家電投集團內蒙古新能源有限公司，內蒙古 呼和浩特 010000）

現如今時代人們的生活已經與用電不可分離，而能源是發電的主要工具，對傳統能源的過度開發和利用已經對環境產生了極大的損害，可再生能源的開發和利用是迫切和必要的，現在正處在轉型的過渡時期也是關鍵時期，快速建立以可再生綠色能源為主的能源結構是后幾十年的發展方向。在目前開發的可再生能源中，風能和太陽能已經成為新能源領域的領跑者，結合現有兩種技術最成熟、應用最廣泛的兩種能源，進行風光配合互補發電是現如今最好的解決方法。

一、風光互補發電系統及工作原理

（一）風光互補發電系統

風光互補發電系統是一種將風能和太陽能轉化為電能的裝置，是由風力發電機與太陽能電池組成的聯合供電系統。風光互補供電系統主要由風力發電機組、太陽能光伏板、控制器、蓄電池、逆變器、卸荷器、交流（直流）負載等部分組成。該系統是集風能、太陽能及蓄電池等多種能源發電技術及系統智能控制技術為一體的復合可再生能源發電系統。

（二）工作原理及過程

風光互補系統的工作原理是風力發電原理和太陽能光伏發電原理的結合。風力發電原理是利用自然風作為動力，風輪吸收風的能量帶動風力發電機旋轉，將風能轉化為電能，經控制器的整流，穩壓作用，把交流電轉換為直流電，向蓄電池組充電并儲存電能;太陽能光伏發電原理是利用光伏效應將太陽能直接轉化為直流電，供負載使用或貯存于蓄電池內備用。根據風力和太陽輻射的變化情況，風光互補發電系統可分為以下三種運行模式:風力發電機組獨自向負載供電；太陽能光伏系統獨自向負載供電；風力發電機組和太陽能光伏系統聯合向負載供電。

在不同的氣候條件下，風光互補發電系統有以下四種工作狀態；晴天時太陽能光伏板工作，產生電能；風力夠強時，風力發電機工作，產生電能；有風的晴天，風力發電機和太陽能光伏板同時工作，產生電能；當碰上即無風又無陽光的天氣，該系統則使用蓄電池內原來已經儲存下來的電能。

二、風光互補發電系統的運行結構

（一）風力發電機組

風力發電機組是風光互補發電系統中風能的吸收和轉化設備。

1.風力機類型。作為風能接收裝置的風力機，自古以來就有多種形式，特別是在近代得到了很大的發展。其分類方法有兩種：第一，以接受風能的形式可以分為升為式和阻力式；第二，以風輪回轉軸的方向，可以分為豎直軸式和水平軸式。

2.風力機工作特性。風力機起動時，需要一定的力距來克服其內部的摩擦力，這一力距稱作風力機的起動力矩。起動力距與風力機本身傳動機構的摩擦阻力有關，因此風力機有一個最低的工作風速，只有風速大于最低的工作風速時風力機才能工作。

3.風電機組的工作方式。可用于風力發電的變速恒頻發電方式有多種。如交流/直流/交流系統、磁場調制發電機系統、交流勵磁雙饋發電機系統、無刷雙饋發電機系統、爪極式發電機系統、開關磁階發電機系統等。

（二）光伏陣列

1.光伏陣列。是多片光伏模組的連接，也是更多光伏電池的連接，光伏陣列是最大規模的光伏發電系統。

2.光伏陣列工作原理。太陽能電池透過光生伏特效應可以將太陽光能轉化成直流電能，但一塊光伏模組（光伏板）能夠產生的電流不夠一般住宅使用，所以將數塊光伏模組連接在一起而形成了陣列。

三、風光互補發電系統應用前景及存在的問題

我國的光能、風能資源相對較為豐富且沒有地域限制，這些典型特點促使了風光互補發電系統與遠離電網覆蓋范圍且用電量相對較小的偏遠地區天然適配。同時，風光互補發電系統在提高居民生活質量和促進當地經濟發展等方面能起到較為明顯的積極作用。風光互補發電技術應優先投入到滿足偏遠地區居民生活和工業生產用電需求上。我國中西部偏遠地區的人口基數較高，經濟發展相對滯后，不能用電的人數占比較大。考慮到現實經濟投入因素，全部靠電網供電是不現實的。但是，中西部偏遠地區擁有豐富的太陽能、風能等可再生能源。充分開發利用這些可再生能源，能夠有效解決當地的用電難題。其次，風光互補發電技術也可應用到路燈照明系統。應用了風光互補發電技術的路燈照明系統依靠太陽能、風能等再生能源供電，無需增設傳統電力線路，不接入當地電網，有著廣闊的應用前景。最后，風光互補發電技術能夠用來為高速公路設備提供電力供應。以高速公路的道路監控攝像機為例，道路監控攝像機一般用來監控交通狀況，必須全天24小時保持工作狀態，需要消耗的電能較大，線纜費用高且易被偷盜。風光互補發電技術利用太陽能、風能等再生能源，能夠全天對高速公路設備進行供電且無需鋪設傳統線纜，既滿足了高速公路設備的電力需求，還解決了線纜被盜等的問題。

盡管風光互補系統由于清潔環保、能源豐富等優勢而具有較大的應用前景，但是限于技術發展和自然條件等情況，風光互補系統也存在一些問題，主要有：

第一，風能和太陽能是從自然界獲取的一次能源，在采集方面受氣象條件影響較大，而且能源加工轉換效率并不理想；

第二，風光互補系統工作狀態較差時，會嚴重損耗蓄電池的使用壽命，導致系統故障，增加成本；

第三，需要對獨立電源功率進行調整時，該系統容量的調節過程較為復雜，不便操作。

結束語：

總之，隨著風光互補發電技術的不斷成熟以及產品的不斷升級換代，產品質量和售后服務的不斷提高，同時在政府部門的關注重視和政策扶持下，風光互補發電技術將在我國新農村建設中發揮重要作用。