风光互补发电系统发展前景的探讨

裴文杰

摘要：我国土地面积辽阔，自然资源优势明显。在新世纪出现了能源紧缺等问题之后更加凸显了可再生能源利用的必要性。其中，风能、太阳能这两大方面的能源最具开发潜力，风与光又有着互补优势。近十年来，世界风光发电总功率成指数规律上升，各国都已将风光互补技术的发展列为能源利用重点研究课题。然而在此技术层面上领跑世界的是欧洲，欧洲受地域限制，此类应用大打折扣。而我国资源与国情正好与这一领域的应用相适应，风光互补系统将对中国的发展起到长远影响。

关键词：新能源 风光互补发电 光伏发电

我国电力事业发展起步较晚，又因人口众多，人均能源占有量远低于世界平均水平。在能源探索多元化、持续化的今天，我们必须要寻求一条既提升人民物质文化水平，又可持续发展的道路。在古代人们便想到了太阳光能与风能的利用，近代的科学家又分别发明制造了太阳能电池板、大型风机以便将其最大化地利用。然而风光互补发电系统的研究却是今年才被人广泛提及。事实上，这两者的结合利用有着得天独厚的优越性。风能与太阳能的本质是一样的，二者都源自于太阳。地表对光照有着不同的吸收能力，又通过温度差异导致空气的对流。在白天光照强，温差小，风能少；晚上温差大，风能大。所以我们可以得到很直观的体验：白天光强、晚上风大；夏季光强、冬季风大。为了维持电网负荷不变，风电系统的电压稳定、低电压穿越能力、光伏电池的寿命都能得到保障，脱网事故也能在一定程度上避免。太阳能与风能的这种匹配性使得风光互补发电得到各国的青睐。

1.风光互补系统发展历史

最初的风光互补发电系统仅仅只是把风电与光伏发电系统进行简单的组合，这样组合而成的发电系统不仅利用率低，发电系统故障与事故发生也接踵而至。随着丹麦科学家N.E.Bush、美国科学家C.I.Aspliden、前苏联科学家N.Aksarni等人对大气科学、概率统计、模糊控制等知识研究的深入，科学家不断统计出近似的光能-风能潜力的估计值，在理论上为风光互补的应用提供了有力保障。其发电系统也逐步从科学实验室投入到实际应用。

2.风光互补系统发展现状

目前在国外，随着风光互补的深入研究，成果显著，包括基于风光互补发地系统优化软件的开发、仿真运行软件的开发等等。能实现包括实时高精确度仿真运行、负载特性描述以及太阳辐射数据显示等实用重要功能。

我国风光互补发电系统还处于起步阶段，但发展迅猛。其主要制约因素还是资金缺乏，主要应用在边远通信的中继站、地址勘探考察基地、农牧民、边防等领域。规模较小。科研院所的研究也仅限于电压稳定的控制优化、设备仿真等方面。

我国的风光互补系统主要仍采用最基本的发电系统。主要包括光伏电池、风机、控制器、逆变器、蓄电池、支撑设备等。主要发电原理是：在光照充足的时候，光伏电板组件产生直流电，风机产生少许交流电，二者通过整流，用控制器加以控制一部分对负载供电，一部分对蓄电池充电备用。在夜间或冬季时，则通过风机与蓄电池的电能逆变供交流负载使用。目前其主要仍应用在孤岛式电力系统中，很少应用于并网。城市里主要将风光互补发电系统应用在城市路灯或灯景中。

2000年，我国长江源自然保护站安装了一套1000W/400Wp的风光互补发电系统，为一次重要的风光互补发电应用实例。2004年华能集团54MW/100kWp的大型风光互补发电厂并入10kV的当地电网，这标志着我国开创了大型风光互补发电系统并网投产的先河，也是第一个正式商业化运营的风光互补的发电系统。风光系统的投入运营带来了较好的经济效益与巨大的社会推动力。随着国务院公布的21世纪发展计划中明确了发展太阳能、风能联合发展的战略之后，中国的风光互补事业有了决策上的方向。

3.风光互补系统的优点

风光互补优点众多，除了上文所述的稳定输出、降低低电压穿越能力设备负担，提高供电可靠性的优点之外，相对于单一的光伏发电，它还可以大大降低蓄电池的储电容量。电能具有不能大量储存的基本特点，风光互补发电也从真正意义上将蓄电池电能的存储变成了电能的中继，从侧面降低了成本。并且对风力发电与光伏发电进行实地与理论上的匹配之后，供电充足，基本上可以保证一个完整系统的电力供应，而无需其他设备。因而，设计电网时，有时可以不必考虑如分布式发电一样的并网难题，无需配备其他电源。

4.风光互补系统的展望与建议

我们可以将风光互补发电看成是一次资源的高效利用与优化配置。考虑到优化与节能，并且是牵涉到新能源方面，因而这绝不是电力系统一个方面的知识可以解决的问题。如果要想让我国的风光发电事业得到发展，我们要在气象、勘测、数学等多方面取得突破，方能为此广泛应用取得有力保障。此外，除了降低能源成本，我们还可以通过对发电系统的动态运行特性进行研究，以提高效率，降低运行成本，提高发电质量。以进一步拓宽运营领域，联合微电网与智能电网。为早日实现可再生能源的大规模应用做好准备。

参考文献：

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