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太陽能與風能取之不盡

在遠離電網(wǎng)的地區(qū)，獨立供電系統(tǒng)成為人們最需要的電源。部隊的邊防哨所、郵電通訊的中繼站、公路和鐵路的信號站、地質勘探和野外考察的工作站、偏遠的農牧民都需要低成本、高可靠性的獨立電源系統(tǒng)。哪種獨立電源最合理？

偏遠地區(qū)一般用電負荷都不大，且只能在當?shù)刂苯影l(fā)電，最常用的就是采用柴油發(fā)電機。但柴油的儲運對偏遠地區(qū)成本太高，而且難以保障。所以柴油發(fā)電機只能作為一種短時的應急電源。要解決長期穩(wěn)定可靠的供電問題，只能依賴當?shù)氐淖匀荒茉础?br />
太陽能和風能是最普遍的自然資源，也是取之不盡的可再生能源。風能是太陽能在地球表面的另外一種表現(xiàn)形式，由于地球表面的不同形態(tài)對太陽光照的吸熱系數(shù)不同，在地球表面形成溫差，地表空氣的溫度不同形成空氣對流而產(chǎn)生風能。因此，太陽能與風能在時間上和地域上都有很強的互補性。白天太陽光最強時，風很小，晚上太陽落山后，光照很弱，但由于地表溫差變化大而風能加強。在夏季，太陽光強度大而風小，冬季，太陽光強度弱而風大。太陽能和風能在時間上的互補性使風光互補發(fā)電系統(tǒng)在資源上具有最佳的匹配性，風光互補發(fā)電系統(tǒng)是資源條件最好的獨立電源系統(tǒng)。

風光互補發(fā)電系統(tǒng)是什么？

風光互補是一套發(fā)電應用系統(tǒng)，該系統(tǒng)是利用太陽能電池方陣、風力發(fā)電機將發(fā)出的電能存儲到蓄電池組中，當用戶需要用電時，逆變器將蓄電池組中儲存的直流電轉變?yōu)榻涣麟姡ㄟ^輸電線路送到用戶負載處。風力發(fā)電機和太陽能電池方陣兩種發(fā)電設備共同發(fā)電。

而風光互補發(fā)電站就則采用風光互補發(fā)電系統(tǒng)，風光互補發(fā)電站系統(tǒng)主要由風力發(fā)電機、太陽能電池方陣、智能控制器、蓄電池組、多功能逆變器、電纜及支撐和輔助件等組成一個發(fā)電系統(tǒng)，將電力并網(wǎng)送入常規(guī)電網(wǎng)中。

夜間和陰雨天無陽光時由風能發(fā)電，晴天由太陽能發(fā)電，在既有風又有太陽的情況下兩者同時發(fā)揮作用，實現(xiàn)了全天候的發(fā)電功能，比單用風機和太陽能更經(jīng)濟、科學、實用。適用于道路照明、農業(yè)、牧業(yè)、種植、養(yǎng)殖業(yè)、旅游業(yè)、廣告業(yè)、服務業(yè)、港口、山區(qū)、林區(qū)、鐵路、石油、部隊邊防哨所、通訊中繼站、公路和鐵路信號站、地質勘探和野外考察工作站及其它用電不便地區(qū)。

系統(tǒng)成本趨于合理

光電系統(tǒng)是利用光電板將太陽能轉換成電能，然后通過控制器對蓄電池充電，最后通過逆變器對用電負荷供電的一套系統(tǒng)。該系統(tǒng)的優(yōu)點是系統(tǒng)供電可靠性高，運行維護成本低，缺點是系統(tǒng)造價高。風電系統(tǒng)是利用小型風力發(fā)電機，將風能轉換成電能，然而通過控制器對蓄電池充電，最后通過逆變器對用電負荷供電的一套系統(tǒng)。該系統(tǒng)的優(yōu)點是系統(tǒng)發(fā)電量較高，系統(tǒng)造價較低，運行維護成本低，缺點是小型風力發(fā)電機可靠性低。

另外，風電和光電系統(tǒng)都存在一個共同的缺陷，就是資源的不確定性導致發(fā)電與用電負荷的不平衡，風電和光電系統(tǒng)都必須通過蓄電池儲能才能穩(wěn)定供電，但每天的發(fā)電量受天氣的影響很大，會導致系統(tǒng)的蓄電池組長期處于虧電狀態(tài)，這也是引起蓄電池組使用壽命降低的主要原因。

由于太陽能與風能的互補性強，風光互補發(fā)電系統(tǒng)在資源上彌補了風電和光電獨立系統(tǒng)在資源上的缺陷。同時，風電和光電系統(tǒng)在蓄電池組和逆變環(huán)節(jié)是可以通用的，所以風光互補發(fā)電系統(tǒng)的造價可以降低，系統(tǒng)成本趨于合理。

風光互補發(fā)電系統(tǒng)可以根據(jù)用戶的用電負荷情況和資源條件進行系統(tǒng)容量的合理配置，即可保證系統(tǒng)供電的可靠性，又可降低發(fā)電系統(tǒng)的造價。無論是怎樣的環(huán)境和怎樣的用電要求，風光互補發(fā)電系統(tǒng)都可作出最優(yōu)化的系統(tǒng)設計方案。

但最初的風光互補發(fā)電系統(tǒng)，就是將風力發(fā)電機和光伏組件進行簡單的組合，因為缺乏詳細的數(shù)學計算模型，同時系統(tǒng)只用于保證率低的用戶，導致使用壽命不長。而目前，推廣風光互補發(fā)電系統(tǒng)的最大障礙是小型風力發(fā)電機的可靠性問題。

幾十年來，小型風力發(fā)電機技術有了很大的發(fā)展，產(chǎn)業(yè)發(fā)展也取得了一定的成就，但從根本上說，可靠性問題一直沒有得到解決。

目前最好的小型風力發(fā)電機只保留了三個運動部件，一是風輪驅動發(fā)電機主軸旋轉，二是尾翼驅動風機的機頭偏航，三是為大風限速保護而設的運動部件。前兩個運動部件的不可缺少的，這也是風力發(fā)電機的基礎，實踐中這兩個運動部件故障率并不高，主要是限速保護機構損壞的情況多。要徹底解決小型風力發(fā)電機的可靠性問題必須在限速方式上有最好的解決方法。 

原標題：如何更好利用風能和太陽能？—— 風光互補發(fā)電系統(tǒng)