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 現(xiàn)代社會(huì)，人們的生產(chǎn)生活已經(jīng)離不開(kāi)電力能源，而隨著需求的加大，電力能源供應(yīng)也成為當(dāng)前的主要問(wèn)題之一，伴隨著越發(fā)嚴(yán)重的能源緊缺和環(huán)境污染問(wèn)題，人類要想持續(xù)發(fā)展，就需要解決能源和環(huán)境危機(jī)，由此，各國(guó)開(kāi)始提出使用清潔可再生能源，相關(guān)的能源及其技術(shù)也都在持續(xù)發(fā)展，例如光伏、風(fēng)力等能源發(fā)電增速達(dá)到20%。作為可再生能源，風(fēng)力、太陽(yáng)能等能源可以循環(huán)利用，其在發(fā)電方面的應(yīng)用效果比較好，所建立的發(fā)電系統(tǒng)可以做到普及和推廣，對(duì)我國(guó)的能源問(wèn)題解決有一定的推動(dòng)作用。

1.風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)概述

1.1系統(tǒng)介紹

風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)通過(guò)風(fēng)能和太陽(yáng)能這兩種資源的互補(bǔ)實(shí)現(xiàn)持續(xù)發(fā)電，是一種性價(jià)比較高的新能源發(fā)電系統(tǒng)。風(fēng)能和太陽(yáng)能這兩種能源本身就具有互補(bǔ)性，白天光照時(shí)間長(zhǎng)，太陽(yáng)輻射量大，夜晚光照弱；夏天日照長(zhǎng)，太陽(yáng)能資源豐富，但是風(fēng)力小；冬春季節(jié)風(fēng)力大，光照少。由此可見(jiàn)，風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)具有一定的實(shí)際應(yīng)用性，該系統(tǒng)由風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能光伏的電池組、蓄電池組、控制器以及逆變器等部分構(gòu)成。

1.2系統(tǒng)應(yīng)用合理性

在資源利用方面，風(fēng)能和太陽(yáng)能屬于普遍的自然資源，是可再生能源。太陽(yáng)能是太陽(yáng)內(nèi)部發(fā)生持續(xù)的核聚變反應(yīng)所產(chǎn)生的能力，風(fēng)能則是由于地球表面溫差，導(dǎo)致空氣對(duì)流，進(jìn)而產(chǎn)生風(fēng)能。這兩種能源在時(shí)間上有一定互補(bǔ)性，為風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)地應(yīng)用提供了能源便利。

在系統(tǒng)配置方面，風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)是由風(fēng)電、光電兩部分系統(tǒng)構(gòu)成的一種聯(lián)合供電系統(tǒng)。其中，風(fēng)電系統(tǒng)通過(guò)風(fēng)力發(fā)電機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能，之后利用控制器將蓄電池充滿電，并采用逆變器對(duì)用電負(fù)荷進(jìn)行供電。光電系統(tǒng)則是通過(guò)太陽(yáng)能電池板將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，之后利用控制器將蓄電池充滿電，并采用逆變器對(duì)用電負(fù)荷進(jìn)行供電。但是，獨(dú)立的風(fēng)能和太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)都無(wú)法保證持續(xù)穩(wěn)定的電能輸出，導(dǎo)致供電和用電負(fù)荷不協(xié)調(diào)，縮短蓄電池壽命。由此本文提出了風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)，通過(guò)風(fēng)能和太陽(yáng)能本身的互補(bǔ)性使電能輸出穩(wěn)定，延長(zhǎng)蓄電池使用壽命，降低成本。

2.風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電技術(shù)難點(diǎn)及解決辦法

2.1蓄電池使用壽命

風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)中，發(fā)電量和負(fù)載無(wú)法保持同步，發(fā)電量不足就需要提供電量，此時(shí)就需要應(yīng)用蓄電池。但是，由于風(fēng)電和光電由于本身資源不確定，導(dǎo)致發(fā)電與用電負(fù)荷不夠平衡，而發(fā)電由于受天氣影響，若是天氣不好，則蓄電池組會(huì)處于虧電狀態(tài)，進(jìn)而導(dǎo)致蓄電池使用壽命下降。而且，蓄電池的投資成本比較高，更換蓄電池會(huì)導(dǎo)致其運(yùn)行成本增加。對(duì)此，需要延長(zhǎng)蓄電池使用壽命，且解決辦法如下：

（1）連續(xù)浮充法。蓄電池組運(yùn)行方式包括循環(huán)充放電、連續(xù)浮充和定期浮沖3種。連續(xù)浮充法中，電池使用時(shí)間最長(zhǎng)，是循環(huán)充放電的2~3倍，但是若是蓄電池長(zhǎng)期處于浮充狀態(tài)，其內(nèi)部的電解液游離物質(zhì)活性就會(huì)下降，導(dǎo)致電壓不穩(wěn)，因此，需要通過(guò)1~3h的小電流過(guò)沖進(jìn)行平衡，進(jìn)而消除這種影響。

（2）新型充電控制系統(tǒng)。蓄電池充電過(guò)程是非線性的，可以通過(guò)智能控制法對(duì)充電過(guò)沖進(jìn)行控制，例如模糊、自適應(yīng)等控制方法。而實(shí)行智能充電不僅能夠滿足過(guò)電和放電的保護(hù)要求，同時(shí)也能夠確保及時(shí)充電。模糊控制能夠降低電流控制誤差。

2.2風(fēng)機(jī)限速保護(hù)

小型離網(wǎng)式系統(tǒng)要依靠大風(fēng)限速保護(hù)工作，風(fēng)機(jī)輸入量超過(guò)系統(tǒng)消耗的能力與系統(tǒng)存儲(chǔ)能量之和，此時(shí)就需要減少風(fēng)機(jī)的風(fēng)能吸收量，確保其不會(huì)超速運(yùn)行。當(dāng)前，風(fēng)機(jī)限速保護(hù)方案主要就是機(jī)械限速保護(hù)，但是這種保護(hù)裝置的可靠性比較低，不僅是由于設(shè)計(jì)不當(dāng)，同時(shí)其本身也存在弊端。自然界風(fēng)況復(fù)雜，紊流是主要表現(xiàn)，且風(fēng)速變化也十分頻繁，任何機(jī)械裝置都無(wú)法及時(shí)響應(yīng)風(fēng)況實(shí)時(shí)變化情況，且長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致機(jī)械磨損，裝置之間的配合性下降，進(jìn)而產(chǎn)生保護(hù)滯后、失效等現(xiàn)象，甚至引發(fā)風(fēng)機(jī)過(guò)載、振動(dòng)等結(jié)果。對(duì)此，可以采用磁電限速保護(hù)裝置，使風(fēng)輪的風(fēng)能利用率降低，進(jìn)而達(dá)到減速的效果，使保護(hù)動(dòng)作更為可靠、安全。

2.3系統(tǒng)性能精確性

通常情況下，人們更熱衷于研發(fā)簡(jiǎn)單的光伏與其互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，但是其將系統(tǒng)性能精確性忽略了。有些研究將重點(diǎn)放在氣象特征對(duì)系統(tǒng)性能影響、模擬系統(tǒng)性能、尋找期限特征參數(shù)和系統(tǒng)配置關(guān)系等方面上，但是其模擬的數(shù)學(xué)模型過(guò)于簡(jiǎn)單，例如線性模型表征組件等。同時(shí)，負(fù)載一般被假定為固定不變，這就使得其推導(dǎo)的公式應(yīng)用范圍有限。此外，還需要完善確定系統(tǒng)工作狀態(tài)所應(yīng)用的表征組件和評(píng)估實(shí)際獲取的風(fēng)力和太陽(yáng)能資源數(shù)學(xué)模型。

2.4小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)可靠性

大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)在風(fēng)速方面要求比較高，一般應(yīng)用在具有豐富風(fēng)力資源的地區(qū)，而對(duì)于風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)而言，其更加適合應(yīng)用于小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)。小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要分成水平軸和垂直軸2種發(fā)電機(jī)，其中，水平軸發(fā)電機(jī)的風(fēng)輪是以水平軸為核心轉(zhuǎn)動(dòng)，需要通過(guò)調(diào)向設(shè)施來(lái)確保風(fēng)輪一直迎風(fēng)，但是整個(gè)設(shè)備安裝在距離地面較高的地方，維修不便，由于槳葉根部應(yīng)力作用大，易發(fā)生折斷事故，對(duì)風(fēng)速要求也比較高；而垂直軸發(fā)電機(jī)是以垂直軸為核心轉(zhuǎn)動(dòng)，接受四面八方的風(fēng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且安裝在地面上，維修便利，葉片只需承受拉應(yīng)力，不易被折斷，對(duì)風(fēng)力要求也比較小。

總之，小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)中，垂直軸發(fā)電機(jī)具有明顯優(yōu)勢(shì)，但是市面上大多數(shù)為水平軸發(fā)電機(jī)。對(duì)此，可以積極引入垂直軸發(fā)電機(jī)，并將其與風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)相結(jié)合，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，使運(yùn)行維修更加便利。

3.風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

通過(guò)對(duì)風(fēng)能和太陽(yáng)能這兩種發(fā)展相對(duì)完善的能源進(jìn)行綜合考慮得到，這兩種能源的互補(bǔ)配合形成了新型發(fā)電模式，對(duì)環(huán)境和氣候的適應(yīng)性增強(qiáng)，可以在夜間、雨雪等復(fù)雜天氣狀況下持續(xù)發(fā)電，風(fēng)能和太陽(yáng)能可以形成互補(bǔ)，更具有科學(xué)性和經(jīng)濟(jì)性，實(shí)用性也有所增強(qiáng)。風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用范圍更加廣泛，其優(yōu)勢(shì)特征十分明顯，可以在同一供電環(huán)境下，降低電池容量，通過(guò)兩種能源互補(bǔ)使電流輸出更加穩(wěn)定，互補(bǔ)發(fā)電可以滿足系統(tǒng)供電，減少應(yīng)用傳統(tǒng)發(fā)電設(shè)備，在經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益上有著明顯的優(yōu)勢(shì)。對(duì)于新疆、西藏、內(nèi)蒙古等地區(qū)，通過(guò)風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電技術(shù)可以解決供電問(wèn)題，提供穩(wěn)定的電力服務(wù)，推動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展。同時(shí)，就當(dāng)前已經(jīng)開(kāi)發(fā)的風(fēng)光互補(bǔ)路燈、景觀照明等，為人們提供了生活的便利，而這種技術(shù)在通信基站中的應(yīng)用也推動(dòng)了區(qū)域發(fā)展。

風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電可以實(shí)行槽式發(fā)電，其對(duì)比蝶式和塔式發(fā)電形式效率更高，裝容規(guī)模也比較大，商業(yè)化規(guī)模和技術(shù)方面的要求比較低，是當(dāng)前最成熟和應(yīng)用最廣泛的CSP技術(shù)。槽式發(fā)電主要由兩部分構(gòu)成，分別為由拋物面槽式反射鏡形成的太陽(yáng)能集熱場(chǎng)和蒸汽渦輪發(fā)電裝置，其可以充分利用太陽(yáng)能中的熱能，將熱能匯聚起來(lái)，利用吸熱管來(lái)加溫，進(jìn)而形成合成油，同時(shí)通過(guò)熱交換機(jī)與蒸汽驅(qū)動(dòng)渦輪發(fā)電機(jī)進(jìn)行二次發(fā)電，同時(shí)設(shè)置出熱管來(lái)存儲(chǔ)熱能，在惡劣條件下，若是風(fēng)光發(fā)電無(wú)法發(fā)揮作用，可以將存儲(chǔ)的熱能釋放出來(lái)，作為備用能源發(fā)電，這種新型的聯(lián)合式發(fā)電系統(tǒng)具有廣闊的發(fā)展前景，盡管在我國(guó)的發(fā)展比較慢，但是其為風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)的完善也奠定了基礎(chǔ)。

風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)的合理利用有利于解決風(fēng)能和太陽(yáng)能并網(wǎng)中的難題，同時(shí)能夠建立新能源電力系統(tǒng)框架和解決方案，為新能源形成規(guī)?；瞄_(kāi)發(fā)起到了參考作用。該技術(shù)比較特殊，在開(kāi)發(fā)應(yīng)用時(shí)需要注意發(fā)電功率聯(lián)合預(yù)報(bào)，槽式發(fā)電技術(shù)本身具有儲(chǔ)能裝置，對(duì)此，需要通過(guò)儲(chǔ)能修正風(fēng)能和太陽(yáng)能聯(lián)合發(fā)電功率的預(yù)報(bào)曲線，保證曲線對(duì)稱。同時(shí)，儲(chǔ)能單元中能量有限，預(yù)報(bào)存在不確定性，需要加大力度研究一體化發(fā)電技術(shù)。

4.結(jié)語(yǔ)

風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)本身有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，但是該系統(tǒng)的應(yīng)用效率不高，且建造成本高，技術(shù)也不夠完善，需要進(jìn)一步完善。而在資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)建設(shè)目標(biāo)的基礎(chǔ)上，政府和研究人員需要加大力度研究該發(fā)電技術(shù)，解決其中的技術(shù)難題，使風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、小型化和綠色化，同時(shí)能夠解決資源配置與系統(tǒng)之間的問(wèn)題，使其能夠盡快得到大規(guī)模的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)家庭化以及市場(chǎng)化，以緩解我國(guó)的能源緊缺和環(huán)境污染問(wèn)題。

原標(biāo)題：「行業(yè)動(dòng)態(tài)」風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電的技術(shù)難點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)