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太陽能與風(fēng)能取之不盡

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

偏遠(yuǎn)地區(qū)一般用電負(fù)荷都不大，且只能在當(dāng)?shù)刂苯影l(fā)電，最常用的就是采用柴油發(fā)電機(jī)。但柴油的儲(chǔ)運(yùn)對(duì)偏遠(yuǎn)地區(qū)成本太高，而且難以保障。所以柴油發(fā)電機(jī)只能作為一種短時(shí)的應(yīng)急電源。要解決長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠的供電問題，只能依賴當(dāng)?shù)氐淖匀荒茉础?br />
太陽能和風(fēng)能是最普遍的自然資源，也是取之不盡的可再生能源。風(fēng)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(duì)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(duì)流而產(chǎn)生風(fēng)能。因此，太陽能與風(fēng)能在時(shí)間上和地域上都有很強(qiáng)的互補(bǔ)性。白天太陽光最強(qiáng)時(shí)，風(fēng)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(fēng)能加強(qiáng)。在夏季，太陽光強(qiáng)度大而風(fēng)小，冬季，太陽光強(qiáng)度弱而風(fēng)大。太陽能和風(fēng)能在時(shí)間上的互補(bǔ)性使風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)在資源上具有最佳的匹配性，風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)是資源條件最好的獨(dú)立電源系統(tǒng)。

風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)是什么？

風(fēng)光互補(bǔ)是一套發(fā)電應(yīng)用系統(tǒng)，該系統(tǒng)是利用太陽能電池方陣、風(fēng)力發(fā)電機(jī)將發(fā)出的電能存儲(chǔ)到蓄電池組中，當(dāng)用戶需要用電時(shí)，逆變器將蓄電池組中儲(chǔ)存的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姡ㄟ^輸電線路送到用戶負(fù)載處。風(fēng)力發(fā)電機(jī)和太陽能電池方陣兩種發(fā)電設(shè)備共同發(fā)電。

而風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電站就則采用風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)，風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電站系統(tǒng)主要由風(fēng)力發(fā)電機(jī)、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(gè)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(shí)由風(fēng)能發(fā)電，晴天由太陽能發(fā)電，在既有風(fēng)又有太陽的情況下兩者同時(shí)發(fā)揮作用，實(shí)現(xiàn)了全天候的發(fā)電功能，比單用風(fēng)機(jī)和太陽能更經(jīng)濟(jì)、科學(xué)、實(shí)用。適用于道路照明、農(nóng)業(yè)、牧業(yè)、種植、養(yǎng)殖業(yè)、旅游業(yè)、廣告業(yè)、服務(wù)業(yè)、港口、山區(qū)、林區(qū)、鐵路、石油、部隊(duì)邊防哨所、通訊中繼站、公路和鐵路信號(hào)站、地質(zhì)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(zhuǎn)換成電能，然后通過控制器對(duì)蓄電池充電，最后通過逆變器對(duì)用電負(fù)荷供電的一套系統(tǒng)。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)供電可靠性高，運(yùn)行維護(hù)成本低，缺點(diǎn)是系統(tǒng)造價(jià)高。風(fēng)電系統(tǒng)是利用小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成電能，然而通過控制器對(duì)蓄電池充電，最后通過逆變器對(duì)用電負(fù)荷供電的一套系統(tǒng)。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)發(fā)電量較高，系統(tǒng)造價(jià)較低，運(yùn)行維護(hù)成本低，缺點(diǎn)是小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)可靠性低。

另外，風(fēng)電和光電系統(tǒng)都存在一個(gè)共同的缺陷，就是資源的不確定性導(dǎo)致發(fā)電與用電負(fù)荷的不平衡，風(fēng)電和光電系統(tǒng)都必須通過蓄電池儲(chǔ)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(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的蓄電池組長(zhǎng)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(fēng)能的互補(bǔ)性強(qiáng)，風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)在資源上彌補(bǔ)了風(fēng)電和光電獨(dú)立系統(tǒng)在資源上的缺陷。同時(shí)，風(fēng)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(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的造價(jià)可以降低，系統(tǒng)成本趨于合理。

風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)可以根據(jù)用戶的用電負(fù)荷情況和資源條件進(jìn)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(jià)。無論是怎樣的環(huán)境和怎樣的用電要求，風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)都可作出最優(yōu)化的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。

但最初的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)，就是將風(fēng)力發(fā)電機(jī)和光伏組件進(jìn)行簡(jiǎn)單的組合，因?yàn)槿狈υ敿?xì)的數(shù)學(xué)計(jì)算模型，同時(shí)系統(tǒng)只用于保證率低的用戶，導(dǎo)致使用壽命不長(zhǎng)。而目前，推廣風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的最大障礙是小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的可靠性問題。

幾十年來，小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)技術(shù)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(fēng)力發(fā)電機(jī)只保留了三個(gè)運(yùn)動(dòng)部件，一是風(fēng)輪驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)主軸旋轉(zhuǎn)，二是尾翼驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)的機(jī)頭偏航，三是為大風(fēng)限速保護(hù)而設(shè)的運(yùn)動(dòng)部件。前兩個(gè)運(yùn)動(dòng)部件的不可缺少的，這也是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的基礎(chǔ)，實(shí)踐中這兩個(gè)運(yùn)動(dòng)部件故障率并不高，主要是限速保護(hù)機(jī)構(gòu)損壞的情況多。要徹底解決小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的可靠性問題必須在限速方式上有最好的解決方法。 

原標(biāo)題：如何更好利用風(fēng)能和太陽能？—— 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)