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 現(xiàn)代社會，人們的生產生活已經(jīng)離不開電力能源，而隨著需求的加大，電力能源供應也成為當前的主要問題之一，伴隨著越發(fā)嚴重的能源緊缺和環(huán)境污染問題，人類要想持續(xù)發(fā)展，就需要解決能源和環(huán)境危機，由此，各國開始提出使用清潔可再生能源，相關的能源及其技術也都在持續(xù)發(fā)展，例如光伏、風力等能源發(fā)電增速達到20%。作為可再生能源，風力、太陽能等能源可以循環(huán)利用，其在發(fā)電方面的應用效果比較好，所建立的發(fā)電系統(tǒng)可以做到普及和推廣，對我國的能源問題解決有一定的推動作用。

1.風光互補發(fā)電系統(tǒng)概述

1.1系統(tǒng)介紹

風光互補發(fā)電系統(tǒng)通過風能和太陽能這兩種資源的互補實現(xiàn)持續(xù)發(fā)電，是一種性價比較高的新能源發(fā)電系統(tǒng)。風能和太陽能這兩種能源本身就具有互補性，白天光照時間長，太陽輻射量大，夜晚光照弱；夏天日照長，太陽能資源豐富，但是風力小；冬春季節(jié)風力大，光照少。由此可見，風光互補發(fā)電系統(tǒng)具有一定的實際應用性，該系統(tǒng)由風力發(fā)電、太陽能光伏的電池組、蓄電池組、控制器以及逆變器等部分構成。

1.2系統(tǒng)應用合理性

在資源利用方面，風能和太陽能屬于普遍的自然資源，是可再生能源。太陽能是太陽內部發(fā)生持續(xù)的核聚變反應所產生的能力，風能則是由于地球表面溫差，導致空氣對流，進而產生風能。這兩種能源在時間上有一定互補性，為風光互補發(fā)電系統(tǒng)地應用提供了能源便利。

在系統(tǒng)配置方面，風光互補發(fā)電系統(tǒng)是由風電、光電兩部分系統(tǒng)構成的一種聯(lián)合供電系統(tǒng)。其中，風電系統(tǒng)通過風力發(fā)電機將風能轉化為電能，之后利用控制器將蓄電池充滿電，并采用逆變器對用電負荷進行供電。光電系統(tǒng)則是通過太陽能電池板將太陽能轉化為電能，之后利用控制器將蓄電池充滿電，并采用逆變器對用電負荷進行供電。但是，獨立的風能和太陽能發(fā)電系統(tǒng)都無法保證持續(xù)穩(wěn)定的電能輸出，導致供電和用電負荷不協(xié)調，縮短蓄電池壽命。由此本文提出了風光互補發(fā)電系統(tǒng)，通過風能和太陽能本身的互補性使電能輸出穩(wěn)定，延長蓄電池使用壽命，降低成本。

2.風光互補發(fā)電技術難點及解決辦法

2.1蓄電池使用壽命

風光互補系統(tǒng)中，發(fā)電量和負載無法保持同步，發(fā)電量不足就需要提供電量，此時就需要應用蓄電池。但是，由于風電和光電由于本身資源不確定，導致發(fā)電與用電負荷不夠平衡，而發(fā)電由于受天氣影響，若是天氣不好，則蓄電池組會處于虧電狀態(tài)，進而導致蓄電池使用壽命下降。而且，蓄電池的投資成本比較高，更換蓄電池會導致其運行成本增加。對此，需要延長蓄電池使用壽命，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，電池使用時間最長，是循環(huán)充放電的2~3倍，但是若是蓄電池長期處于浮充狀態(tài)，其內部的電解液游離物質活性就會下降，導致電壓不穩(wěn)，因此，需要通過1~3h的小電流過沖進行平衡，進而消除這種影響。

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

2.2風機限速保護

小型離網(wǎng)式系統(tǒng)要依靠大風限速保護工作，風機輸入量超過系統(tǒng)消耗的能力與系統(tǒng)存儲能量之和，此時就需要減少風機的風能吸收量，確保其不會超速運行。當前，風機限速保護方案主要就是機械限速保護，但是這種保護裝置的可靠性比較低，不僅是由于設計不當，同時其本身也存在弊端。自然界風況復雜，紊流是主要表現(xiàn)，且風速變化也十分頻繁，任何機械裝置都無法及時響應風況實時變化情況，且長期運行會導致機械磨損，裝置之間的配合性下降，進而產生保護滯后、失效等現(xiàn)象，甚至引發(fā)風機過載、振動等結果。對此，可以采用磁電限速保護裝置，使風輪的風能利用率降低，進而達到減速的效果，使保護動作更為可靠、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)簡單的光伏與其互補發(fā)電系統(tǒng)設計方法，但是其將系統(tǒng)性能精確性忽略了。有些研究將重點放在氣象特征對系統(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)配置關系等方面上，但是其模擬的數(shù)學模型過于簡單，例如線性模型表征組件等。同時，負載一般被假定為固定不變，這就使得其推導的公式應用范圍有限。此外，還需要完善確定系統(tǒng)工作狀態(tài)所應用的表征組件和評估實際獲取的風力和太陽能資源數(shù)學模型。

2.4小型風力發(fā)電機可靠性

大型風力發(fā)電機在風速方面要求比較高，一般應用在具有豐富風力資源的地區(qū)，而對于風光互補系統(tǒng)而言，其更加適合應用于小型風力發(fā)電機。小型風力發(fā)電機主要分成水平軸和垂直軸2種發(fā)電機，其中，水平軸發(fā)電機的風輪是以水平軸為核心轉動，需要通過調向設施來確保風輪一直迎風，但是整個設備安裝在距離地面較高的地方，維修不便，由于槳葉根部應力作用大，易發(fā)生折斷事故，對風速要求也比較高；而垂直軸發(fā)電機是以垂直軸為核心轉動，接受四面八方的風，結構簡單，且安裝在地面上，維修便利，葉片只需承受拉應力，不易被折斷，對風力要求也比較小。

總之，小型風力發(fā)電機中，垂直軸發(fā)電機具有明顯優(yōu)勢，但是市面上大多數(shù)為水平軸發(fā)電機。對此，可以積極引入垂直軸發(fā)電機，并將其與風光互補系統(tǒng)相結合，簡化結構，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，使運行維修更加便利。

3.風光互補發(fā)電技術的發(fā)展趨勢

通過對風能和太陽能這兩種發(fā)展相對完善的能源進行綜合考慮得到，這兩種能源的互補配合形成了新型發(fā)電模式，對環(huán)境和氣候的適應性增強，可以在夜間、雨雪等復雜天氣狀況下持續(xù)發(fā)電，風能和太陽能可以形成互補，更具有科學性和經(jīng)濟性，實用性也有所增強。風光互補發(fā)電系統(tǒng)應用范圍更加廣泛，其優(yōu)勢特征十分明顯，可以在同一供電環(huán)境下，降低電池容量，通過兩種能源互補使電流輸出更加穩(wěn)定，互補發(fā)電可以滿足系統(tǒng)供電，減少應用傳統(tǒng)發(fā)電設備，在經(jīng)濟、社會和環(huán)境效益上有著明顯的優(yōu)勢。對于新疆、西藏、內蒙古等地區(qū)，通過風光互補發(fā)電技術可以解決供電問題，提供穩(wěn)定的電力服務，推動區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展。同時，就當前已經(jīng)開發(fā)的風光互補路燈、景觀照明等，為人們提供了生活的便利，而這種技術在通信基站中的應用也推動了區(qū)域發(fā)展。

風光互補發(fā)電可以實行槽式發(fā)電，其對比蝶式和塔式發(fā)電形式效率更高，裝容規(guī)模也比較大，商業(yè)化規(guī)模和技術方面的要求比較低，是當前最成熟和應用最廣泛的CSP技術。槽式發(fā)電主要由兩部分構成，分別為由拋物面槽式反射鏡形成的太陽能集熱場和蒸汽渦輪發(fā)電裝置，其可以充分利用太陽能中的熱能，將熱能匯聚起來，利用吸熱管來加溫，進而形成合成油，同時通過熱交換機與蒸汽驅動渦輪發(fā)電機進行二次發(fā)電，同時設置出熱管來存儲熱能，在惡劣條件下，若是風光發(fā)電無法發(fā)揮作用，可以將存儲的熱能釋放出來，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，盡管在我國的發(fā)展比較慢，但是其為風光發(fā)電系統(tǒng)的完善也奠定了基礎。

風光互補發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)勢的合理利用有利于解決風能和太陽能并網(wǎng)中的難題，同時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_發(fā)起到了參考作用。該技術比較特殊，在開發(fā)應用時需要注意發(fā)電功率聯(lián)合預報，槽式發(fā)電技術本身具有儲能裝置，對此，需要通過儲能修正風能和太陽能聯(lián)合發(fā)電功率的預報曲線，保證曲線對稱。同時，儲能單元中能量有限，預報存在不確定性，需要加大力度研究一體化發(fā)電技術。

4.結語

風光互補發(fā)電系統(tǒng)本身有其獨特的優(yōu)勢，但是該系統(tǒng)的應用效率不高，且建造成本高，技術也不夠完善，需要進一步完善。而在資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會建設目標的基礎上，政府和研究人員需要加大力度研究該發(fā)電技術，解決其中的技術難題，使風光互補發(fā)電系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)字化、小型化和綠色化，同時能夠解決資源配置與系統(tǒng)之間的問題，使其能夠盡快得到大規(guī)模的應用，實現(xiàn)家庭化以及市場化，以緩解我國的能源緊缺和環(huán)境污染問題。

原標題：「行業(yè)動態(tài)」風光互補發(fā)電的技術難點及發(fā)展趨勢