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论内蒙古风能、光能资源的综合利用路径
刘 刚
内蒙古自治区呼伦贝尔市阿荣旗地震观测站,内蒙古呼伦贝尔 162750
摘 要 从我国目前的新能源发电形势来看,将风能与光能综合利用来发电能取得更高的效益.因为风能发电与太阳能发电之间具有很强的互补性,所以向电网输送的电能更加稳定,并且风光互补发电能大大降低综合发电成本.基于此,本文以内蒙古为例,首先介绍了内蒙古风能与光能的资源优势,然后引出一种风光互补发电系统,并对此做了基本的原理介绍,最后详细分析了内蒙古地区风能、光能资源的综合利用模式.
关键词 风能；光能；风光互补发电；内蒙古
中图分类号 TK8 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2016）12-0012-01
作者简介：刘刚,内蒙古自治区呼伦贝尔市阿荣旗地震观测站.
风,是空气对流所形成的,其本身携带着极大的能量.从根本上看,风能其实是太阳能的另一种体现,因为风能实际上是由于太阳光对地球表面的不均匀照射所引起的.风能与太阳能最显著的特点便是廉价,并且储量无限,目前被业内人士看好的2 种可再生能源.风能、光能资源的综合利用,简单地说就是风光互补发电,展现自身的优点,来弥补对方的缺点.从现实的发电情况来看,单纯 的太阳能发电系统受日照影响较大,并且发电成本较高；而风能发电系统的运营维护成本较低,但输出电能不稳定.因此如何将两者合理地综合利用,是一个非常值得研究的课题.
1 内蒙古风能与光能资源优势概况
总体来说,内蒙古地区的风能以及太阳能资源都十分丰富.一年四季的气候大多为干旱少雨的气候,并且日照非常充足,因此太阳能资源足够丰富.根据过往内蒙古自治区的气象数据显示,一年内太阳辐射的变化呈现出正弦函数规律,即太阳能资源在夏半年最丰富,而在冬半年相对较少.除此之外,资料显示内蒙古自治区的风能资源占全国总风力资源的40%,居全国首位,可见风能的利用价值十分可观.
2 风光互补发电系统的组成和原理
风力发电,就是将风的动能转换为风车叶片的旋转机械能,并通过增速机提速来发电,根据发电机运行方式的不同,可以将风力发电系统分为2 种：恒速恒频发电与变速恒频发电.太阳能发电系统的核心是太阳能电池阵列,太阳能电池中所采用的半导体材料能够直接将太阳能辐射转换为电能,除太阳能电池之外,逆变器、控制器以及蓄电池等也是太阳能发电系统必不可少的组成部分.
风光互补发电系统,即将风力发电与太阳能电池发电有机结合,从而形成一个联合供电系统,具体结构如图1 所示.由图可知,该系统主要由风力发电机、整流器（针对风力发电不稳定性而设）、太阳能电池阵列以及蓄电池等部分组成.首先将2 种发电形式所输出的电能储存于蓄电池中,当接入直流负载时,电能直接通过控制器输送于负载中；当接入交流负载时,直流电需要通过逆变器转换为交流电之后再输出.
3 内蒙古风能、光能资源的综合利用路径选择
3.1 并网发电和主电网配套发展模式
整个内蒙古地区的风能资源主要存在于西部地区和中部地区,其中又属西部地区的风能资源最大,从现有技术来看,中西部地区可供开发的风能资源储量总共为5 000 万kW 左右.不管是从前期开发成本来看,还是后期的运营维护成本来看,风力发电都属于较为经济的发电方式,但是风力发电同太阳能发电类似,间歇性与波动性是其固有特性,容易形成非稳定电源,对电网有一定的冲击作用,影响电源电压、频率电能质量以及继电保护等,这些有害影响是阻碍风力发电与太阳能发电并网最主要的因素.
风力发电站与太阳能发电站的建设场地在很大程度上取决于电网,内蒙古中西部地区的电网较为完善,但该地区距离电力负荷中心较远,因此要发展相应的地区电网,以方便电力的输送.当要大规模发展风能发电与太阳能发电时,现有的主电网很可能不能完全接受规模扩大后的风电、太阳能发电接入,此时便需要建设与之配套的高电压电网,形成并网发电和主电网配套发展的模式,为风力发电站、太阳能发电站的建设与电力输出提供保障.
3.2 并网发电和其他电源同步发展模式
就内蒙古中西部地区的现有发展情况来看,风能发电、太阳能发电并网与其他电源同步发展的模式是目前为止的最佳选择方案.其他非风力发电、太阳能发电的电力资源（比如火力发电和水力发电等）的建设能大大提高电网的调峰能力,减小不稳定电能对电网的冲击作用,保障电网的稳定可靠运行.
3.3 风光互补型发电模式
首先,就时间上而言,风力发电与太阳能发电之间具有非常强的互补性,白天的太阳光辐射最强,此时风力较小,夜晚由于地表的温度差异加大了风力.夏天风力弱但太阳辐射很强,冬天太阳辐射虽弱但风力较强,因此风光互补型发电模式在时间上具有优良的匹配性能.其次,在发电成本上,由于风力发电系统与太阳能发电系统都需要蓄电池组和逆变器设备,因此二者可以通用,从而降低二者的开发成本,根据相关资料显示,当发电容量相等时,风光互补型电站的建设成本比光伏电站的建设成本低10%.总体来说,风光互补型发电系统对资源的利用率较高,并且其产生的电能大大满足了人们的生产以及生活需求,同时这种发电模式所输出的电能更加稳定,是一种环境友好型发电模式.
3.4 综合应用模式
随着建设社会主义新农村步伐的推进,可以带动居民小区的建立,从而在居住人群较为集中的小区或者乡镇地区建设一种风能、太阳能综合应用分布式发展的能源利用模式.该电能供应模式最大的优点便是靠近用户,从而可以根据用户的负荷情况以及当地的资源条件来合理调节系统的发电容量,并逐步实现多系统下能源的梯级利用.除此之外,该分布式能源发电方式适合于地广人稀的山区以及农村等地,因为这部分地区很难建设大型的风能发电、太阳能发电并网系统,分布式发电模式可以有效解决偏远地区的生产和生活用电.分布式发电的建设周期较短,规模较小,因此成本较低、维修简单.因为靠近负荷区,所以电能的输送损失较小,对能源的利用率较高.将来电网扩容时,还可以采取单机分散并网的措施.
另外,被动式太阳房的建设也是一种能源的综合利用方式,选用当地的碎石,沙子等作为建筑材料,可大大降低建设成本；或者建设中小型风能、太阳能发电站,以满足当地用户的照明、取暖、做饭等生活用电；在有条件的小区内安装太阳能热水器、太阳灶等太阳能应用产品,还可以增加生物质能的应用,实现各种可再生资源的综合利用.
4 结论
毫无疑问,风光互补的发电方式能在很大程度上提高发电系统的综合效益,相互之间的优势可以弥补对方的不足之处,比如风力发电的造价低,而太阳能发电的稳定性较高.如此看来,二者的有机结合具有非常大的发展前景,风光互补发电系统的普及将是大势所趋.
参考文献
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