風(fēng)光互補(bǔ)路燈的發(fā)展前景研究

劉鑫 郭銳強(qiáng) 魏子賀

[摘 要]近年來(lái)隨著石化能源的大量使用，并對(duì)世界環(huán)境造成巨大的污染同時(shí)石化能源的儲(chǔ)量也正在減少。因此，節(jié)能和環(huán)保成為世界能源所要面對(duì)的主要問(wèn)題。我國(guó)是世界大國(guó)，幅員遼闊，物產(chǎn)豐富。對(duì)能源的需求和使用量大，進(jìn)而環(huán)境污染問(wèn)題也比較嚴(yán)重。所以在我國(guó)推廣使用風(fēng)光互補(bǔ)路燈是很有必要的節(jié)能手段。

[關(guān)鍵詞]風(fēng)能太陽(yáng)能 風(fēng)光互補(bǔ)路燈

我國(guó)地大物博、幅員遼闊受日照時(shí)間長(zhǎng)。早在三千年前就開(kāi)始利用太陽(yáng)能了。西周時(shí)，我們的祖先就利用帶有凹面銅鏡匯聚陽(yáng)光點(diǎn)燃艾絨取得火種，即“陽(yáng)燧取火”技術(shù)，這就是人類(lèi)對(duì)太陽(yáng)能應(yīng)的最早記載。而太陽(yáng)能充當(dāng)可利用的清潔能源和在人類(lèi)歷史上僅三百多年。至與將太陽(yáng)能作為“未來(lái)能源的主要方向”則是近年來(lái)提出的能源戰(zhàn)略！

二十世紀(jì)70年代太陽(yáng)能科技的應(yīng)用突飛猛進(jìn)，對(duì)太陽(yáng)能利用的方式日新月異。法國(guó)工程師所羅門(mén)·德·考克斯在1615年發(fā)明第一臺(tái)太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的發(fā)動(dòng)機(jī)。他是一臺(tái)利用太陽(yáng)能加熱空氣使其膨脹作功來(lái)抽水的機(jī)器。1615年至20世紀(jì)初，世界上又研制出多臺(tái)太陽(yáng)能動(dòng)力裝置和其它一些太陽(yáng)能裝置。但是這些動(dòng)力機(jī)器裝置大部分都是用聚光方式利用太陽(yáng)能，輸出功率不大，且價(jià)格昂貴，沒(méi)有太大實(shí)用價(jià)值。

我國(guó)自從在1958年開(kāi)始研制第一片硅晶體光伏電池，直到現(xiàn)在可以說(shuō)走過(guò)已經(jīng)大半個(gè)世紀(jì)?！爸袊?guó)的硅光太陽(yáng)能電池經(jīng)歷了從無(wú)到有、由小到大、由軍到民、從空間到地面、由單品種直到多品種再到光電轉(zhuǎn)換率由低至高的艱難且輝煌的歷程?！睋?jù)統(tǒng)計(jì)，自從2002年至今，中國(guó)的硅光太陽(yáng)能電池生產(chǎn)量迅猛增長(zhǎng)了七十七倍。2008年，我國(guó)硅光太陽(yáng)能光伏電池總產(chǎn)量已占世界總產(chǎn)量的三分之一強(qiáng)，已經(jīng)連續(xù)兩年被評(píng)成為世界第一大硅光伏太陽(yáng)能電池生產(chǎn)大國(guó)。

風(fēng)能是地球表面大量空氣流動(dòng)所產(chǎn)生的動(dòng)能。在地理位置上我國(guó)臨近太平洋，位于亞洲東部，內(nèi)陸還有眾多山系，地形復(fù)雜，季風(fēng)風(fēng)力強(qiáng)，并且我國(guó)西部聳立著青藏高原，進(jìn)而改變了海陸影響引起的大氣環(huán)流和氣壓分布，使我國(guó)季風(fēng)分布變的很復(fù)雜。因東南季風(fēng)的影響已遍及我國(guó)東部，而西南季風(fēng)則已影響西南部各省和南部邊沿海，夏季風(fēng)是來(lái)自太平洋的東南風(fēng)、西南風(fēng)則是從印度洋和南海吹來(lái)的。但是風(fēng)速遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及上東南的季風(fēng)大。而熱帶強(qiáng)風(fēng)暴則是全西部太平洋及熱帶大部海洋已在南海上空形成的強(qiáng)空氣渦漩，屬于極破壞力強(qiáng)大的超海洋風(fēng)暴。當(dāng)?shù)顷懳覈?guó)南海之濱和東南沿海后，每年夏季和秋季頻頻侵襲我國(guó)，熱帶強(qiáng)風(fēng)暴也會(huì)在上海的北部登陸，但是次數(shù)非常少。是因?yàn)榍嗖馗咴貏?shì)高亢開(kāi)闊，冬季東南部盛行偏南風(fēng)，且東北部大多為東北風(fēng)，而其他地區(qū)則一般為偏西風(fēng)。夏季以唐古拉山為邊界，以北向東為東北風(fēng)，以后向南則盛行東南部季風(fēng)。在西伯利亞及蒙古等中及高緯度的內(nèi)大陸，那里空氣則十分嚴(yán)寒且干燥當(dāng)強(qiáng)冷空氣被積累到大一定程度，就會(huì)形成了向冬季風(fēng)。并在有利的高空環(huán)流風(fēng)引導(dǎo)下，就會(huì)很快變成向南下俗稱(chēng)為的寒潮。并在此后強(qiáng)冷空氣控制及影響下，形成寒冷干燥的西北風(fēng)來(lái)侵襲我國(guó)的北方各省（直轄市、自治區(qū)）。每年冬季則總會(huì)有多次很大幅度的降溫強(qiáng)冷空氣南下，直到次年的春夏之交后才消失。其為主要影響我國(guó)大西北、東北及華北。我國(guó)幅員遼闊，有一萬(wàn)八千多公里的海岸線，有島嶼五千多個(gè)，風(fēng)能資源十分豐富。我國(guó)風(fēng)電場(chǎng)現(xiàn)有的場(chǎng)址的每年平均風(fēng)速都能達(dá)到 6米/秒以上。風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的風(fēng)況分為三類(lèi)：年平均風(fēng)速達(dá)到6米/秒以上時(shí)為較好；達(dá)到7米/秒以上為好；達(dá)到8米/秒以上為很好。估算國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣狀態(tài)下該機(jī)組的年發(fā)電量，可按風(fēng)速頻率曲線和機(jī)組功率曲線來(lái)設(shè)計(jì)。我國(guó)達(dá)到6米/秒以上平均風(fēng)速的地區(qū)，全國(guó)范圍內(nèi)僅有較少數(shù)幾個(gè)地帶。從內(nèi)陸算起，僅占全國(guó)陸地總面積的百分之一，主要分布在長(zhǎng)江到南澳島之間的東南沿海及其島嶼，包括遼東半島、山東、黃海之濱，南澳島以西的南海沿海、海南島和南海諸島，這些地區(qū)是我國(guó)最大的風(fēng)能資源區(qū)以及風(fēng)能資源豐富區(qū)，新疆達(dá)板城，阿拉山口，河西走廊，松花江下游，內(nèi)蒙古從陰山山脈以北到大興安嶺以北，分布各地的高山山口和山頂以及張家口北部等地區(qū)。

從全國(guó)氣象臺(tái)提供的風(fēng)能資料的計(jì)算統(tǒng)計(jì)，太陽(yáng)輻射出的能量到達(dá)地球表面上約有2%轉(zhuǎn)化為風(fēng)能，風(fēng)能是地球上重要的自然能源的一部分，我國(guó)潛在風(fēng)能估算如下：風(fēng)能理論可開(kāi)發(fā)總量（R），全國(guó)為32.26億千瓦，實(shí)際可開(kāi)發(fā)利用量（R），按總量的 l/ 10估計(jì)，并考慮到風(fēng)輪實(shí)際掃掠面積為計(jì)算氣流正方形面積的 0.785倍〔1米直徑風(fēng)輪面積為 0.52 Xπ= 0.785（平方米）〕，故實(shí)際可開(kāi)發(fā)量為： R=0.785R/10=2.53（億千瓦）。

我國(guó)的太陽(yáng)能資源和風(fēng)能資源雖然都很豐富。但卻具有典型的季節(jié)差異。在春季和秋季太陽(yáng)能和風(fēng)能相對(duì)適中，而冬季全國(guó)大部分地區(qū)的風(fēng)比較多。在夏季則全國(guó)大部分地區(qū)太陽(yáng)光照時(shí)間較冬季要長(zhǎng)很多。因此，太陽(yáng)能要比風(fēng)能強(qiáng)很多。如果我們用單一型的風(fēng)能或太陽(yáng)能就可能出現(xiàn)某地區(qū)在每年特定時(shí)段季節(jié)性能源不足。進(jìn)而給社會(huì)的生產(chǎn)和生活帶來(lái)不便。如果我們能將太陽(yáng)能和風(fēng)能結(jié)合在一起組成風(fēng)光互補(bǔ)型能源，就能解決這種因季節(jié)而造成的能源階段性不足。

我們以經(jīng)討論了我國(guó)太陽(yáng)能和風(fēng)能的地區(qū)性分布和季節(jié)性差異。這種不足可以利用風(fēng)光互補(bǔ)能源方式進(jìn)行解決。而隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快，公路也越建越多。這就要在路兩邊修建大量路燈，而這些路燈的耗電量就很大啦！如果將路燈從傳統(tǒng)的固定線路供電改成風(fēng)光互補(bǔ)型能源供電，充分利用地域性風(fēng)能和太陽(yáng)能就能節(jié)約很多電能。因此，我們有必要對(duì)風(fēng)光互補(bǔ)路燈進(jìn)行深入研究進(jìn)而在我國(guó)各地進(jìn)行風(fēng)光互補(bǔ)路燈的普及工作。