ハイブリッド風力・太陽光発電システムの将来性はどの程度か 6つの主要な応用と経済的利益分析

風力と太陽光発電は、無風や雨天などの不利な気象条件下では間欠的な発電特性を持つため、オフグリッドの遠隔地で単独でこれらの技術を使用する場合、連続的な電力供給を確保するために大容量のエネルギー貯蔵装置が必要となります。ソーラーパネル、風力タービン、およびバッテリーを効果的に統合することで、ハイブリッド風力-太陽光発電システムは単一源発電の間欠性問題を解決し、比較的安定した電力を提供することができます。この技術は主に中国で以下の分野に応用されています。

オフグリッド農村地域の住宅用及び生産用電力

中国には8億人の農村住民がおり、その約5%がまだ電気にアクセスできていません。これらの未電化村はしばしば風力と太陽光資源が豊富な地域に位置しており、ハイブリッド風力-太陽光システムは有望な解決策となります。標準化されたハイブリッドシステムの導入により、地域経済の発展が加速され、生活水準も向上します。このようなシステムを通じて再生可能エネルギーを活用することは、遠隔地の人々にとって最も適切かつコスト効率の高い電力サービスを提供し、持続可能な発展を促進します。

現在、中国のほとんどのオフグリッド再生可能エネルギー発電システムは照明と家庭用電力のみを供給しており、生産負荷を除外しています。これは経済的持続可能性を損なう要因です。経済的持続可能性の達成には、システム所有権、管理メカニズム、料金体系、生産負荷管理、政府補助金の額と分配チャネルなど複雑な要素が関与します。しかし、この持続可能なモデルは中国のような発展途上国にとって深い意義を持ちます。

屋外LED照明アプリケーション

屋外照明は世界の電力消費量の約12%を占めています。エネルギー不足と環境問題が増加する中、ハイブリッド風力-太陽光LED照明技術は世界的な注目を集めています。このシステムはコントローラーを介して太陽光と風力エネルギーを互いに補完しながらバッテリーを充電します。夜間には周囲の明るさに基づいてLEDライトが自動的にオン/オフします。インテリジェントコントローラーは無線ネットワーク機能を備えており、リモート監視、制御、データ収集（遠隔測定、遠隔制御、通信）が可能です。また、故障検出、盗難警報、運転状態チェックなどの高度なコンピュータ管理もサポートします。典型的な用途には以下があります：

• 道路照明（高速道路、主要道路、副次道路、横断歩道）

• コミュニティ照明（街路灯、庭園灯、芝生灯、埋設灯、壁掛け灯）

開発されたプロジェクトには、インテリジェントハイブリッド風力-太陽光LED街路灯、コミュニティ照明システム、景観照明、トンネル照明があります。

海上航行支援装置

中国の一部の航行支援装置は太陽光発電システムを採用しており、特に灯台で使用されていますが、長期の悪天候下では太陽光発電が不十分となり、バッテリーの過放電やランプの故障、バッテリー性能への影響という課題に直面しています。

悪天候はしばしば強風と重なるため、太陽エネルギーが低くなる時期には風エネルギーが通常豊富です。そのため、風力主体、太陽光補助のハイブリッドシステムは従来の太陽光のみのシステムに代わることができます。ハイブリッドシステムは環境に優しく、汚染がなく、メンテナンスフリーで設置と使用が簡単であり、航行支援装置のエネルギー需要を満たします。春や夏の良好な条件下では太陽光エネルギーで動作し、冬、春、または長期の雨期など太陽光が不十分な時期には風力-太陽光ハイブリッド発電が稼働します。

高速道路監視設備の電力供給

高速道路監視カメラは通常24時間365日稼働します。個別の消費電力は低いですが、多数のユニットが存在するため全体として大きなエネルギー消費となります。従来の電力網はエネルギー効率が高くありません。さらに、電力ケーブルの頻繁な盗難により高額の損失と維持費が発生します。

監視ポイントは広範かつ線形に分布しているため、電力網への接続は困難で高コストがかかります。一方、太陽光PVは依然として高コストであるのに対し、風力発電は相対的に安価です。風力と太陽光の互いに補完する特性は、高速道路監視のような分散型オフグリッドアプリケーションにおいてハイブリッドシステムが独自の利点を持つことを意味します。ハイブリッドシステムの使用によりケーブルの必要性が排除され、盗難リスクが減少します。長期間の雨天や低日照・風力不足の極端な気象条件下でも、既存の電力線によってバッテリーが自動的に充電され、中断なしの運転が保証されます。各監視ポイントが独立して動作するため、一つの場所での障害が他の場所に影響を与えることはありません。

通信基地局

多くの島嶼部や山岳地域は電力網から遠く離れており、観光、漁業、海洋活動のために通信インフラが必要です。これらの基地局は比較的少量の電力しか必要としません。電力網の延長は非常に高コストであり、ディーゼル発電機は燃料輸送コストが高く、信頼性が低く、メンテナンスが困難です。

信頼性の高い長期的な電力ソリューションは、現地の自然エネルギーに依存しなければなりません。島嶼部では太陽光と風力エネルギーが豊富で、時間と空間において互いに補完しています。ハイブリッド風力-太陽光システムは基地局向けの信頼性が高く経済的なオフグリッド電力ソリューションを提供します。現場での保守担当者を配置することで、ディーゼル発電機をバックアップとして含めることができ、これにより太陽光パネルと風力タービンの必要容量が削減され、全体的なシステムコストが低下し、信頼性が向上します。

揚水式蓄電力発電所

ハイブリッド風力-太陽光揚水式蓄電力発電所は、風力と太陽光エネルギーを直接使用してポンプを駆動し、エネルギーを貯蔵します。バッテリーをバイパスすることで、貯蔵された水を安定した電力生成に使用します。このアプローチは、伝統的な水力発電と風力・太陽光を統合し、それらの時空間的な互補性を活用します。これは電力網に到達できない遠隔地に適しており、エネルギー開発における生態系保護にも貢献します。主要な要件には以下があります：

• 変換過程全体でのエネルギー保存

• 自己循環ポンプシステム内での水バランス

従来の水力発電よりも若干高コストとなるものの、このシステムは冬季に小型水力発電所が非稼働になる問題を解決します。したがって、ハイブリッド風力-太陽光揚水式蓄電力は独特の技術的および経済的な利点を持ち、適切な場所での実現可能なエネルギーソリューションとなります。